李文秀,王 麗,張 萍,許青蓮,*,邢亞閣,李 鶴,楊 華,曾曉君,周光朝

(1.西華大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,四川成都 610039; 2.四川環(huán)太生物生物科技有限責(zé)任公司,四川成都 610000)

超微粉碎技術(shù)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外食品加工的關(guān)鍵技術(shù),物質(zhì)經(jīng)過(guò)超微粉碎后具備了良好的表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)及量子隧道效應(yīng)等顯著特性,提高了生物活性物質(zhì)溶出率,有利于機(jī)體對(duì)有效成分的吸收[1-2]。作為一項(xiàng)高新技術(shù),超微粉碎技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于食品、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、化工、建筑等領(lǐng)域[3]。但是,食品在超微粉碎過(guò)程中可能因機(jī)械損傷而造成部分營(yíng)養(yǎng)成分的流失?？嗍w即苦蕎麥,學(xué)名韃靼蕎麥,是自然界中甚少的藥食兩用的優(yōu)良作物,被譽(yù)為“五谷之王”,是一種集營(yíng)養(yǎng)、保健、醫(yī)療于一體的天然綠色功能食品[4-7]?？嗍w中的膳食纖維含量比較高,而膳食纖維成分可以刺激小腸上皮黏膜細(xì)胞分泌膽囊收縮素,抑制胃排空,增加飽腹感,對(duì)肥胖癥有良好的控制作用[8]。因此,苦蕎是一種制備代餐粉的理想原料。消費(fèi)者在減肥的同時(shí)也比較關(guān)注代餐粉的營(yíng)養(yǎng)元素及食用安全性。

常用于測(cè)定五谷雜糧及其制品中礦質(zhì)元素的方法主要有原子熒光光譜法[15]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[16]、X射線熒光光譜法[17]、火焰原子吸收光譜法[18]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法[19]。其中,電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)是一種分析速度快、線形范圍寬、靈敏度高、檢出限低、可進(jìn)行多種元素及同位素同時(shí)測(cè)定的分析技術(shù)[9-11],已廣泛應(yīng)用于材料、環(huán)保、生物醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域[12-13],是目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的元素測(cè)定方法之一,非常適合分析谷物類食品的礦質(zhì)元素[14]。但是,目前對(duì)于谷物類食品中礦質(zhì)元素的研究大部分都集中在測(cè)定谷物本身的礦質(zhì)元素以及在種植過(guò)程中礦質(zhì)元素的遷移,測(cè)定加工處理對(duì)谷物類食品中礦質(zhì)元素影響的研究較少。Jiang等[15]通過(guò)原子熒光光譜法研究了水稻中鍺的定量。Yang等[16]采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定了馬鈴薯,燕麥,蕎麥,高粱和紫米中的19種礦物元素。Teixeira等[17]使用能量色散X射線熒光光譜法開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單、快速且廉價(jià)的方法來(lái)確定大米樣品顆粒中的必需元素。Erdogan等[18]通過(guò)火焰原子吸收光譜法測(cè)定了三種土耳其豆科植物,菜豆,小扁豆和鷹嘴豆中的Fe,Zn,Mn和Cu水平。Voica等[19]通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定了37個(gè)咖啡樣品包括有毒和必需元素的16種元素。

實(shí)驗(yàn)室以苦蕎為主要原料,采用超微粉碎技術(shù)制備了一種超微苦蕎代餐粉。經(jīng)過(guò)加工后的超微苦蕎代餐粉口感細(xì)膩,香氣濃郁,沖調(diào)性較好,感官品質(zhì)明顯優(yōu)于普通苦蕎代餐粉,但其營(yíng)養(yǎng)成分情況尚不明確。為了明確超微粉碎過(guò)程中苦蕎代餐粉中礦質(zhì)元素的損失情況,本實(shí)驗(yàn)建立測(cè)定苦蕎代餐粉中部分礦質(zhì)元素含量的ICP-MS分析方法。采用ICP-MS法同時(shí)測(cè)定苦蕎代餐粉中Ca、Fe、Mg、Zn、Mn、Se、Cu、Mo、Co、Pb、Cd、Cr、As 13種礦質(zhì)元素的含量。探究超微粉碎后苦蕎代餐粉中礦質(zhì)元素的損失情況,以明確超微粉碎在苦蕎代餐粉中的應(yīng)用價(jià)值。從元素的角度考察超微粉碎對(duì)苦蕎代餐粉營(yíng)養(yǎng)成分的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

