周啟武1,桂云霞2,李明燦3,張國昌3,馬引娟3,白海東

(1.滇西科技師范學(xué)院生物技術(shù)與工程學(xué)院,云南臨滄 677000;2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,云南昆明 650201;3.孟定海關(guān)綜合技術(shù)中心,云南臨滄 677000;4.臨滄市林業(yè)科學(xué)院,云南臨滄 677000)

魔芋(AmorphophalluskonjacC. Koch)為天南星科(Araceae)魔芋屬(AmorphophallusBlume)多年生宿根性球莖草本植物,雌雄同株,起源于印度及斯里蘭卡,全球共有163個(gè)品種,現(xiàn)分布于印度半島及東亞洲各國及非洲的部分國家,別名有“磨芋”、“鬼芋”、“蒟蒻”、“妖芋”、“花麻蛇”等[1]。我國已發(fā)現(xiàn)并命名的有26種,占世界魔芋種數(shù)的22.6%,主產(chǎn)于四川、陜西、云南、貴州、安徽、湖北、福建和臺(tái)灣等地[2-3],栽培面積達(dá)190萬畝,加工企業(yè)130余個(gè),年產(chǎn)魔芋精粉、微粉2.5萬噸,占世界總產(chǎn)量的60%,成為全世界魔芋種植面積最大的國家,也是我國中西部地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及農(nóng)民脫貧致富的支撐產(chǎn)業(yè)之一,而云南省作為魔芋的發(fā)源地和中國最大的魔芋生產(chǎn)區(qū)之一,占全國魔芋產(chǎn)量的60%[4-5]。

在我國,魔芋有著悠久的種植、食用及藥用歷史。早在2000多年前就有古人用魔芋來治病,現(xiàn)也證實(shí)了魔芋屬于熱量、脂肪、糖分都很低的食物,且具有治療高血脂、糖尿病等慢性疾病[6],以及抗氧化及保護(hù)肝臟[6-7]、鎮(zhèn)痛[8]、消炎[6,9]、殺菌[10]、驅(qū)蟲[11]等功效,有緩解甲狀腺癌、胃賁門癌、結(jié)腸癌、鼻咽癌、乳腺癌癥狀和增強(qiáng)免疫力等作用[12-13],被譽(yù)為“魔力食品”、“胃腸道清道夫”,且魔芋食品位列WHO推薦的“十大健康食品”之列,具有良好的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景,我國目前現(xiàn)有的魔芋食品行業(yè)對(duì)魔芋精粉年平均需求量在1萬噸以上[4,14]。在很多地區(qū)以作為農(nóng)民增加收入[15-16],脫貧致富的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)[17-18],也為部分地區(qū)提高植被覆蓋率保護(hù)生態(tài)環(huán)境發(fā)揮了良好的作用[18-20],特別是在當(dāng)前鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下,魔芋產(chǎn)業(yè)已為我國西部最具成長潛力與競爭優(yōu)勢的地方特色資源產(chǎn)業(yè)[21]。

研究表明,魔芋及其相關(guān)產(chǎn)品在農(nóng)林業(yè)、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生及工業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的用途和發(fā)展前景[22-23],有關(guān)魔芋的研究越來越多,主要集中于魔芋的栽培技術(shù)、病蟲害防治、藥用保健價(jià)值方面[22,24],結(jié)合不同地區(qū)對(duì)魔芋的營養(yǎng)成分及重金屬含量方面的研究較少,一定程度上限制了魔芋及其產(chǎn)品的綜合利用。本研究通過對(duì)幾種魔芋中主要營養(yǎng)成分和重金屬元素分析,以期為魔芋種植品種和精深加工產(chǎn)業(yè)中原料的選擇以及重金屬評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

汀盛1號(hào)(自研品種)、滇魔芋(A.yunnanensisEngl) 云南省臨滄市林業(yè)科學(xué)院提供,白魔芋(A.albus)、黑魔芋(A.nigrum)和珠芽魔芋(A.bulbiferBlume) 采自臨滄市永德縣;硫酸 優(yōu)級(jí)純,四川西隴科學(xué)有限公司;硝酸 優(yōu)級(jí)純,美國默克公司;氫氧化鈉 優(yōu)級(jí)純,天津津科精細(xì)化工研究所;95%乙醇、無水乙醚、石油醚(30～60 ℃)、甲基紅 均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、3,5二硝基水楊酸、溴甲酚綠(指示劑級(jí)) 均為分析純,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;GNM-SAU-002-2013金單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 國家有色金屬及電子材料分析測試中心;GBW(E)080263錳單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心;GBW(E)080923鉛單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW(E)080119鎘單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW08614鉻單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW08611砷單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW08611砷單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW08617汞單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW08618鎳單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 中國計(jì)量科學(xué)研究院;實(shí)驗(yàn)過程用水 均為超純水。

