基于ICP-MS的不同來源小麥胚芽礦物元素對比分析

嚴 斌 劉麗婭 鐘 葵 佟立濤 劉興訓 周閑容 周素梅

基于ICP-MS的不同來源小麥胚芽礦物元素對比分析

嚴 斌 劉麗婭 鐘 葵 佟立濤 劉興訓 周閑容 周素梅

（中國農業科學院農產品加工研究所；農業部農產品加工綜合性重點實驗室，北京 100193）

收集我國小麥主產區大型面粉企業2014年度12種小麥胚芽樣品，在基本營養和安全品質分析基礎上，采用ICP-MS對樣品礦物元素進行對比分析，旨在為我國大宗小麥胚芽資源高值化利用提供參考。結果表明：樣品總淀粉、粗脂肪、粗蛋白、灰分平均質量分數分別為17.69%、9.99%、32.94%和5.00%，變異系數依次降低；麥胚中含有豐富的礦物元素，必需常量和微量元素中含量變化最大的是Na元素和Se元素，變異系數分別達到70.16%和108.53%；主成分分析表明Mg、Fe、Cu、Se、Co是麥胚必需礦物元素的特征元素。根據食品中污染物限量標準，所有樣品有毒礦物元素中As和Pb均在限量范圍，但50%樣品Cd超標，對其開發利用產生不利影響。

小麥胚芽 營養品質 安全品質 礦物元素 對比分析

小麥是我國的主要糧食作物之一，2013年我國小麥總產量為1.19億t［1］，大部分用于面粉加工。麥胚是小麥制粉的副產物，年潛藏資源總量高達300萬t。麥胚含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素、礦物質以及一些微量生理活性成分，具有促進嬰幼兒生長發育、保護大腦、抗衰老、抗氧化及抗動脈粥樣硬化等作用［2］，是整個小麥營養價值最高的部分，被營養學家譽為“人類天然的營養寶庫”［3］。麥胚的研究和開發利用一直備受國外研究者與企業界的重視［2-5］，并不斷開發出系列功能性食品。國內對小麥胚芽的研究日益增多，并且在麥胚蛋白、麥胚多肽、胚芽油等功能組分的提取和活性研究、麥胚穩定化領域取得了一定進展［6-9］，但在實際應用中麥胚資源的綜合利用程度較低，開發利用仍處于初級加工階段。

糧食加工副產物綜合利用是節約糧食、提高綜合效益的有效途徑。小麥胚芽的深度開發利用對促進我國糧食加工業可持續發展意義重大。但由于我國小麥種植范圍廣，不同地域的麥胚品質特性和利用價值存在較大差異［10］。麥胚是理想的天然礦物元素供應源，但有關我國麥胚資源礦物元素地域差異的研究和報道較少。本研究采集我國小麥主產區大型面粉企業12種小麥胚芽樣品，在對不同地區代表性商用小麥胚芽基本營養成分和衛生指標分析基礎上，重點對麥胚中礦物元素進行系統對比分析，旨在為麥胚深加工和綜合利用提供理論依據，為合理利用麥胚資源，加快麥胚產業化發展提供支持。

1 材料與方法

1.1 試驗原料

12個麥胚樣品來源見表1（2014年產）。樣品經高速萬能粉碎機磨粉后置于4℃冰箱中保存備用。

表1 麥胚樣品來源

1.2 儀器與設備

TB-214分析天平：美國Denver公司；Kieltec Analysister凱氏定氮儀：丹麥Foss公司；U-3010紫外可見分光光度計：日本Hitachi公司；Lindberg／Blue M馬弗爐：美國Asheville NC公司；L-8900全自動氨基酸分析儀：日本日立公司；7500a型電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）：美國Agilent公司。

1.3 試驗方法

參照GB／T 5009.3—2010測定水分含量；參照GB／T 5009.4—2010 測定灰分含量；參照GB／T 5009.5—2010測定粗蛋白含量；參照GB／T 14772—2008測定粗脂肪含量；參照AOAC 996.11方法，采用總淀粉試劑盒測定總淀粉含量；參照GB／T 5009.124—2003方法進行氨基酸組成分析；參照ICP—MS法測定礦物元素含量；參照GB 4789.2—2010測定菌落總數；參照GB 4789.3—2010測定大腸菌群；參照GB 4789.15—2010 測定霉菌總數；參照GB／T 23503—2009測定脫氧雪腐鐮刀烯醇（DON）含量。

