蔬菜中礦物質含量測定、營養評價及風險評估

鄧夢雅，朱麗，吳東慧，張協光，鄧宏玉

（深圳市計量質量檢測研究院，廣東深圳518131）

礦物質是人體必需的營養素之一，在體內無法自行產生、合成，必須由外界環境供給。適量的攝入礦物質是維持機體正常生命活動所必需的，但攝入過量或不足都會不同程度的引起機體的不適，甚至引發疾病。蔬菜是人體獲取礦物質的主要來源之一，關于蔬菜中礦物質的含量分析已有大量報道[1-2]。但樣品的采集具有一定的局限性，并且對于以顏色分類的蔬菜中礦物質元素的比較和分析報道較少。

食物的營養評價是科學認識食物的基礎，現有的營養評價方法包括食物營養質量指數法（index ofnutrition quality，INQ）、氨基酸評分法（amino acids core method，AAS）、經消化率校正氨基酸評分法（protein digestibility corrected amino acids core method，PDCAAS）等[3]。食物營養質量指數法（INQ）反映食物熱量滿足人體需求的同時，所含的某種營養素是否也能達到人體需求[4]。該方法將熱量與營養素充分結合，更全面的評價膳食營養平衡，在食物營養分析的研究中得到原來越多的運用。

傳統食品安全風險評估主要針對食品中的化學物（包括食品添加劑、污染物、農藥殘留等）和致病微生物，評估方法比較成熟[5-6]。但隨著生活水平的提高，消費者較以前攝入更多的營養素物質，加之消費者消費意識的提高，各國政府在關注食品安全的同時也開始關注營養元素攝入量對人體帶來的健康收益與風險[7]。2005年5月，FAO/WHO就營養素物質的高攝入量發表了風險評估過程聯合報告，并推出營養素安全攝入上限（upper levels，UL）風險評估模型，以評估和管理營養素過量攝入風險[5]。中國在制定中國居民膳食營養素參考攝入量（Dietary Reference Intakes，DRIs）時已引入營養素的風險評估工作，并制定了大部分營養素的安全攝入上限。目前我國關于蔬菜中礦物質的風險評估主要涉及鉛、鎘、汞等有害重金屬，關于礦物質營養素含量安全性的評估的研究報道較少。

本文將以顏色分類，選擇常見的10種深色（綠、黃、紅、紫色）、10種淺色（白色）蔬菜作為研究對象，采用電感耦合等離子體發射光譜法（inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometer，ICP-OES） 和電感耦合等離子體質譜法（inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）測定 20 種蔬菜中鈣、鉀、鈉、鎂、鐵、鋅、銅、錳、硒、碘、鉬共11種礦物質的含量，以食物營養質量指數法（INQ）比較分析深、淺色蔬菜中礦物質的營養價值差異，并以營養素安全攝入上限（UL）為標準，對每日從這20種蔬菜中攝入的礦物質含量進行分析和評估，以期為居民科學地選購蔬菜、保障膳食營養提供指導性意見。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

10種深色蔬菜（菠菜、芥菜、茼蒿、韭菜、青花菜、胡蘿卜、南瓜、紅辣椒、紅莧菜、赤甘藍）、10種淺色蔬菜（白蘿卜、大白菜、茭白、冬瓜、沙葛、結球甘藍、洋蔥、花椰菜、結球白菜、西芹）：深圳市大型農貿市場。

1.2 試劑與儀器

鈣、鉀、鈉、鐵、鋅、銅、錳元素標準溶液（1000μg/mL）：中國計量科學研究院；鎂、硒、鉬元素標準溶液（1 000μg/mL）：國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；碘化鉀（99.9%）：Alfa Aesar；硝酸（GR）：德國默克股份兩合公司；鹽酸（GR）：廣州化學試劑廠；30%過氧化氫（AR）：西隴化工股份有限公司；25%四甲基氫氧化銨（GR）：上海阿拉丁；試驗用水為超純水（電阻率≥18.20MΩ·cm）；試驗器皿均用20%硝酸溶液浸泡24 h，再用超純水沖洗干凈晾干。

6300 series電感耦合等離子體發射光譜儀：美國Thermo；7700 X電感耦合等離子體質譜儀：美國安捷倫；Mars6微波消解儀：美國CEM；Milli-Q超純水機：美國Millipore。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

