以無機(jī)元素為特征指標(biāo)的太和貢椿指紋圖譜研究

張德欣，郭 斌，劉艷芳，楊永學(xué)，廖洪梅

（阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院生化工程系，安徽阜陽 236031）

0 引言

香椿（Toona sinensis） 又名香椿芽、香樁頭、大紅椿樹、椿天等，在安徽地區(qū)也有叫春苗。中國人食用香椿久已成習(xí)，尤其在谷雨前采摘的椿芽，更是香鮮脆嫩、清香撲鼻，食之能使人提神、明目。椿芽營養(yǎng)豐富，并具有食療作用[1]，主治外感風(fēng)寒、風(fēng)濕痹痛、胃痛、痢疾等。據(jù)《中國中藥大全》記載，椿芽可防止咳嗽、嘶啞、水土不服及妊娠反應(yīng)等癥狀。香椿的生理學(xué)功效與其礦物質(zhì)元素的含量也具有密切的關(guān)聯(lián)性[2]。太和香椿[3]歷史悠久。唐代曾用此物作貢禮，清朝被御封為“貢椿”，名揚(yáng)天下，是安徽省特產(chǎn)名品。太和椿芽營養(yǎng)物質(zhì)含量極為豐富，所含有的營養(yǎng)物質(zhì)都為人體所需要，具有很高的藥用價(jià)值。

太和貢椿生產(chǎn)基地主要分布在潁河沿岸的河床漫灘沖積的沙淤兩合土和少量沙土的鄉(xiāng)鎮(zhèn)。實(shí)踐表明，青沙土、兩合土為香椿適生土壤，淤土次之，黑土生長較差。樹木品種、適宜的生長土壤和優(yōu)越的氣候條件，是造就地方名優(yōu)土特產(chǎn)品的先決條件。是太和貢椿與其他地區(qū)的香椿存在差異性的決定因素，也是分析太和貢椿“特征指紋圖譜”的先決物質(zhì)條件。

當(dāng)前，對于太和貢椿這一“安徽省特產(chǎn)名品”，則缺乏相應(yīng)的研究和原產(chǎn)地保護(hù)措施。旨在通過檢測多種微量元素的含量探討并建立太和貢椿中人體必需微量元素種類、含量，以及對太和貢椿品質(zhì)的影響規(guī)律，探知以太和貢椿中各種微量元素種類及含量為基礎(chǔ)指標(biāo)的太和貢椿質(zhì)量品質(zhì)等級評價(jià)體系，初步建立以鈣、鎂、磷、鈉、鉀、鐵、碘、硒、鋅、錳等常微量元素和含量為主導(dǎo)指標(biāo)的太和貢椿特征“指紋特征”圖譜，保護(hù)地方特產(chǎn)聲譽(yù)。引導(dǎo)椿農(nóng)產(chǎn)業(yè)化種植，加快香椿種植的集約化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，提高椿農(nóng)收入，盡快脫貧致富，以及為后續(xù)的香椿系列產(chǎn)品開發(fā)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

香椿芽A 號，2019 年4 月14 日采于安徽太和縣香椿良種采穗園，樁頭芽葉數(shù)9～11 支，芽頭鮮嫩，色澤油光，肉質(zhì)肥厚；香椿芽B 號，2019 年4 月15 日采于亳州市譙城區(qū)雙溝鎮(zhèn)秦大園自然村，樁頭芽葉數(shù)6～9 支，色澤較深，肉質(zhì)稍干瘦。2 種產(chǎn)品直線南北距離約60 km（A 產(chǎn)品在南，B 產(chǎn)品在北）。

1.2 儀器與試劑

Thermo 型超低溫冷凍冷藏冰箱、DZ-280/2SD 型小型多功能真空封裝機(jī)，東莞市金橋科技電器制造有限公司產(chǎn)品；METTLER TOLEDO 型電子天平，梅特勒-托利多集團(tuán)產(chǎn)品；IM-82002 型電子天平，諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；DHG-9040A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，寧波江南儀器廠產(chǎn)品；KDN-08 型消化爐，上海昕瑞儀器儀表有限公司產(chǎn)品；EPED-10TS 型實(shí)驗(yàn)室級超純水機(jī)，南京易普易達(dá)科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；TAS-990 型原子吸收分光光度儀（配GF-990石墨爐電源），北京普析通用儀器有限公司產(chǎn)品。

