黑木耳鐵含量測定的實驗探索

張馥+康天泓+喬元楨+范雨美+于海鷹

摘要：對高中學生問卷調查，發現僅6%學生認為黑木耳中含豐富鐵元素。比較了幾種鐵元素提取方法，仿照課本中“海帶提碘”原理，將黑木耳灼燒灰化、鹽酸提取，濾液遇硫氰化鉀明顯顯紅色，與白木耳對比后證實黑木耳中含鐵豐富。灰分經濃硝酸/過氧化氫處理，在pH 4.7緩沖體系中用鄰二氮菲法顯色，經便攜式三波長色度傳感器測得鐵的含量為（13.93±0.68）mg/100g，是菠菜含鐵量的15～35倍。數據在專業文獻報道范圍內，與無數據來源的網絡報道差異明顯。

關鍵詞：黑木耳；鐵含量；色度傳感器；實驗探究

文章編號：1005–6629（2017）11–0062–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 前言

鐵等常見金屬的學習是上海市高中化學課程的必修內容，鐵及鐵的化合物在社會生產生活中非常有用[1]，并與人體健康息息相關，本節教學可從學生生活切入。在開展教學之前，我們對學生進行了問卷調查，以了解學生對人體鐵元素的認識。問卷統計結果顯示，學生對鐵元素之于人體健康的重要性有一定了解，而且充分意識到可通過飲食補充鐵元素。在菠菜、芝麻醬、豬肝和黑木耳四種補鐵食物中，77%的學生選擇菠菜來補鐵，理由多是父母擔心子女缺鐵經常燒菠菜吃。6%的學生選擇黑木耳，他們表示看過網絡上的健康養生欄目，經常報道黑木耳含鐵量是各種葷素食品中最多的，比菠菜高二三十倍[2]，比豬肝高好幾倍。黑木耳藥食同源，具有較高含量的粗蛋白、氨基酸、多糖，能起到清理消化道、降血壓的作用[3，4]。可是毫不起眼的黑木耳真的含有大量的鐵元素？網上說的含鐵量高于菠菜的報道屬實嗎？學完金屬一章后，我們決定引導學生用所學的化學知識進行黑木耳中鐵元素的定性檢驗與定量測定實驗。

將黑木耳固體中可能含有的鐵元素轉變成Fe3+進入溶液，就能用硫氰化鉀試劑進行顯色確定是否含鐵。以蒸餾水或鹽酸為溶劑直接浸提黑木耳固體均難以將鐵元素溶出。回顧高一學生實驗“海帶提碘”，通過灼燒去除海帶中的有機物，并將有機碘轉變成無機碘離子形式而進入水中再進一步處理。參考該實驗的操作原理，通過灼燒黑木耳粉末，對灰分進行酸浸、過濾后再用于鐵離子檢驗，以白木耳作為對比，找到“鐵”證。進一步查閱文獻知道利用鄰二氮菲與Fe2+的顯色反應可以進行鐵元素濃度的定量測定，檢出限低。結合便攜式三波長光源色度傳感器連接數據采集系統及電腦，我們得出了市售黑木耳中鐵元素的平均含量，發現網上報道的黑木耳中鐵含量數據與本實驗數據有明顯出入。

2 實驗試劑與儀器

2.1 藥品與試劑

干黑木耳（產地黑龍江伊春），干白木耳（產地福建寧德），濃硝酸，30%過氧化氫，鹽酸，硫氰化鉀溶液，六水合硫酸亞鐵銨，鄰二氮菲，鹽酸羥胺，無水醋酸鈉，冰醋酸

2.2 儀器

家用榨汁機（九陽），電子天平，三波長光源色度傳感器（LW-C803，朗威數字化信息系統）

3 主要溶液配制

3.1 10μg/mL的鐵標準溶液

稱取0.3511g六水合硫酸亞鐵銨，用15mL 2mol/L鹽酸溶解，加水定容至500mL，從中取10.00mL加水定容至100mL。

3.2 100g/L的鹽酸羥胺溶液

稱取10g鹽酸羥胺固體溶于水并定容至100mL。

3.3 1.5g/L的鄰二氮菲溶液

稱取0.15g鄰二氮菲固體溶于50mL乙醇，再用水定容至100mL。

3.4 HAc-NaAc緩沖溶液（pH約為4.7）

取8.3g無水醋酸鈉溶于水中，加入6mL冰醋酸，加水定容至100mL。以上溶液需現配現用，所用水均為蒸餾水。

4 主要實驗過程

4.1 木耳中鐵元素的提取

市售干木耳用家用榨汁機粉碎。稱取一定質量粉碎木耳，在坩堝或蒸發皿中灼燒半小時至灰白色，將灰分轉移至干燥器中冷卻后，稱取一定質量于小燒杯中。加入4mL濃硝酸，電熱板上微熱10min，逐滴加入1mL 30%的過氧化氫。反應1h后，加入10mL 4mol/L鹽酸，過濾，并用少量鹽酸洗滌燒杯與沉淀，濾液與洗滌液一并轉移到50mL容量瓶，加水定容。