1.4 數據分析

所有試驗數據為3次重復的平均值和標準差，采用Microsoft Excel進行數據整理，用SAS9.3軟件進行顯著性、相關性和主成分分析。

2 結果與討論

2.1 麥胚基本營養成分分析

不同來源麥胚樣品基本營養成分見表2。受小麥品種、氣候、土壤及制粉工藝影響，麥胚營養組成存在較大差異。總淀粉平均質量分數為17.69%，變異系數CV值最大（19.53%），表明不同地區麥胚中總淀粉含量差異最顯著（P＜0.05）。蛋白質平均質量分數為32.94%，變異性較小，CV值僅為7.61%，除了12號樣品（28.83% ±0.08%）和8號樣品（29.10% ±0.25%）外，其他樣品均在30%以上。粗脂肪和灰分平均質量分數分別9.99%和5.00%。Brandolini等［2］報道國外小麥胚芽中含有10%～15%的脂肪，26%～35%蛋白質，17%淀粉以及4%的灰分，可見國內外麥胚基本組分含量較接近。

表2 不同來源麥胚樣品基本營養成分／%

2.2 麥胚氨基酸組成分析

麥胚必需氨基酸相對比值與FAO／WHO頒布的氨基酸構成比例基本接近，且總量高于FAO／WHO模式，是重要的優質植物蛋白質資源［11］。表3列出了小麥胚芽樣品的氨基酸組成及含量。結果表明，小麥胚芽氨基酸中賴氨酸平均質量分數高達1.87%，占總蛋白的5.68%（FAO／WHO 推薦賴氨酸比值為5.5%），遠高于面粉和大米，可作為人體第一限制氨基酸—賴氨酸的優質來源，其他必需氨基酸的比例也與FAO／WHO推薦值接近。谷氨酸是麥胚中質量分數最高的氨基酸，平均值為4.59%，且樣品間差異較小。不同樣品半胱氨酸和蛋氨酸含量差異最大，CV值分別為28.82%和26.40%。此研究與趙福利等［10］報道的2013年國內麥胚氨基酸組成及含量數據基本一致。

表3 麥胚氨基酸組成及質量分數／%

2.3 麥胚礦物元素含量分析

2.3.1 麥胚必需常量和微量礦物元素含量分析

礦物元素是維持機體正常生命活動不可缺少的營養素。例如Ca和Mg是構成骨骼、牙齒的主要組成成分，Na和K在維持細胞內正常滲透壓、保證機體內的酸堿平衡方面發揮重要作用；Fe是血紅蛋白和肌紅蛋白的構成部分，同時是體內許多酶（細胞色素酶、過氧化氫酶等）的組成成分；Mn具有促進骨骼的生長發育，保護細胞中線粒體的完整性，維持正常的腦功能的作用；Zn與核酸、蛋白質的合成、碳水化合物和維生素A的代謝及胰腺、性腺和腦下垂體的活動有著密切關系［12］。而Se是谷胱甘肽過氧化物酶的組成成分，可提高機體免疫力，抗衰老和預防心血管病；Co是維生素B12輔酶的組成成分，能預防脂肪肝，激活多種酶（唾液淀粉酶、脂肪酶等），刺激人體骨髓的造血系統；Cr是葡萄糖耐量因子的組成成分，對調節體內糖代謝起重要作用，同時影響機體的脂類代謝，預防心血管病以及癌癥的發生［12］。