AA-6800F原子吸收分光光度計(jì) 日本島津公司;Kjeitec 8400全自動(dòng)凱氏定氮儀、Foss Soxtec TM800索氏提取儀 丹麥福斯公司;Agiient 7800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國安捷倫公司;Sartorius BSA224S1電子天平 賽多利斯(北京)公司;Anton Paar MW PRO-T50高壓微波消化器 奧地利安東帕有限公司;DHG-9070A電熱鼓風(fēng)干燥箱機(jī) 上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司;LabTech-EG35A-PLUS數(shù)顯控溫電熱板 北京萊伯泰科儀器股份有限公司;SCIENTZ-SB-5200D超聲波清洗機(jī) 寧波新芝生物科技有限公司;HH-4恒溫水浴鍋 常州國華電器;CS-800高速多功能粉碎機(jī) 武漢海納電器;B-400高速均質(zhì)器 瑞士步琦;KA-1000C離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;STUART電磁攪拌器 英國斯圖爾特有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 葡甘露聚糖含量測定

1.2.1.1 制作葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 依次取0.4、0.8、1.2、1.6和2.0 mL標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖液于對(duì)應(yīng)25 mL容量瓶中,分別加蒸餾水補(bǔ)足至2 mL,再分別加入1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸試劑,充分搖勻后均于沸水浴加熱5 min,然后取出冷卻至室溫,用蒸餾水定容,各取1 cm比色皿于550 nm測定吸光度值,以蒸餾水顯色反應(yīng)作空白調(diào)零,記錄不同濃度葡萄糖工作液的吸光度值,以葡萄糖毫克數(shù)為橫坐標(biāo)(X),吸光度值為縱坐標(biāo)(Y)建立回歸方程[25]。

1.2.1.2 魔芋粉指標(biāo) 參照《魔芋粉》(NY/T 494-2010)將清水洗凈的魔芋球莖切成3～5 mm薄片,于陽光下通風(fēng)曬干,經(jīng)粉碎去掉雜質(zhì)后過40目篩(≤0.425 mm)制得白色普通魔芋精粉備用[25]。

1.2.1.3 魔芋葡甘露聚糖提取液及水解液的制備 準(zhǔn)確稱取0.2 g魔芋粉末,加入盛有50 mL甲酸-氫氧化鈉緩沖液的燒杯中,在室溫下通過電磁攪拌1～2 h溶脹后放置至第2 d,經(jīng)4000 r/min離心20 min后得到上清液,轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶,并用甲酸-氫氧化鈉緩沖液定容至100 mL,即為魔芋葡甘露聚糖提取液。再取5.0 mL魔芋葡甘露聚糖提取液于小燒杯中,準(zhǔn)確加入2.5 mL 3 mol/L H2SO4搖勻,沸水水浴1.5 h,冷卻后加入2.5 mL 6 mol/L NaOH,搖勻后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中,加蒸餾水定容即得可魔芋葡甘露聚糖水解液。

1.2.1.4 魔芋中葡甘露聚糖測定 分別取葡甘露聚糖提取液、水解液和蒸餾水2.0 mL于3個(gè)小燒杯內(nèi),依次加入1.5 mL 3,5-二硝基水楊酸,在沸水浴中加熱5 min,冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中,用蒸餾水定容,以蒸餾水作空白調(diào)零,在分光光度計(jì)550 nm處分別測定吸光度值,再根據(jù)葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線查出葡甘露聚糖水解液葡萄糖毫克數(shù)(T)和葡甘露聚糖提取液葡萄糖毫克數(shù)(T0),通過以下公式計(jì)算出葡甘露聚糖含量[25]。