苦蕎 四川環(huán)太生物生物科技有限責(zé)任公司;大米、薏仁、燕麥、黑麥、魔芋粉 郫縣百盛源超市;Ca、Fe、Mg、Zn、Mn、Se、Cu、Mo、Co、Pb、Cd、Cr、As等多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL),Sc、In、Bi混合內(nèi)標(biāo)溶液(1000 μg/mL) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;超純水(電阻率>18.2 MΩ·cm)由超純水制備儀制得;硝酸(優(yōu)級(jí)純)、30%過(guò)氧化氫(分析純) 成都市科龍化學(xué)品有限公司。

SLG65-III雙螺桿擠壓機(jī) 濟(jì)南希諾機(jī)械有限公司;YQ50-1氣流粉碎機(jī) 上海賽山粉體機(jī)械制造有限公司;FW-100型高速粉碎機(jī) 天津市華鑫儀器廠;MDS-6G微波消解儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司;NexION350X電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國(guó)PerkinElmer儀器有限公司;Milli-Q Biocel超純水儀(電阻率>18.2 MΩ·cm) Millipore;IKA C-MAG HP7控溫?cái)?shù)顯電熱板 北京萊伯泰科儀器股份有限公司;萬(wàn)分之一分析天平 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法的建立

1.2.1.1 ICP-MS儀器工作參數(shù) 采用調(diào)諧液對(duì)儀器進(jìn)行優(yōu)化后,其儀器工作參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ICP-MS儀器工作參數(shù)Table 1 ICP-MS instrumental parameters

1.2.1.2 待測(cè)元素同位素和內(nèi)標(biāo)元素的選擇 待測(cè)元素按照干擾小、豐度大的原則來(lái)選擇同位素的質(zhì)量數(shù)。由于苦蕎代餐粉基體復(fù)雜,存在一定的基體干擾,通常選擇內(nèi)標(biāo)元素來(lái)消除基體干擾和分析信號(hào)的漂移[20]。內(nèi)標(biāo)元素的選擇遵循所選內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)與待測(cè)元素質(zhì)量數(shù)相近的原則[21]。待測(cè)元素的同位素質(zhì)量數(shù)和所用內(nèi)標(biāo)元素如表2所示。

表2 同位素和內(nèi)標(biāo)元素的選擇Table 2 Selection of isotopes and internal standard elements

1.2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 準(zhǔn)確移取100 mg/L的多元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1.00 mL于100 mL容量瓶中,并用體積分?jǐn)?shù)為5%的硝酸稀釋并定容至刻度,配制成質(zhì)量濃度為1.0 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)中間液。再用體積分?jǐn)?shù)為5%的硝酸將標(biāo)準(zhǔn)中間液稀釋成質(zhì)量濃度分別為0.00、1.00、5.00、10.00、30.00、50.00 ng/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)液,用于測(cè)定Zn、Mn、Se、Cu、Mo、Co、Pb、Cd、Cr和As元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。同時(shí),取100 mg/L的多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,加體積分?jǐn)?shù)5%硝酸溶液配制成0.00、0.20、2.00、4.00、12.00、20.00 μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)液,用于測(cè)定Mg、Fe和Ca元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.2 樣品的制備 參照李丹[22]麥麩代餐粉制備工藝,并有一定改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)室以苦蕎作為主要原料,以大米粉、薏仁粉、燕麥粉、黑麥粉、魔芋粉等為輔料,將苦蕎和大米粉碎、膨化(1.5 MPa,150 ℃)、再粉碎,薏仁、燕麥、黑麥用小火炒熟后用高速粉碎機(jī)粉碎,然后取苦蕎粉、大米粉、燕麥粉、薏仁粉、黑麥粉、魔芋粉、玫瑰粉、木糖醇按照16∶5∶5∶4∶2∶2∶1∶4 (w∶w)的比例均勻混合,最后過(guò)80目篩,得到普通的苦蕎代餐粉。將普通的苦蕎代餐粉經(jīng)過(guò)氣流粉碎(頻率200 Hz)后過(guò)500目篩,即得到超微苦蕎代餐粉。