將樣品洗凈、烘干后剪碎混勻，準確稱取約0.5 g（精確至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入5mL硝酸、2mL過氧化氫，旋緊外蓋置于微波消解儀中，微波消解條件見表1。

表1 微波消解條件Table1 Procedureofm icrowave digestion

待冷卻至室溫后，打開消解罐，在電熱板上加熱趕酸，冷卻后轉移到25.0mL容量瓶中，用蒸餾水少量多次洗滌消化罐，合并洗液，用水定容至刻度，混勻，過0.45μm水溶性濾膜，濾液備用。對同一試樣進行平行試樣測定，同時做試劑空白試驗。

碘：準確稱取混勻后樣品約2 g（精確至0.000 1 g）于樣品瓶中，加入5mL水、1mL四甲基氫氧化銨，混勻密封，置于90℃烘箱中3 h。待冷卻至室溫后，取樣液10mL于離心管中，于離心機中3 000 r/min離心10min。取上清液過0.45μm水溶性濾膜，濾液備用。對同一試樣進行平行試樣測定，同時做試劑空白試驗。

1.3.2 儀器分析

ICP-OES儀器工作參數：射頻功率1 150W、樣品提升量1.85mL/min、霧化器1.72×105Pa、輔氣流速0.5 L/min、積分時間10 s、樣品沖洗時間30 s，選用的元素分析譜線見表2。

表2 元素分析譜線Table2 Elem entanalysis line

ICP-MS儀器工作參數：

硒、鉬：射頻功率1500W、等離子體氣流量15L/min、載氣流量0.80 L/min、輔助氣流量0.40 L/min、氦氣流量4mL/min～5mL/min、霧化室溫度2℃、樣品提升速率0.3 r/s、分析模式為碰撞反應池、霧化器為高鹽/同心霧化器、鎳/鉑錐、采樣深度8mm～10mm、跳峰采集模式、自動檢測方式、每峰測定點數1～3、重復2次～3次。選擇硒元素同位素（78Se）及內標同位素（72Ge/103Rh/115In）、鉬元素同位素（95Mo）及內標同位素（103Rh/115In）進行測定。

碘：射頻功率1 550W、等離子體氣流量15 L/min、載氣流量0.80 L/min～0.90 L/min、輔助氣流量0.30L/min～0.40 L/min、分析時泵速0.10 r/s、采樣深度8mm～10mm、霧化器為高鹽/同心霧化器、半導體制冷霧室，控溫在2℃、石英炬管、碰撞池氣體氦氣流量4mL/min～5mL/min，每測一個樣品，進樣系統的沖洗時間大于60 s。選擇碘元素同位素（127I）及內標同位素（125Te/130Te）進行測定。

1.3.3 數據處理方法

用公式（1）計算20種蔬菜中各礦物質元素INQ值。用公式（2）計算蔬菜中礦物質元素含量與可耐受最高攝入量（UL）的比值，即%UL。

式中：營養素密度=100 g食物中某營養素含量/指定人體每日所需該營養素量；熱量密度=100 g食物的熱量/指定人體每日所需熱量。

根據INQ定義，當INQ＞1時，食物提供營養素的能力大于提供熱量的能力，即熱量滿足需求時，營養素有盈余；當INQ=1時，食物提供營養素的能力等于提供熱量的能力，二者滿足人體需求的能力相當；當INQ＜1時，食物提供營養素的能力小于提供熱量的能力，必須攝入過量的熱量才能滿足營養素的需求。熱量的過多攝入不利于人體健康，因而INQ≥1的食物為優質食物，INQ＜1的食物為劣質食物[4]。