式中:ε-葡甘聚糖中葡萄糖和甘露糖殘基分子量與其水解后所生成的葡萄糖和甘露糖分子量之比(ε=0.9);T-標(biāo)準(zhǔn)曲線上所對(duì)應(yīng)的葡甘露聚糖水解液葡萄糖含量(mg);T0-標(biāo)準(zhǔn)曲線上所對(duì)應(yīng)的葡甘露聚糖提取液葡萄糖含量(mg);m-樣品質(zhì)量(g)。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量測定 分別稱取5種魔芋粉末試樣2.000 g(精確至0.001 g)至消化管中,依次加入研細(xì)的0.4 g CuSO4和6 g K2SO4粉末、少量超純水及20 mL H2SO4后于消化爐上(420 ℃)消化150 min,冷卻至管中液體呈綠色透明狀,以試劑作空白對(duì)照依次經(jīng)凱氏定氮儀測定蛋白質(zhì)的含量[26]。

1.2.3 粗脂肪含量測定 依次稱取試樣3.000 g(m0)于砂芯杯內(nèi),放入脫脂棉,連接裝置和電源,待索氏抽提儀完成自檢后裝好砂芯杯,于恒重(m1)的接收瓶中加入1/3體積的石油醚后放于儀器內(nèi),設(shè)定程序(溫度80 ℃,沸騰60 min,淋洗60 min,回收40 min)自動(dòng)抽提6 h(6～8次/h),待抽提液沒有油斑時(shí)回收石油醚,取下接收瓶置于硅膠干燥器中干燥30 min后稱量,重復(fù)至恒重(m2),即可按以下公式計(jì)算魔芋中脂肪含量,結(jié)果保留兩位小數(shù)[27]。

1.2.4 粗纖維含量測定 稱取20 g試樣(m)于500 mL錐形瓶中,加入200 mL煮沸的1.25% H2SO4,并于電熱板上恒體積微沸30 min(攪拌1次/5 min),迅速用亞麻布過濾,用沸水洗滌至洗液中性,再用200 mL煮沸的1.25% KOH溶液將亞麻布上的殘留物洗入原錐形瓶中,繼續(xù)微沸30 min,重復(fù)加熱洗滌3次后移入恒重(G0)的垂熔坩堝中抽濾,用熱水充分洗滌后抽干,再依次用乙醇和乙醚各洗滌1次。將坩堝和內(nèi)容物于105 ℃烘箱中烘至恒量(G1)后按以下公式計(jì)算魔芋中粗纖維含量,結(jié)果保留兩位小數(shù)[28]。

1.2.5 重金屬含量測定 微波消解:稱取粉末試樣0.2 g(m)于消化管中,加入5 mL硝酸,加蓋放置1 h,按高壓微波消化器設(shè)定程序加熱消解(見表1)。消解完后冷卻至100 ℃左右,取出自然降到室溫并于超聲水浴箱中超聲脫氣5 min,用超純水定容至25 mL(V)備用,其中設(shè)置2個(gè)空白[29]。

表1 微波消解儀設(shè)置條件Table 1 Conditions of microwave digestion device

ICP-MS工作條件:測定前,對(duì)儀器的射頻功率、等離子體氣流量、載氣流量、輔助氣流量等操作條件和參數(shù)進(jìn)行調(diào)諧,以得到最佳靈敏度,本研究中ICP-MS工作條件如表2。

表2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀工作參考條件Table 2 Working reference conditions of ICP-MS

元素分析模式及內(nèi)標(biāo)選擇:根據(jù)ICP-MS待測Cr、Mn、Ni、Cd、Pb、Hg和As 7種元素選擇對(duì)應(yīng)的分析模式,并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)選擇待測元素所對(duì)應(yīng)的同位素和內(nèi)標(biāo)元素[29],見表3。

表3 ICP-MS待測元素分析模式及所選同位素與內(nèi)標(biāo)元素Table 3 Elemental analysis mode of ICP-MS and selected isotope and internal standard elements

元素含量的測定:先測定待測元素和內(nèi)標(biāo)元素的信號(hào)響應(yīng)值,在用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定空白溶液和試樣溶液,得到試料空白溶液質(zhì)量濃度(ρ0)和試料溶液中被測元素質(zhì)量濃度(ρ),根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(所選內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號(hào)值)及以下公式計(jì)算得到消解液中待測元素的濃度(X),結(jié)果保留三位小數(shù):

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)每個(gè)樣品重復(fù)測定3次,數(shù)據(jù)利用Microsoft Office 2010求出平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(Mean±SD)并繪圖,數(shù)值表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差;利用SPSS 22.0中文版進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 魔芋中主要營養(yǎng)成分

2.1.1 葡甘露聚糖含量 本研究建立的回歸方程y=0.1364x+0.0172(R2=0.9987),根據(jù)回歸方程得出葡甘露聚糖含量結(jié)果見圖1。