1.2.3 測(cè)定樣品前處理 準(zhǔn)確稱取苦蕎代餐粉樣品0.2～0.3 g(精確至0.1 mg)于消解罐內(nèi),加入硝酸溶液(優(yōu)級(jí)純)5 mL,蓋上消解罐罐蓋并旋緊,放置過(guò)夜,再加過(guò)氧化氫(H2O2)溶液2 mL,而后放入微波消解儀中消解,消解條件見(jiàn)表3。消解完全后,待溫度降至60 ℃以下后取出,在通風(fēng)櫥中緩慢打開(kāi)罐蓋排氣,再將消解罐置于控溫電熱板上,150 ℃趕酸近干。冷卻后,將消化液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中,用少量體積分?jǐn)?shù)為5%的稀硝酸(以濃硝酸為基準(zhǔn))溶液分3次洗滌消解罐,洗滌液同樣轉(zhuǎn)移至容量瓶中并定容至刻度,混勻備用,同時(shí)做不含樣品的空白實(shí)驗(yàn)。所有空白、標(biāo)準(zhǔn)、待測(cè)液均通過(guò)三通進(jìn)樣管在線加入4.0 μg/mL的Sc、In、Bi混合內(nèi)標(biāo)溶液[23]。

表3 微波消解條件Table 3 Microwave digestion conditions

1.2.4 樣品的測(cè)定 樣品前處理后使用ICP-MS進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定參數(shù)見(jiàn)表1。測(cè)定時(shí),先確立標(biāo)準(zhǔn)曲線,再測(cè)定1.2.3中得到的樣品空白液和待測(cè)液,自動(dòng)得到所測(cè)溶液中各元素的質(zhì)量濃度,通過(guò)計(jì)算得到樣品中各元素相應(yīng)的含量[24]。試樣中待測(cè)元素的含量按式(1)進(jìn)行計(jì)算:

式(1)

式中:X為試樣中待測(cè)元素含量(mg/kg);ρ為試樣溶液中被測(cè)元素質(zhì)量濃度(μg/L);ρ0為試樣空白液中被測(cè)元素質(zhì)量濃度(μg/L);V為試樣消化液定容體積(mL);f為試樣稀釋倍數(shù);m為試樣稱取質(zhì)量或移取體積,單位為克(g);1000為換算系數(shù)。

1.2.5 加標(biāo)回收率 取兩份相同的樣品,其中一份加入一定量(本實(shí)驗(yàn)的加入量見(jiàn)表6)的含有待測(cè)成分的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì);然后兩份試樣采取相同的分析步驟分析,最后,加標(biāo)試樣所得的結(jié)果減去未加標(biāo)試樣所得的結(jié)果,其差值與加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的理論值之比即為樣品加標(biāo)回收率。即:

回收率加標(biāo)(%)=(加標(biāo)試樣測(cè)定值-試樣測(cè)定值)÷加標(biāo)量×100

式(2)

1.2.6 檢出限 以樣品空白溶液測(cè)定11次所得標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為各元素的檢出限[25]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均使用SPSS 20.0系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 質(zhì)譜干擾的消除

質(zhì)譜干擾主要來(lái)源于多原子或同質(zhì)異位素重疊所產(chǎn)生的干擾,消除質(zhì)譜干擾最有效的方法就是ORS技術(shù)[26]。本實(shí)驗(yàn)采用碰撞-反應(yīng)池技術(shù),使用氦氣作為碰撞氣、氫氣作為反應(yīng)氣以及無(wú)氣模式,結(jié)合屏蔽炬技術(shù)限制強(qiáng)質(zhì)譜峰在低質(zhì)量端的拖尾現(xiàn)象,從而達(dá)到消除干擾的目的[23]。各待測(cè)元素所選擇的質(zhì)譜工作模式見(jiàn)表4。

表4 質(zhì)譜干擾及模式的選擇Table 4 Spectral interferences and ORS mode selection

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

根據(jù)苦蕎代餐粉中不同元素的含量,選擇合適的質(zhì)量濃度范圍配制標(biāo)準(zhǔn)液并進(jìn)行測(cè)定,得到元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,如表5所示。從表5中可以看出,13種元素的線性回歸方程相關(guān)系數(shù)r均不小于0.9990,線性關(guān)系良好。樣品空白測(cè)量11次所得測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為各元素的檢出限,結(jié)果顯示檢出限(LOD)在0.0105～0.9678 μg/L范圍內(nèi)。

表5 元素線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及LODTable 5 Linear regression equations,correlation coefficients,and LODs of the elements

2.3 加標(biāo)回收試驗(yàn)