式中：C代表蔬菜中礦物質元素含量，mg/kg，IR代表蔬菜的日均消費量，kg/d，UL代表可耐受最高攝入量，mg/d。

根據%UL定義，當%UL≤100%時，表示風險可以接受，%UL越小，風險越??；%UL＞100%時，表示風險不可接受的[8]。

2 結果與分析

2.1 礦物質元素含量分析

20種蔬菜中各礦物質元素含量見表3。

表3 蔬菜中礦物質元素含量Table3 The contentofm ineralelem ents in vegetables

續表3 蔬菜中礦物質元素含量Continue table3 The contentofm ineralelements in vegetables

由表3可知，不同蔬菜中各元素含量存在一定差異。蔬菜中均含有鈣、鉀、鈉、鎂、鐵、鋅、銅、錳8種礦物質，其含量排序為：鉀＞鈣＞鈉＞鎂＞鐵＞鋅＞錳＞銅。部分蔬菜中含有硒、碘、鉬3種礦物質，其中含硒蔬菜種類最少。菠菜、茼蒿礦物質種類最為豐富，均含有11種礦物質。菠菜中鉀、鎂、鋅、銅含量最高，分別為655、100、0.70、0.12mg/100 g，而鉀、鋅是其他蔬菜的 1.5 倍～6倍，鎂是其他蔬菜的1.5倍～15倍。紅莧菜中鈣、鐵、硒含量最高，分別為 177、7.00、2.37 μg/100 g，而鈣是其他蔬菜的1倍～50倍，鐵是其他蔬菜的2倍～50倍。韭菜中錳、碘含量最高，分別為 0.63、18.4μg/100 g，而錳是其他蔬菜的1.5倍～30倍。南瓜中鉬含量最高，為18.8μg/100 g。西芹中鈉含量最高，為145mg/100g，是其他蔬菜的1.5倍～150倍。深色蔬菜中礦物質含量普遍高于淺色蔬菜。除鈉之外，其他礦物質元素均在深色蔬菜中含量最高。此外，大多數含硒蔬菜為深色蔬菜，淺色蔬菜中僅結球甘藍含硒。

綜上所述，深色蔬菜礦物質含量大于淺色蔬菜礦物質含量，而深色蔬菜中又以菠菜最佳，不僅礦物質種類豐富，礦物質含量也高。但元素含量多少并不能全面評價蔬菜的礦物質營養價值，需輔以其他方面的分析。

2.2 礦物質元素營養評價

美國R.G.Hansen等[9]于1979年提出“營養質量指數（INQ）”概念，并認為相對于營養素的絕對含量，用INQ法評價某種食物中的營養質量優劣更直觀。INQ法將熱量與營養素含量結合起來，通過營養素密度與熱量密度的比值，反映一定量某種食物滿足人體熱量需求的程度和滿足人體營養素需求的程度的關系，既當人體從食物中獲得的熱量足夠時，某種營養素是否足夠。因此，本文采用INQ法對蔬菜中礦物質元素進行營養評價。

運用公式（1）對20種蔬菜中各礦物質元素的INQ值進行計算，結果見表4。

表4 蔬菜中礦物質元素INQ值Tab le4 The INQ valuesofm ineralelements in vegetables

續表4 蔬菜中礦物質元素INQ值Continue table4 The INQ valuesofm ineralelements in vegetab les

由表4可知，所有蔬菜中鉀、鎂的INQ值均大于1，表明當蔬菜達到人體熱量需求時，鉀、鎂也滿足人體需求，并有所盈余，其中鉀在茼蒿中INQ值最高，為28.18，鎂在紅莧菜中最高，為23.06。除鎂以外，紅莧菜中鈣、鐵、鋅、硒INQ值最高，分別為25.89、51.29、3.98、4.63，所含其他礦物質元素INQ值均大于1。韭菜中錳、碘、鉬 INQ 值最高，分別為 14.88、16.24、13.85，所含其他元素中除了鈉，INQ值均大于1。芥菜中銅INQ值最高，為12.36。西芹中鈉INQ值最高，為18.09。

菠菜、茼蒿中礦物質種類最齊全，茼蒿中11種礦物質INQ值均大于1，表明食用一定量的茼蒿，可滿足人體對11種礦物質的需求，而菠菜除了硒，其他元素INQ值均大于1。其次，紅莧菜、韭菜、花椰菜、結球白菜均含有10種礦物質元素，且所含元素INQ值均大于1，其中紅莧菜各個礦物質元素的INQ值均比較高，營養價值突出。而芥菜含有9種礦物質，赤甘藍含有8種礦物質，所含礦物質元素INQ值均大于1。剩余蔬菜中均出現礦物質元素INQ值小于1的情況，表明僅食用該蔬菜不能滿足人體對某種礦物質元素的需求。

由此可得，深色蔬菜的礦物質元素種類普遍比淺色蔬菜多，且深色蔬菜所含礦物質元素的INQ值較高，營養價值較淺色蔬菜高，其中以紅莧菜營養價值最為突出，而茼蒿營養價值最為全面。