圖1 5種魔芋中葡甘露聚糖的含量Fig.1 Glucomannan contents in five kinds of konjac

由圖1所示,測定的5種魔芋中汀盛一號(hào)和白魔芋葡甘露聚糖含量最高,分別為65.92%和65.31%,滇魔芋次之(57.74%),珠芽魔芋和黑魔芋最低(分別為55.51%、54.83%)。孫天瑋等[30]測定白魔芋葡甘聚糖含量為51.05%,珠芽魔芋46.59%,而魔芋精粉最高在51.3%～63.5%[31],而不同品種的魔芋葡甘聚糖含量相差較大,分布在10%～70%之間[32],一般在60%左右[33],含量差異除與魔芋品種有關(guān)外,還可能與魔芋粗粉、生長環(huán)境等有關(guān)[34-35]。因葡甘露聚糖是一種天然合成的高分子多糖,本身具有獨(dú)特的抗菌性、增稠性、膠凝性、乳化性和流變性等,可減少和延緩葡萄糖吸收而抑制血糖升高和脂肪酸合成、增強(qiáng)機(jī)體免疫能力等[4,36],使其在醫(yī)藥保健、農(nóng)業(yè)、食品產(chǎn)業(yè)和環(huán)保工業(yè)等各方面都具有很好的應(yīng)用價(jià)值,是評(píng)價(jià)魔芋品質(zhì)的重要指標(biāo)之一[22,36],因此以葡甘聚糖成分作為精深加工產(chǎn)品開發(fā)利用時(shí),可首選汀盛一號(hào)和白魔芋作為原料。

2.1.2 蛋白質(zhì)含量 蛋白質(zhì)含量測定結(jié)果見圖2。

圖2 5種魔芋中蛋白質(zhì)含量的測定結(jié)果Fig.2 Protein contents in five kinds of konjac

圖2所示,汀盛一號(hào)和白魔芋中蛋白質(zhì)含量最高,分別為7.86%和7.57%,其次是黑魔芋(5.53%)和滇魔芋(5.36%),株芽魔芋最低(4.16%),整體含量區(qū)間比《中國食物成分表》(4.6%)高[37],而朱瑛等[38]測定魔芋中蛋白質(zhì)含量僅為0.12%,魏養(yǎng)利等[4]測定為3.4%,表明不同品種的魔芋蛋白質(zhì)含量存在差異,且本次研究的魔芋樣品中蛋白質(zhì)含量普遍高于文獻(xiàn)報(bào)道數(shù)據(jù)。

2.1.3 脂肪含量 脂肪含量測定結(jié)果見圖3。

圖3 5種魔芋中脂肪含量的測定結(jié)果Fig.3 Crude fat contents in five kinds of konjac

由圖3所示,測定的5種魔芋中脂肪含量在0.06%～0.54%之間,其中滇魔芋的脂肪含量為0.06%,比其他經(jīng)常食用的食物含量(10%～30%)少得多,李磊[24]測定了不同魔芋中粗脂肪含量為0.28%～0.48%,均說明魔芋脂肪含量低,屬于低脂、低熱量食品,可為“魔力食品”的精深加工提供數(shù)據(jù)參考。

2.1.4 粗纖維含量 粗纖維含量測定結(jié)果見圖4。

圖4 5種魔芋中粗纖維含量測定結(jié)果Fig.4 Coarse fib contents in five kinds of konjac

由圖4所示,5種魔芋樣本中粗纖維含量從高到低依次為白魔芋(4.70%)>汀盛一號(hào)(3.80%)>株芽魔芋(3.70%)>黑魔芋(3.60%)>滇魔芋(3.10%),魔芋塊莖中粗纖維含量一般在4%～4.5%[39],而李磊[24]測定了10種不同魔芋中粗纖維含量為3.14%～5.14%,因食物中的粗纖維不易消化,對(duì)肥胖、糖尿病和高血脂等病起到預(yù)防和治療作用[6],所以魔芋可作為補(bǔ)充人體膳食纖維較好的食藥材料,同時(shí)本研究結(jié)果也為魔芋產(chǎn)品深加工工藝提供參數(shù)。