K，Na，Ca，Mg，F(xiàn)e，Zn，Mn，Cu 標(biāo)準(zhǔn)溶液，國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供，標(biāo)準(zhǔn)值為1 000 μg/mL；硝酸、高氯酸、氯化銫、鹽酸、氧化鑭，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供。

所有玻璃儀器均以硝酸（1+5） 浸泡24 h 以上，用自來水反復(fù)沖洗，最后用蒸餾水沖洗，晾干后方可使用。

1.3 樣品保存與處理

1.3.1 樣品保存[4]

采集的新鮮樣品立即分裝于薄膜保鮮袋中，每袋約200 g，用真空封裝機(jī)抽真空封裝，放置在超低溫冷藏冰箱中速凍至-50 ℃，并在該溫度下保藏，備用。

1.3.2 樣品消化

將新鮮的椿芽在日光下曬干，粉碎機(jī)粉碎，過60 目篩，精密稱取約5.000 g（精確至0.000 1 g），置消化管中，參照GB 5009.91—2017 標(biāo)準(zhǔn)5.2.3 濕式消解法消化，稱取的樣品置消化管中，加硝酸20 mL，高氯酸1 mL，在消化爐上逐步加熱消解，條件為120 ℃/0.5～1.0 h 升至180 ℃/2～4 h，再升至220 ℃持續(xù)加熱，若在消化過程中液體過少或者消化液呈棕褐色，則適量補(bǔ)加硝酸，直至消解至冒白煙、消化液呈無色透明或略帶黃色，視為消化完全，取出消化管，冷卻至室溫。然后以2%硝酸溶液定容至250 mL 容量瓶中，備用。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

將標(biāo)準(zhǔn)溶液用質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%硝酸梯度稀釋，首先配成質(zhì)量濃度100 μg/mL 的儲備液；然后再測定時(shí)，再按對應(yīng)的國標(biāo)方法將儲備液稀釋成對應(yīng)質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)工作液。其中，K，Na，Ca，F(xiàn)e 標(biāo)準(zhǔn)工作液的質(zhì)量濃度為100.0 μg/mL；Mg，Zn，Mn，Cu標(biāo)準(zhǔn)工作液的質(zhì)量濃度為10.0 μg/mL。

1.5 測定方法

1.5.1 水分含量測定

基本方法參照GB 5009.3-2016[5]；采用兩步法：稱取新鮮的椿芽樣品約500 g（精確到0.01 g），自然條件下風(fēng)干20 h 以上（試驗(yàn)采用35℃日光下晾曬20 h 以上），達(dá)到安全水分以下，稱質(zhì)量。粉碎機(jī)粉碎，過60 目篩，混勻，貯于干凈的棕色磨口瓶中備用。后續(xù)用105 ℃恒質(zhì)量法測定自然干燥的水分，根據(jù)自然晾曬失水和恒質(zhì)量法測定的水分含量，計(jì)算新鮮椿芽樣品的水分含量。

后續(xù)的各礦物元素含量，依據(jù)樣品水分含量，折算成干物質(zhì)含量計(jì)。

1.5.2 K，Na 的測定

測定方法參照GB 5009.91—2017[6]。

1.5.3 Ca 的測定

測定方法參照GB 5009.92—2016[7]。

1.5.4 Fe 的測定

測定方法參照GB 5009.90—2016[8]。

1.5.5 Mg 的測定

測定方法參照GB 5009.241—2017[9]。

1.5.6 Zn 的測定

測定方法參照GB 5009.14—2017[10]。

1.5.7 Mn 的測定

測定方法參照GB 5009.242—2017[11]。

1.5.8 Cu 的測定

測定方法參照GB 5009.13—2017[12]。

調(diào)整儀器參數(shù)，待儀器穩(wěn)定后，將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液樣品處理液（做3 個(gè)平行樣） 與試劑空白分別依次導(dǎo)入儀器，進(jìn)行測定。

1.6 各元素測定的儀器工作參數(shù)

