祁芳斌 陳發(fā)興 盧海芬 邱秀玉 賴鐘雄

摘 要 以15年生的枇杷果實(shí)為試材，采用微波消解法處理樣品，電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）分析測定果實(shí)中V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se和Mo等9種人體必需痕量元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（w）。結(jié)果表明，各元素的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999，檢出限為0.003～0.126 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于3.00%；枇杷果實(shí)中痕量元素含量存在顯著差異，其中Mn、Zn和Fe含量豐富，高于10 mg/kg DW；不同品種果實(shí)Co、Mo、Se和V等元素的變異系數(shù)高于40%；聚類分析結(jié)果表明，果實(shí)中礦質(zhì)元素與果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)有明顯的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞 枇杷果實(shí)；微波消解；ICP-MS；痕量元素

中圖分類號 O657.63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

枇杷[Eriobotrya japonica Lindl.]為薔薇科喬木果樹，是一種具有藥用價(jià)值的亞熱帶常綠果樹。枇杷原產(chǎn)中國東南部，主要分布在長江以南各省，以福建、四川、浙江、江蘇、安徽等地最多，臺灣臺中也是重要產(chǎn)區(qū)[1]。枇杷果實(shí)柔軟多汁、酸甜適口、營養(yǎng)豐富，是消費(fèi)者喜愛的鮮食水果。根據(jù)《本草綱目》記載，枇把的果實(shí)、種子、花、葉子均可以入藥，具有化痰止咳和胃降氣的功效[2]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究結(jié)果表明，枇把中含有多種人體所需的營養(yǎng)成分，胡蘿卜素、維生素B、維生素C、糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、蘋果酸、檸檬酸等有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)含量豐富，并富含鈣、磷、鐵等對人體新陳代謝非常有益的礦物營養(yǎng)元素， 隨著枇杷研究的深入展開，其價(jià)值備受人們關(guān)注。

在人類的生命活動中，水果是人們生活中不可缺少的食物之一；果實(shí)中含有與人體健康息息相關(guān)的化學(xué)元素，尤其是微量元素[3-4]。人體內(nèi)含有化學(xué)元素高達(dá)81種，其中O、C、H、N、Ca、P、S、K、Na、Cl和Mg等11種元素含量超過體重的0.05%，稱為人體必需的常量元素；顯示出生物功能， 但含量小于體重0.01%的元素稱為痕量元素，這類元素的總和僅占人體重量的0.05%左右。世界衛(wèi)生組織（WHO）確認(rèn)的人體必需的14種微量元素為： Zn、Cu、Fe、I、Se、Cr、Co、Mn、Mo、V、F、Ni、Sr、Sn[5]。人體中的痕量元素又分為必需的痕量元素（如Fe、zn、Mn、I、Sn等）和有害元素（如Pb、Hg、Cd等）[6]。

水果礦質(zhì)元素的分析主要采用分光光度法、紫外-可見分光光度法和原子吸收分光光度法（AAS），原子熒光光度法，電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）等方法[7]。但分光光度法不能實(shí)現(xiàn)多元素的同時(shí)檢測，準(zhǔn)確度相對較低，重現(xiàn)性差；而原子熒光光度法僅用于測定As、Sb、Bi、Se、Te、Ge、Sn、Pb、Zn、Cd、Hg等元素；電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）的靈敏度，檢出限以及重現(xiàn)性都不如電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）。ICP-MS具有靈敏度高、檢出限低、選擇性好、分析速度快、可測元素覆蓋面廣、線性范圍寬、能進(jìn)行多元素同時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn)， 近年已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)科學(xué)和考古學(xué)、冶金、環(huán)境、半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)及核材料分析等領(lǐng)域[8]。