或者將灰分直接用15mL 4mol/L鹽酸浸泡20h后過濾，濾液用于定性檢驗。

4.2 木耳中鐵元素的定性驗證

在白色點滴板中滴加四滴木耳鹽酸提取液，再加一滴硫氰化鉀溶液，觀察現象。

4.3 木耳中鐵元素的定量分析

在六個50mL容量瓶中，分別加入10μg/mL的鐵標準溶液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL，每個瓶中繼續加入1mL鹽酸羥胺，搖勻，放置2min后，繼續加入5mL HAc-NaAc緩沖溶液和3mL鄰二氮菲，加水定容至50mL，放置10min后用色度傳感器測定吸光度。

從已定容至50mL的木耳提取液中取2.00mL，同上述方法加入試劑顯色、加水定容至50mL并進行相同檢測，平行三份。

繪制鐵吸光度-濃度標準曲線，從線性擬合方程中計算提取液中鐵元素濃度，并折算成100g市售木耳中所含的鐵元素質量。

4.4 色度傳感器的使用

將色度傳感器、數據采集器、電腦正確連接，打開朗威DISlab8.0軟件，選擇“有色溶液濃度測定”界面。用1cm玻璃比色皿裝入待測溶液，選擇G波長（約565nm）光源，待穩定后讀取吸光度數據并記錄（見圖1）。以加鐵元素為零的容量瓶中溶液作為空白。

5 結果與討論

5.1 黑木耳中鐵元素的定性驗證endprint

通過基礎課學習，學生已知酸性條件下用KSCN試劑可以檢驗溶液中的Fe3+，生成一系列顏色深淺不同的血紅色配離子[Fe（SCN）n]3-n（n=1～6），此反應檢出限量為0.25μg，最低濃度為5μg/mL。

向2g打碎的黑木耳末中直接加入15mL水或4mol/L的鹽酸浸泡20h，發現液體被木耳吸收。干木耳有較強的吸水性，直接提取需加大量溶液或減少木耳量。經水浸泡后，在點滴板上向濾液滴入KSCN，溶液仍接近無色。而鹽酸提取液滴入KSCN后有極淡的紅色出現，但本體溶液具有的明顯黃色給顯色帶來干擾。學生初步嘗試鐵元素驗證實驗，結果失敗，教師引導學生思考并分析可能的原因：（1）黑木耳中不含鐵或含鐵量太低；（2）鐵元素沒有進入溶液，仍在固體中；（3）進入溶液中的鐵元素不是三價鐵離子形式。

由于木耳等生物體含有大量多糖、膠質等有機物[5]，鐵元素很可能以復雜的有機鐵的形式存在于木耳中，直接浸取鐵離子溶出率太低。如何將有機鐵釋放到溶液中呢？提示學生聯系高一必修實驗“海帶提碘”，需要先將植物中的復雜有機碘轉變為無機離子提取到溶液中再進行氧化、萃取等后續步驟，兩個實驗有相似之處。通過在酒精燈上灼燒，木耳中的有機物轉變成二氧化碳與水，有機鐵有望轉變成無機鐵離子。將木耳灼燒成灰分，取約0.2g灰分加鹽酸浸泡后，濾液呈極淺的黃色，與KSCN反應后出現明顯的紅色，證明提取液中含有Fe3+，則原木耳中確證含有鐵元素。實驗中還發現，減少提取灰分的質量，則相同條件下呈現的紅色變淺，這結果與該顯色反應紅色深淺與Fe3+離子濃度成正比一致[6]。

鐵元素的鑒定也可以用鄰二氮菲顯色法。在pH<9的溶液中，Fe2+與鄰二氮菲反應生成穩定的橙紅色配離子。在加入顯色劑前，用鹽酸羥胺將Fe3+全部還原成Fe2+。用Fe2+標準溶液及黑木耳灰硝酸/H2O2提取液分別進行鄰二氮菲顯色反應，后者呈現出與前者相同的橙紅色，再次證明了黑木耳中含有鐵元素，并且能夠通過鄰二氮菲分光光度法測定具體含量（見下文）。