各元素測定儀器工作參數(shù)見表1。

表1 各元素測定儀器工作參數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品消解

在按照1.3.2 的樣品消解過程中，都按濕法消解的操作方法，大同小異卻略有差異，主要表現(xiàn)在取樣量要求、加入硝酸和高氯酸的比例，試驗(yàn)采用一次消化測定多種元素的方法，提高了試驗(yàn)效率。

2.2 線性范圍

在進(jìn)行條件優(yōu)化的前提下，進(jìn)樣系統(tǒng)依次導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、待測樣品和試劑空白樣，儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到各元素的線性方程和相關(guān)系數(shù)。結(jié)果表明，K，Na，Ca，F(xiàn)e 在0～200 μg/mL，相關(guān)系數(shù)R2≥0.999 5；Mg，Zn，Mn，Cu 在0～20 μg/mL 的范圍內(nèi)R2≥0.995 0，線性關(guān)系良好。

各元素測定線性關(guān)系見表2。

表2 各元素測定線性關(guān)系

2.3 方法檢出限[13]

以標(biāo)準(zhǔn)序列質(zhì)量濃度梯度最接近于“0”的質(zhì)量濃度梯度值，連續(xù)進(jìn)樣12 次，得出測定值，計(jì)算測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差、樣品測定平均值，按下式計(jì)算方法檢出限值：

式中：CL——方法的檢出限；

Ki——置信因子，在此取3；

Si——測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

C——測定標(biāo)準(zhǔn)系列的質(zhì)量濃度，μg/mL；

方法的檢出限見表3。

表3 方法的檢出限

由表3 可以看出，對上述7 種元素的檢測限低于對應(yīng)的國家檢測標(biāo)準(zhǔn)檢出限值，證明能夠滿足分析測定要求。

2.4 方法穩(wěn)定性

準(zhǔn)確移取在“1.3”“1.4”項(xiàng)下制備并與4 ℃保存的供試樣品，分別于24，48，72，96，120 h 做相關(guān)元素的重復(fù)測定，計(jì)算測定結(jié)果的平均值和RSD值，結(jié)果顯示，各元素測定值的RSD 值均小于5%，表明該消解方法和保存措施在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，具有較好的穩(wěn)定性。

2.5 重復(fù)性試驗(yàn)

對在4 ℃密閉保存的供試樣品，按照同樣的樣品處理和測定方法，平行測定5 次，計(jì)算各元素的平均含量和RSD，結(jié)果顯示RSD 均小于5%，表明該測定方法重復(fù)性良好。

2.6 精密度和加標(biāo)回收試驗(yàn)

在4 ℃密閉保存的供試樣品，經(jīng)“1.4”項(xiàng)下方法再次制備，在供試樣品中精密加入各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（加入量為標(biāo)準(zhǔn)曲線第3 個(gè)定量點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液對應(yīng)的元素質(zhì)量），按“1.5”項(xiàng)下方法進(jìn)行測定，平行試驗(yàn)5 次，根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算加標(biāo)回收率。結(jié)果表明，加標(biāo)回收率為98.7%～102.6%，RSD 范圍為0.975%～1.350%，說明該方法具有良好的精密度。

2.7 樣品分析測定結(jié)果

2.7.1 樣品水分含量

采用兩步法對樣品中的水分含量進(jìn)行了測定。

樣品中的水分含量見表4。

表4 樣品中的水分含量

由表4 可以看出，在同期采集的樣品中，太和貢椿比雙溝椿芽水分高出約2.7%，這說明太和貢椿更加脆嫩，形態(tài)更堅(jiān)挺，口感也更好。

2.7.2 檢測礦物質(zhì)元素含量

各礦物質(zhì)元素含量表（以干物質(zhì)計(jì)） 見表5，各元素含量比較柱狀圖見圖2。

以上測定結(jié)果表明：

（1） 太和貢椿水分含量顯著高于同期的雙溝香椿，是保證其具有良好脆度和口感的重要因素。

表5 各礦物質(zhì)元素含量表（以干物質(zhì)計(jì)）

（2） 以測定的8 種常量、微量元素為分析判斷基礎(chǔ)，太和貢椿最豐富的礦物質(zhì)元素是K，含量為109.6×103mg/kg（以干物質(zhì)計(jì)，下同），其他元素按豐度計(jì)，依次為Na 1 285.6 mg/kg，Ca 1 197.3 mg/kg，Zn 138.1 mg/kg，F(xiàn)e 111.6 mg/kg，Mg 42.8 mg/kg，Mn 42.8 mg/kg，Cu 16.0 mg/kg。