本研究建立了微波消解、ICP-MS技術(shù)同時(shí)測定枇杷果實(shí)樣品中9種痕量元素的方法，在此基礎(chǔ)上， 研究了同一地域生長的不同品種枇杷果實(shí)中痕量元素與果實(shí)品質(zhì)之間的相關(guān)性， 為進(jìn)一步深入探討礦質(zhì)元素對果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)影響機(jī)理奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 供試材料解放鐘、小毛枇杷、夾腳等9個品種枇杷果實(shí)均采自福建省云霄縣金山農(nóng)業(yè)生態(tài)園。選擇管理水平相同、生長一致的植株，每株作為1個處理，設(shè)3個重復(fù)，隨機(jī)取樣。果實(shí)成熟時(shí)按樹冠東、南、西、北、中5個不同部位隨機(jī)采果1個，采后立即用雙蒸水洗凈后，去果皮，切取中部果肉20.00 g，用真空冷凍干燥機(jī)凍干保存待測定。

1.1.2 儀器和試劑 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀為Agilent7700X型（美國Agilent公司）；微波消解系統(tǒng)為Mars5，HY-20-164（美國CEM公司）；超純水系統(tǒng)采用Milli-Q（美國 Millipore公司）。

V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Mo單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度均為1 000 μg/L，來源于國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；質(zhì)譜調(diào)諧液7Li、59Co、89Y、140Ce和205Tl濃度均為10 μg/L，購于美國Agilent公司；內(nèi)標(biāo)溶液226Re、115In、73Ge和45Sc濃度均為0.01 μg/mL，購于美國Agilent公司。硝酸（HNO3）為分析純（德國CNW Technologies GmbH公司）；水是18.3 MΩ去離子水，本實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理 試驗(yàn)所用的玻璃器具及聚四氟乙烯消解罐洗干凈后，用20%硝酸（1+4，V+V）浸泡12 h以上，再用去離子水沖洗3遍后使用。稱取枇杷果肉干樣0.500 g于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL濃硝酸，輕輕晃動消解罐，使樣品完全浸沒，在設(shè)定的條件下進(jìn)行微波消解（見表1）。微波消解完成后，自然冷卻。開蓋后，將消解液移至25 mL容量瓶中，并用去離子水少量多次洗滌消解罐內(nèi)壁，合并洗滌液于25 mL容量瓶中，定容。同時(shí)作空白對照。

1.2.2 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化 本試驗(yàn)在測試前優(yōu)化了電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的工作參數(shù)。將射頻功率、采樣深度和載氣流量等ICP-MS的重要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；用10 μg/L的7Li、59Co、89Y、140Ce和205Tl的調(diào)諧液優(yōu)化儀器工作參數(shù)；利用在線加入226Re、115In、73Ge和45Sc混合內(nèi)標(biāo)溶液削除基體效應(yīng)和接口效應(yīng)，將儀器參數(shù)調(diào)至最優(yōu)，經(jīng)調(diào)試后的參數(shù)見表2。

1.2.3 項(xiàng)目測定 將單標(biāo)溶液配制成混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，其中V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn的濃度配制為0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0、500.0 μg/L；Se和Mo的濃度配制為0、10.0、20.0、50.0、100.0 μg/L。將混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和樣液進(jìn)行ICP-MS測定，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量，加入混合內(nèi)標(biāo)校正基體干擾和儀器信號的漂移。

在儀器工作條件下，根據(jù)各元素不同標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定方法精密度；取10次平行測定消化空白對照液的結(jié)果和6次平行測定10.0 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的結(jié)果，計(jì)算方法的檢出限和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 試驗(yàn)結(jié)果用SPSS、DPS軟件統(tǒng)計(jì)分析；枇杷果實(shí)痕量元素聚類分析選擇標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換、連續(xù)變量的歐氏距離、離差平方和方法，以兩樣本差值平方和為距離，為了能更重視較大的數(shù)值與距離，構(gòu)建9種元素的聚類樹狀圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波消解的條件及標(biāo)準(zhǔn)曲線

枇杷果實(shí)內(nèi)含豐富有機(jī)物質(zhì)，選用強(qiáng)酸（濃HNO3）進(jìn)行果實(shí)樣品的消解。本試驗(yàn)對溫度升溫時(shí)間、溫度保持時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，最終采用表2微波消解程序進(jìn)行消解，壓力上升快，樣品溶液有機(jī)物完全消解，澄清透明無渾濁，消解效果好。