2.2 魔芋中重金屬含量

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍、曲線方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限 ICP-MS檢測法具有線性范圍寬的特點(diǎn),由表4可知,在滿足線性范圍的穩(wěn)定性和重復(fù)性條件下,Cr、Mn、Ni、Cd、Pb、As和Hg標(biāo)準(zhǔn)曲線適宜的最高濃度均為50 μg/L,標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)均在0.9994以上,線性較好,完全能夠滿足分析方法的需要。同時(shí),按照標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算本方法的檢出限[20],以空白試劑響應(yīng)值的10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作定量限,得出各重金屬元素的檢出限和定量限分別在0.002～0.200 mg/kg和0.001～0.130 mg/kg之間,說明該方法靈敏度高,能準(zhǔn)確測定低含量的元素,完全能夠滿足農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)測的要求。

表4 重金屬標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限Table 4 Linear equation,linear range,correlation coefficient,detection limit of heavy metal standard curve

2.2.2 精密度與加標(biāo)回收驗(yàn)證 取消解待測液按標(biāo)準(zhǔn)預(yù)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行平行試驗(yàn)5份,計(jì)算各元素含量的平均值,同時(shí)分別于各溶液中加入一定量對(duì)應(yīng)的Cr、Mn、Ni、Cd和Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),每份溶液測定3次,以加標(biāo)前測定的含量平均值計(jì)算各元素的回收率,并以各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)來確認(rèn)方法的準(zhǔn)確性與精密度(表5)。

表5 精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Recovery tests of precision and standard addition in digestion solution

由表5可知,各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)≤6.94%,回收率在96.7%～107.2%之間,表明該測定方法的準(zhǔn)確度良好且精密度高,滿足試驗(yàn)測定要求。

2.2.3 五種魔芋中重金屬含量測定結(jié)果 按以上條件依次對(duì)5種芋魔芋樣品處理液進(jìn)行測定,并根據(jù)公式計(jì)算得出5種魔芋中Cr、Mn、Ni、Cd、Pb、As和Hg的含量,結(jié)果見表6。

表6 5種魔芋中重金屬含量的測定結(jié)果(mg/kg)Table 6 Heavy metals contents in five kinds of konjac(mg/kg)

由表6可知,本次測定的魔芋樣品中錳含量較高(8.170～53.290 mg/kg,其中黑魔芋含53.290 mg/kg),鉻含量在0.320～1.715 mg/kg之間,鎳含量在0.232～0.604 mg/kg之間,鎘含量為0.014%～0.025 mg/kg,鉛含量在0.140%～0.251 mg/kg,砷含量在0.018～0.092 mg/kg,汞含量在0.036～0.062 mg/kg之間,均符合我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限量標(biāo)準(zhǔn)(鉻<1 mg/kg,鎳<1.0 mg/kg,鎘<0.03～0.2 mg/kg,鉛<1～2 mg/kg,砷<0.5 mg/kg,總汞<0.1 mg/kg)[40]。雖然本研究所測定的5種魔芋樣本中的7種重金屬含量均符合我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)限量標(biāo)準(zhǔn)可安全食用,但為開展魔芋及相關(guān)產(chǎn)品的安全性評(píng)價(jià),仍需對(duì)不同土壤環(huán)境、魔芋及其產(chǎn)品中各重金屬含量、富集作用、危害及防控措施等開展大量研究。

3 結(jié)論

本研究表明,魔芋中含有豐富的葡甘聚糖(含量54.83%～65.92%),可達(dá)干質(zhì)量的60%左右,蛋白質(zhì)含量為4.16%～7.86%,粗脂肪含量最少(0.06%～0.54%),粗纖維含量為3.10%～4.70%,Mn含量較高(8.170%～53.290%,其中黑魔芋含53.290%),且含有Cr、Ni、Cd、Pb、As和Hg6種重金屬元素,但含量均在我國食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762-2017)的限量要求以內(nèi),含量極低,可以放心食用。在不同品種的魔芋中,葡甘露聚糖、脂肪、蛋白質(zhì)、重金屬、粗纖維的含量都有著顯著的差距,但白魔芋營養(yǎng)價(jià)值整體比其他4種魔芋高,而新品種汀盛一號(hào)魔芋葡甘露聚糖(65.92%)高于其他已報(bào)道的品種(60%),蛋白質(zhì)含量最高(7.86%)。本研究結(jié)果可對(duì)種植品種進(jìn)行優(yōu)選以提升魔芋及其產(chǎn)品品質(zhì)、精深加工工藝、品牌創(chuàng)建、增加種植戶收入和持續(xù)發(fā)展等提供理論參考。