與對照測定的亳州雙溝香椿相比較，太和貢椿的K 和Zn 含量，明顯高出雙溝香椿。其中，太和貢椿的K 和Zn 含量分別是雙溝香椿的1.90 倍和19.54 倍；這可能是太和貢椿與其他香椿品質(zhì)具有顯著差異性的重要因素之一。

（3） 太和貢椿Ca 元素含量低于雙溝香椿約20%，可以解釋為何太和貢椿具有良好的脆度和口感；在Mg，Mn，Cu 3 種元素含量方面，雖然2 種樣品略有差異性，但相對差距不是十分懸殊且都是低含量水平，尚無法說明其對太和貢椿品質(zhì)貢獻(xiàn)度的影響度。

（4） 在不討論黃酮類等其他生理活性物質(zhì)對太和貢椿的保健作用的貢獻(xiàn)度的前提下，揭示太和貢椿的高K 和高Zn 含量，對于說明太和貢椿的保健作用也是有正向效應(yīng)的。K 可以形成某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉(zhuǎn)磷酸酶等） 的輔因子[14]；作為細(xì)胞內(nèi)液的主要陽離子，對于維持細(xì)胞的完整性十分重要。鉀也是鈉泵的組成部分。在生物膜上，鉀離子和鈉離子的交換，往往與一些重要的生理過程有關(guān)，如神經(jīng)沖動(dòng)的傳遞，以及肌肉的收縮。心臟的正常搏動(dòng)有賴于鈉、鉀等離子的協(xié)同作用。碳水化合物和蛋白質(zhì)的代謝也需要鉀的幫助。鉀和鈉一樣，對于身體維持電位差和滲透壓、維持電解質(zhì)平衡具有關(guān)鍵作用。

鋅作為體內(nèi)多種酶和活性蛋白質(zhì)維持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和生物活性的必要因子，其生理功能極其重要且多樣。例如，鋅是穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的重要因素、對于預(yù)防自由基傷害和維持正常免疫功能也是必需的；鋅還參與胰島素的合成和釋放，以及甲狀腺激素的作用；鋅因參與維A 在視覺細(xì)胞中的轉(zhuǎn)運(yùn)和轉(zhuǎn)化為視黃醛的過程而為形成正常視力所必需；鋅是味蕾當(dāng)中味覺蛋白的成分，因此為正常的味覺功能所必需；鋅是DNA 合成的必要因素，所有細(xì)胞的分裂和增殖均需要鋅的幫助等。通過上述分析，有理由相信，太和貢椿的高K 和高Zn 的微量元素含量特征，是形成太和貢椿優(yōu)秀食品質(zhì)量特征的重要因子。

（5） 以上的8 種元素組成，可以認(rèn)定為以礦物質(zhì)元素為考量指標(biāo)的太和貢椿特征指紋圖譜。

3 結(jié)論

（1） 分析的8 種元素的組成關(guān)系，從一個(gè)角度揭示了太和貢椿的產(chǎn)品特征，為太和貢椿原產(chǎn)地保護(hù)奠定了化學(xué)（成分） 特征圖譜的部分基礎(chǔ)。

（2） 結(jié)合常量組分分析、包括黃酮類化合物在內(nèi)的其他生理活性物質(zhì)測定，可以進(jìn)一步揭示和完善太和貢椿的化學(xué)（成分） 特征圖譜，結(jié)合太和貢椿的生物特征圖譜，建立太和貢椿的原產(chǎn)地保護(hù)方案和產(chǎn)品分級標(biāo)準(zhǔn)，奠定良好的基礎(chǔ)，為這一地方名特產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供技術(shù)支持。

（3） 研究具有一定的局限性。一是對于功能性元素（如P，I，Se 等） 若干常、微量元素沒有涉及；二是對有害元素（如Pb，Hg，As，Cr 等） 尚未涉及；三是測定樣品和參比樣本數(shù)量較少，今后有待于進(jìn)一步深入研究和探討，以期豐富相關(guān)數(shù)據(jù)，對于太和貢椿質(zhì)量評價(jià)體系的建立提供更有力的數(shù)據(jù)支撐。