由表3可知，9種元素的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999，各元素檢出限為0.003～0.126 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于3.00%，表明該方法有較高的靈敏度和精密度，重現(xiàn)性較好。

2.2 不同品種間枇杷果實(shí)中元素的特點(diǎn)

應(yīng)用上述方法對福建云霄生產(chǎn)的9種枇杷果實(shí)進(jìn)行分析，從表4、表5可見，枇杷果實(shí)中痕量元素的含量在不同品種間有較大差異，其中Mn、Zn和Fe是果實(shí)中含量最為豐富的3個營養(yǎng)元素，占元素總量的0.9344%，含量在10 mg/kg DW左右；其次是Cu、Ni、Mo和Co含量為0.8～1.0 mg/kg DW；而V和Se在所有品種中含量均很低，僅為3.0～9.0 μg/kg DW。果實(shí)中痕量元素在各品種間的變異系數(shù)均高于13.7%，表明品種間存在一定差異；其中Mn、Zn 、Fe、Cu和Ni等5種元素的變異系數(shù)為13.7%～24.7%，而Co、Mo、Se和V等4種元素變異系數(shù)均超過40%，表明它們含量在枇杷品種間有較大差異。

對9種元素進(jìn)行相關(guān)性分析，雙尾顯著性檢測（見表6），結(jié)果表明Mn、Zn、Fe、Cu、Ni、Co、Mo、Se和V元素間均存在極顯著正相關(guān)；枇杷果實(shí)內(nèi)各種營養(yǎng)元素通過生物化學(xué)作用參與植物的新陳代謝，可能存在協(xié)同作用，進(jìn)而影響果實(shí)的生長發(fā)育。

2.3 枇杷果實(shí)痕量元素聚類分析

聚類結(jié)果表明果實(shí)中的礦質(zhì)元素與不同品種果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)特征有明顯的相關(guān)性。根據(jù)枇杷果實(shí)中元素測定結(jié)果對不同品種果實(shí)元素可分成3類（圖1），第1類為白梨和長紅（低酸品種），第2類則為云霄本地種、夾腳、實(shí)生楊墩、柳州光榮本和光榮種等中間類型，第3類為小毛枇杷和解放鐘（高酸品種）。枇杷果實(shí)中礦質(zhì)元素含量豐富（表4），尤其是主成分Zn、Fe和Mn對果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)影響較大。

3 討論與結(jié)論

常用的酸消解體系有HNO3-H2O2、HNO3-HCLO4、HNO3-HF等，但是由于HCLO4、H2O2、和HF等均是強(qiáng)氧化劑，在高溫、強(qiáng)酸性條件下氧化性強(qiáng)即咬蝕其它金屬或者化合物，在ICP-MS的離子分析中存在較大的干擾，且對儀器有一定的損害，因此通常認(rèn)為硝酸是ICP-MS分析最理想的酸性介質(zhì)[9-10]。本研究采用優(yōu)化的微波消解程序，即相應(yīng)的溫度升溫和溫度保持時(shí)間進(jìn)行消解，最終獲得良好的消解效果。