2.3 礦物質元素風險評估

礦物質是食物中可供機體能量、構成機體結構以及具有生理調節功能的化學物質。適量的攝入礦物質是機體健康生長發育所必需的，當攝入量不足或者缺乏時，機體會出現一定程度的營養不良甚至營養缺乏疾病，當攝入量超過某一上限時，機體出現類似其他化學物質毒性作用的風險程度開始提高。因此，在確定某些礦物質元素適宜攝入水平的同時，需要對其進行風險評估，以保障攝入量安全性。營養素安全攝入上限（UL）是指營養素物質對目標人群（包括敏感個體）不產生不良作用的最高日攝入量，在這種攝入水平下，即使每天攝入某種營養素，也不會對目標人群帶來疾病風險[5-6]。目前，國際上廣泛接受的營養素物質風險評估方法主要是UL法。牛犁天等[10]以2013版DRIs中的微量營養素 UL、RNI（AI）數據為基礎，根據營養素安全范圍的大小，將營養素風險等級分為A、B、C 3級。其中A級的營養素安全范圍最窄，容易發生過量攝入的危險，包括碘、鈣、錳、鐵、硒、鋅元素。因中國尚未制定鉀、鈉相應的UL值，本文根據牛犁天等[10]人的研究結果，對鈣、鎂、鐵、鋅、銅、錳、硒、碘、鉬9種礦物質元素加以分析。

運用公式（2）計算蔬菜的礦物質元素風險的平均風險和最大風險，其中蔬菜各年齡段的日均攝入量參考了唐洪磊[11]等的研究結果，礦物質元素風險結果見表5。

由表5可知，來自蔬菜的礦物質元素攝入風險均很低，風險指數遠小于100%，表明各年齡段人群從蔬菜中攝入礦物質元素的量是安全的。值得重點關注的是鎂元素，其在各年齡段人群中的平均風險指數和最大風險指數均遠大于其他元素，在日常飲食選擇時，需關注鎂元素攝入風險。所有元素的平均風險指數與最大風險指數呈正比例關系，即平均風險指數最大，其對應最大風險指數亦最大。鎂、銅、硒、鉬元素的最高點均位于在2歲～5歲年齡段人群中，其風險指數范圍分別為13.6%～67.0%、3.6%～10.7%、0.4%～2.6%、6.7%～31.5%。鈣、鐵、鋅、錳、碘元素的最高點均位于在60歲以上年齡段人群中，其風險指數范圍分別為8.9%～32.5%、6.7%～29.7%、2.7%～6.9%、7.7%～20.2%、1.7%～6.8%。由此可見，本文研究涉及的礦物質元素的風險最高點集中于2歲～5歲、60歲以上兩個年齡段人群，這與2歲～5歲年齡段人群UL值最低，以及60歲以上人群蔬菜日均消費量最高有關。

表5 不同人群礦物質元素風險指數Table5 The risk index ofm ineralelem ents in peop leof differentages %

3 結論

通過對20種蔬菜（10種深色蔬菜、10種淺色蔬菜）中礦物質元素的測定，發現蔬菜中礦物質含量存在一定差異，礦物質元素的平均含量依次為：鉀＞鈣＞鈉＞鎂＞鐵＞鋅＞錳＞銅，其中鉀、鈣、鈉、鎂4種元素的含量明顯高于其他元素。部分蔬菜中含有硒、碘、鉬3種礦物質，其中含硒蔬菜種類最少。深色蔬菜礦物質含量大于淺色蔬菜礦物質含量。通過INQ法對蔬菜中礦物質進行營養評價，發現所有蔬菜中鉀、鎂在達到人體熱量需求時，均能滿足人體需求，并有所盈余。深色蔬菜的礦物質元素種類普遍比淺色蔬菜多，且深色蔬菜的營養價值比淺色蔬菜高，其中以紅莧菜營養價值最為突出，而茼蒿營養價值最為全面。通過UL法對蔬菜中礦物質元素進行風險評估，發現來自蔬菜的礦物質元素攝入風險均很低，風險指數遠小于100%，表明各年齡段人群從蔬菜中攝入礦物質元素的量是安全的。因此，在日常膳食選擇當中，蔬菜可作為人體獲取礦物質元素的豐富的、安全的來源，而深色蔬菜在礦物質營養價值方面普遍比淺色蔬菜高，可為居民的選擇提供參考。

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