12種麥胚樣品必需常量和微量礦物元素含量見表4、表5。由表4 可知，樣品K、Mg、Ca、Na平均含量分別為1.28 ×104、3.40 ×103、6.88 ×102、1.01 ×102mg／kg。其中Na含量差異最大，CV值高達70.16%。不同樣品間Ca和Mg含量也存在較顯著差異，CV值在10%左右，但K含量相差不大，CV值低于5%。必需微量礦物元素中Fe、Mn和Zn含量均相對較高，接近甚至高于某些必需常量元素，平均含量分別為1.01 ×102、1.95 ×102和1.46 ×102mg／kg，變異區間約10%～15%。含量較低的必需微量礦物元素中，Se含量差異很大，變異系數高達108.53%，主要是由于5號樣品的Se含量遠高于其他樣品。同時5號樣品的Co含量和Cr含量也明顯高于其他樣品。

表4 不同來源麥胚樣品必需常量礦物元素含量

表5 不同來源麥胚樣品必需微量礦物元素含量

2.3.2 麥胚重金屬元素含量分析

重金屬進入人體后，在人體內蓄積，輕者會損害人體的正常生理功能，重者可能導致癌癥的發生［12］。根據GB 2762—2012食品中污染物限量標準，As、Cd、Pb 的限量指標分別為：As＜0.5 mg／kg，Cd ＜0.1 mg／kg，Pb ＜0.2 mg／kg。表6 列出了12 種不同來源麥胚樣品As、Cd、Pb3種主要重金屬元素的含量。結果表明，樣品的As含量均未超出國家標準，其中1號樣品的As含量最高，為6.35 ×10-2mg／kg；樣品平均Cd含量為1.10 ×10-1mg／kg，已超出國家標準，Cd 含量超出國家限量標準的有：2、4、8、9、10、12號樣品，其中2、10、12號樣品Cd含量為國家限量標準的150%；所有樣品Pb含量均未超出國家標準，最高為4、5 號樣品，其含量分別為1.10 ×10-1、1.12 ×10-1mg／kg。

表6 不同來源麥胚樣品重金屬元素含量

2.4 麥胚微生物含量分析

微生物是影響食品原料腐敗變質的主要因素，是麥胚質量衛生指標中最重要的指標之一，但目前我國尚未制定小麥粉微生物限量標準。采用國標法測量12種不同來源小麥胚芽樣品的菌落總數、大腸菌群、霉菌以及脫氧雪腐鐮刀菌烯醇。表7數據表明，所有樣品菌落總數在4.5 ×102～2.4 ×104CFU／g之間，其中2、4、7 號樣品超過104CFU／g，1 號和5 號樣品約為104CFU／g，6、8、12 號樣品菌落總數較低。所有樣品中僅1號樣品大腸菌群數超過110 MPN／g，遠高于其他樣品，3、4、6號樣品中大腸菌群未檢出（＜ 0.3 MPN／g）。1、2、4 號樣品霉菌超過103CFU／g，4 號樣品最高，為7.3 ×103CFU／g。霉菌最少的是10和12號樣品，低于102CFU／g。所有樣品脫氧雪腐鐮刀菌烯醇均未檢出（檢出限為500μg／kg）。

表7 不同來源麥胚樣品微生物指標

2.5 相關性分析

采用SAS 9.3軟件對麥胚基本營養成分和必需礦物元素做相關性分析，結果見表8。可見，淀粉與蛋白、淀粉與Mn、淀粉與Zn、蛋白與Mn、灰分與K、Mg與Mo、Fe與Cu、Se與Co、Se與Cr等含量之間的相關系數均在0.7以上，達到極顯著水平（P＜0.01），表明各營養成分和礦物元素含量之間存在一定的相關性。麥胚樣品中淀粉和蛋白呈高度的負相關（r＝ -0.93）；蛋白與Mn呈高度的正相關（r＝0.92）。灰分與K 呈高度正相關（r＝0.90），主要是由于麥胚的礦物元素中絕大部分是K元素，比其他礦物元素高出數個數量級，故直接影響到灰分質量。另外，Mg與Mo、Fe與Cu、Se與Co、Se與Cr等含量之間均存在很強的相關性，表明上述礦物元素間存在一定程度的依存關系，其含量相互促進或拮抗。