ICP-MS儀器用等離子體（ICP）作為離子源，質(zhì)譜（MS）分析器檢測產(chǎn)生的離子，可以同時(shí)測量周期表中大多數(shù)元素，干擾少、精度高、線性范圍寬、簡便、快捷，目前廣泛用于許多技術(shù)領(lǐng)域，是痕量元素測定的關(guān)鍵分析技術(shù)之一[11-12]。利用ICP-MS測定枇杷果實(shí)中的痕量元素，有著動態(tài)線性范圍寬、分析速度快、靈敏度高、可同步測定不同品種果實(shí)中的多種元素等優(yōu)點(diǎn)，是測定礦物質(zhì)元素的一種快速有效的方法。利用ICP-MS法明確了研究普洱茶中Pb、Cu、As、Cr、Hg、Cd、Zn、Fe、Se、Mn、K、Ca、Na、Al與Mg等15種無機(jī)元素含量及其相互關(guān)系[13]。杜慧娟等[14]利用ICP-MS法可準(zhǔn)確地測定葡萄果實(shí)中56種礦質(zhì)元素。采用微波消解法處理樣品和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）快速、高效地分析測定鯽魚籽中10種元素[15]。本研究采用一定的微波消解程序處理枇杷果實(shí)樣品，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）有效分析測定了枇杷品種果實(shí)中的V、Mn、Fe、Cu、Zn、Se和Mo等9種痕量元素，各元素的線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，檢出限為0.003～0.126 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于3.00%。檢測結(jié)果表明不同品種枇杷果實(shí)中痕元素含量存在顯著差異，但都含有豐富的Mn、Fe和Zn等多種人體必需的微量營養(yǎng)元素，能夠提高人體相關(guān)的生理功能。Mn作為植物體內(nèi)多種酶的組成成分和活化劑，對維持葉綠體的穩(wěn)定性起重要作用，影響著植物的呼吸與光合作用。缺Mn后植株光合作用效率低下，從而影響枇杷產(chǎn)量，Mn有利于果實(shí)中氨基酸類成分的體內(nèi)合成，適當(dāng)?shù)腗n可增加果實(shí)中氨基酸類成分含量，對于枇杷果實(shí)風(fēng)味感有著重要作用。Fe元素是葉綠素和細(xì)胞色素蛋白主要的組分之一，在光合作用電子傳遞鏈中起著不可或缺的作用。Zn是枇杷果實(shí)生長發(fā)育的必需元素，是磷酸酐酶和谷氨酸脫氫酶的組成部分，直接影響枇杷的光合作用和呼吸作用，并能促進(jìn)生長素吲哚乙酸的合成，有利于果實(shí)生長。缺Zn則使枇杷的正常生長受阻，葉片和根系的氨基酸、多酚類、水浸出物含量減少，葉片發(fā)黃、小而薄，甚至脫落，根系也有發(fā)黑枯死現(xiàn)象，從而導(dǎo)致果樹產(chǎn)量下降，品質(zhì)不良。

礦質(zhì)元素不僅是人類營養(yǎng)所需，也是植物營養(yǎng)所不能缺少的。礦物質(zhì)元素是衡量果蔬營養(yǎng)價(jià)值和質(zhì)量的主要指標(biāo)之一[16-17]。K和Mn對可溶性固形物，F(xiàn)e對總酸量和糖酸比的影響很大，另有研究K與果實(shí)的風(fēng)味呈顯著正相關(guān)，而Mn與果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)呈負(fù)相關(guān)。杜慧娟等[14]對3個品種的葡萄果實(shí)中礦質(zhì)元素研究，其中B、Mn、56Fe、As、Cd、Sb、Tl、Th、U的含量在品種間具有顯著差異。Li、K、57Fe、Cu、Zn、Ba的含量在紅葡萄品種（赤霞珠和美樂）和白葡萄品種（霞多麗）之間具有顯著性差異。陳發(fā)興等[18]依據(jù)不同枇杷品種果實(shí)酸含量及組份差異進(jìn)行分類表明，解放鐘、小毛枇杷屬高酸類群，而白梨與長紅等品種屬低酸類群。Mg、Ca、Fe、Zn和Cd等元素通過質(zhì)子反向運(yùn)輸機(jī)制，在V-ATPase 和V-PPase作用下積累于液泡中，產(chǎn)生了細(xì)胞內(nèi)外△pH梯度差異，影響細(xì)胞有機(jī)酸含量[19-20]。本研究結(jié)果表明，Mn、Zn和Fe含量是枇杷果實(shí)中最為豐富的三大主成份；對不同品種果實(shí)礦物質(zhì)元素的聚類結(jié)果，與枇杷果實(shí)高低酸品質(zhì)類群極為相似，表明果實(shí)礦物質(zhì)元素與果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)有明顯相關(guān)性，但是礦物質(zhì)元素對果實(shí)酸、甜及其風(fēng)味等品質(zhì)因素影響仍需進(jìn)一步深入研究。

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