是不是木耳都含有較高的鐵元素呢？將市售黑木耳與白木耳在相同條件下處理，其灰分的鹽酸提取液用KSCN檢驗，對比如圖2所示。與黑木耳提取液相比，白木耳提取液基本無色，加入KSCN后呈現極淡的紅色，表明白木耳中所含鐵元素遠低于黑木耳。

5.2.1 實驗測定原理

根據朗伯-比爾定律：A=abc，式中A為吸光度，b為溶液層厚度，c為溶液的濃度，a為吸光系數。其中吸光系數與溶液的本性、溫度以及波長等因素有關。溶液中其他組分（如溶劑等）對光的吸收可用空白液扣除。由上式可知，當溶液層厚度b和吸光系數a固定時，吸光度A與溶液的濃度成線性關系，使用分光光度計或色度傳感器可以讀取溶液特定波長的吸光度。

食品中鐵元素的測定方法有硫氰酸鉀法、鄰二氮菲法、原子吸收分光光度法等，鄰二氮菲法靈敏度高、選擇性好，顯色物質穩定。而使用的色度傳感器系列具有便攜、性價比高的優點[7]，兩者相結合可以準確快速測定試樣中的微量鐵。亞鐵離子與鄰二氮菲結合形成的有色物質在510nm處有最大吸收，本色度傳感器有三種不同波長的單色光（B：藍；G：綠；R：紅）可以選擇，本實驗選用G波長使吸光度最大。顯色時加入緩沖液使體系pH在5.0左右，使顯色反應進行完全。

5.2.2 實驗數據分析

鐵標準溶液系列濃度與吸光度記錄如表1，用Origin6.0軟件作圖并線性擬合如圖3所示，標準曲線方程為y=0.38295x-0.01145，線性擬合常數R2=0.99985，表明在所測濃度范圍內，在該波長下，鐵元素濃度與吸光度具有良好的線性關系。將樣品吸光度代入方程計算得到濃度數值，每100g干黑木耳中鐵元素含量計算公式如下：

由表2可知，待測的市售黑木耳每100克平均含鐵元素13.93±0.68毫克，專業文獻報道的每百克黑木耳總鐵含量一般在9.94～17.79毫克之間[8，9]，這表明本文的測定方法可行，數據可靠。文獻報道利用類似方法測得每100克菠菜中鐵元素平均含量為：葉子0.4毫克或0.9毫克，莖0.7毫克或0.9毫克[10，11]。與菠菜相比，本實驗測得的黑木耳含鐵量是其15～35倍（見圖4），與本文開頭所寫的網絡報道比菠菜高二三十倍一致。不同品種或產地的黑木耳含鐵量，因菌種自身對鐵的攝取能力及黑木耳的栽培環境差異而可能呈現不同。但通過網絡搜索引擎發現不少網頁上報道每百克黑木耳中鐵含量高達185毫克（無數據來源），與本文及專業文獻數據差異甚大，可能是以訛傳訛，故對此網絡數據表示質疑。

在定量測鐵中，本實驗使用的木耳灰提取體系是強氧化性的硝酸/過氧化氫混合體系。它能保證將所有存在的亞鐵全部氧化成鐵離子，再經鹽酸羥胺全部還原成亞鐵離子進行顯色，在酸性環境中，鐵離子或亞鐵離子也不易水解。作為對比，改用4mol/L鹽酸提取過夜，相同條件下測得每100克黑木耳含14.9毫克鐵元素，兩種對灰分的酸浸方式對結果影響并不大，可能是經過充分灼燒，二價鐵已經完全被氧化成三價鐵。

6 結論

通過實驗對黑木耳中存在豐富鐵元素進行了驗證，并用鄰二氮菲分光光度法結合色度傳感器測得每百克黑木耳含鐵13.93±0.68毫克，是菠菜葉的15～35倍，菠菜莖的20～35倍。實驗結果出乎實驗測定前高中生的意料，并對某些網絡報道中黑木耳高達185毫克的含鐵量提出質疑。通過本次課題探究，學生不但充分認識了化學與生活、社會的緊密聯系，還深刻體會到，在科學研究與實踐的過程當中，應不畏艱難困阻，積極、及時地進行反思與改進，大膽質疑“以訛傳訛”、“來源可疑”的數據，勇敢地在通往真理的道路上前進。

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