2.6 主成分分析

由表8相關性分析結果可知，不同地區麥胚樣品必需礦物元素間存在一定相關性。采用SAS 9.3軟件對標準化處理后的數據進行主成分分析，表9描述了主成分分析初始解對原有變量總體描述情況。可見前5個主成分累計方差貢獻率達90.12%，可較好代替12種礦物元素來評價麥胚質量。由表9、表10可知，第1主成分表現出其與Mg、Fe、Cu正相關，其方差貢獻率為27.93%；第2主成分表現出其與Se、Co正相關，其方差貢獻率為22.84%；第3主成分表現出其與K、Zn正相關，其方差貢獻率為18.39%；第4主成分表現出其與Na、Mo正相關，其方差貢獻率為14.37%；第5主成分表現出其與Ca、Mn正相關，其方差貢獻率為6.58%。因為總方差50.78%的貢獻來自第1和第2個主因子，因此以Mg、Fe、Cu、Se、Co作為麥胚必需礦物元素的特征元素。

表8 麥胚基本營養成分和礦物元素間相關性分析

表9 主成分分析特征向量

表10 主成分分析特征值和方差貢獻率

3 結論

本研究所收集的小麥主產區12種小麥胚芽樣品中，粗蛋白、總淀粉、粗脂肪、灰分平均質量分數分別為32.94%、17.69%、9.99% 和5.00%；其中總淀粉含量變幅較大，CV值為19.53%。不同樣品氨基酸組成存在一定差異，變幅最大的是半胱氨酸和蛋氨酸含量，CV值分別為28.82%和26.40%。麥胚含有豐富的礦物元素，按其平均含量排序依次為K、Mg、Ca、Mn、Zn、Na、Fe、Cu、Mo、Cr、Se、Co。必需常量元素中Na含量變化最大（CV值70.16%），而必需微量元素中Se含量變化最大（CV值108.53%）。統計分析結果表明麥胚基本營養組分間存在一定相關性，Mg、Fe、Cu、Se、Co 是麥胚必需礦物元素的特征元素。

不同來源樣品重金屬元素中Pb變化范圍最大（CV值43.69%），根據食品中污染物限量標準，所有樣品As和Pb均未超標，但50%的樣品Cd超標；樣品菌落總數在4.5×102～2.4 ×104CFU／g之間，個別樣品大腸菌群超過110 MPN／g，脫氧雪腐鐮刀菌烯醇含量均小于500μg／kg。因此，麥胚的衛生和安全性是開發利用需要考慮的重要問題，在實際應用中需引起關注。

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Comparative Analysis of Mineral Elements Based on ICP-MSin Wheat Germ from Different Sources

Yan Bin Liu Liya Zhong Kui Tong Litao Liu Xingxun Zhou Xianrong Zhou Sumei
（Institute of Food Science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Key Laboratory of Agro-Products Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100193）

Twelve wheat germ samples were collected from the enterprises of major wheat-producing region of China in 2014.Comparative analysis was performed for mineral elements of samples using ICM-MSmethod based on basic nutrition and safety quality analysis.The purpose was to provide a reference for the high value use of wheat germ resources in China.The results showed that the average content of total starch，crude fat，crude protein and ash were 17.69%，9.99%，32.94%and 5%respectively，and the coefficient of variation was decreased gradually.Wheat germ was rich in mineral elements，and the amplitude of Na and Se content was the highest among required constant mineral elements and essential trace mineral elements，with their coefficients of variation up to 70.16%and 108.53%respectively.The principal component analysis indicated that Mg，Fe，Cu，Se and Co were the characteristic elements in necessary mineral elements in wheat germ.According to the limit standard of contaminants in food，As and Pb were all in the limited range，but Cd was exceeded the standard limit for half of the samples，which might have a negative effect on its use.

wheat germ，nutrition quality，safety quality，mineral elements，comparative analysis

TS210.9

A

1003-0174（2016）11-0007-06

公益性行業（農業）科研專項（201303071），科技部國際科技合作計劃（010S2012ZR0302），國家自然科學基金（31471679）

2015-03-23

嚴斌，男，1992年出生，碩士，糧油副產物功能活性物質

周素梅，女，1971年出生，研究員，糧油加工與功能食品