對(duì)苦蕎代餐粉的一個(gè)樣品中每個(gè)元素進(jìn)行2個(gè)梯度(每個(gè)梯度平行量取3次)的加標(biāo),經(jīng)微波消解處理后,進(jìn)行加標(biāo)回收率的測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。從表6可以看出,各元素加標(biāo)回收率在82.8%～111.0%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)在1.0%～7.1%之間,表明該實(shí)驗(yàn)方法的精密度良好,采用ICP-MS測(cè)定苦蕎代餐粉樣品中Ca、Fe、Mg、Zn、Mn、Se、Cu、Mo、Co、Pb、Cd、Cr、As 13種元素的結(jié)果是令人滿意的。

表6 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果(n=3)Table 6 Test results of spike recovery(n=3)

2.4 苦蕎代餐粉中礦質(zhì)元素測(cè)定

采用以上建立的方法對(duì)普通苦蕎代餐粉和超微苦蕎代餐粉樣品進(jìn)行了測(cè)定,每個(gè)樣品平行稱量10次,測(cè)定結(jié)果如表7所示。從表7中可以看出,苦蕎代餐粉含有豐富的礦質(zhì)元素,且有毒重金屬元素的含量沒(méi)有超過(guò)GB 2762-2017《食品中污染物限量》中規(guī)定的谷物及其制品中Pb(以Pb計(jì))、Cd(以Cd計(jì))、As(以總As計(jì))、Cr(以Cr計(jì))的限量標(biāo)準(zhǔn),其限量分別為Pb 0.2 mg/kg,Cd 0.1 mg/kg,As 0.5 mg/kg,Cr 1.0 mg/kg[27]。同時(shí),將普通苦蕎代餐粉與超微苦蕎代餐粉中各元素的含量進(jìn)行比較,除元素Ca、Mn、Co、Cu和Zn的含量經(jīng)超微粉碎后顯著降低(p<0.05),其他8種元素測(cè)定的結(jié)果差異不顯著(p>0.05)。結(jié)果表明,普通苦蕎代餐粉中的Ca、Mn、Co、Cu和Zn元素的含量明顯高于超微苦蕎代餐粉,但各元素的損失量不超過(guò)7%,超微粉碎對(duì)苦蕎代餐粉中其他礦質(zhì)元素含量的影響不顯著(p>0.05)?？偟膩?lái)說(shuō),超微粉碎對(duì)苦蕎代餐粉中礦質(zhì)元素的影響較小。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與陳愛(ài)華[28]等研究結(jié)果基本一致,證明了手工手磨碎和機(jī)械粉碎制樣對(duì)柑桔葉片金屬元素?zé)o顯著性差異。

表7 超微粉碎對(duì)苦蕎代餐粉中礦質(zhì)元素含量的影響Table 7 Effect of ultrafine pulverization on the content of mineral elements in buckwheat meal replacement powder

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以硝酸和雙氧水為消解液,采用ICP-MS測(cè)定苦蕎代餐粉中Ca、Fe、Mg、Zn、Mn、Se、Cu、Mo、Co、Pb、Cd、Cr、As 13種礦質(zhì)元素。利用ORS技術(shù)消除了分析中的質(zhì)譜干擾,通過(guò)加入內(nèi)標(biāo)元素有效地克服了基體效應(yīng)并補(bǔ)償了信號(hào)漂移,提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。在所測(cè)線性范圍內(nèi),13種元素的相關(guān)系數(shù)均不小于0.9990,其檢出限在0.0105～0.9678 μg/L之間,加標(biāo)回收率在82.80%～111.0%之間,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在1.0%～7.1%之間。因此,該方法的精密度好,可用于同時(shí)測(cè)定苦蕎代餐粉中的多種礦質(zhì)元素。通過(guò)對(duì)普通苦蕎代餐粉和超微苦蕎代餐粉中13種礦質(zhì)元素的含量進(jìn)行分析,結(jié)果表明,該苦蕎代餐粉中含有豐富的礦質(zhì)元素,有毒重金屬As、Pb、Cd、Cr的含量均未超出GB 2762-2017《食品中污染物限量》標(biāo)準(zhǔn)的限量,食用安全。同時(shí),超微粉碎對(duì)苦蕎代餐粉中礦質(zhì)元素的含量的影響較小,所以,超微粉碎在苦蕎代餐粉中是有一定應(yīng)用價(jià)值的。實(shí)驗(yàn)為超微粉類功能食品的開(kāi)發(fā)提供了參考依據(jù)。