紫薯矿物质元素与环境相关性557.docx

1、紫薯矿物质元素与环境相关性557中英文摘要21紫薯的综合利用31.1 紫薯的营养价值41.2 紫薯的深加工和市场前景41.3 矿物质元素的生物效应51.4 矿物质元素测试方法进展62实验部分62.1 仪器及试剂62.1.1仪器62.1.2 试剂72.2 标准系列配制72.3 样品及处理方法72.4 仪器条件72.4.1 仪器工作参数72.5 线性关系及相关系数83 结果与讨论93.1 样品的测定结果93.2 样品的测定结果分析124结束语13参考文献14声明17致谢18紫薯中矿物质元素含量及与环境相关性罗媛（内江师范学院 化学化工学院，四川 内江 641112）摘 要：采用湿法消解紫薯和土壤样

2、品，以火焰原子吸收光谱法测定了样品中Cu、Fe、Zn、Mn、Ca、Mg的含量，用石墨原子吸收光谱法测定了样品中Pb、Cd的含量，用火焰光度法测定了样品中K、Na的含量。结果表明，紫薯及生长土壤中富含人体必需的矿物质元素，其中Ca、Mg、K、Na、Fe含量较高，有害元素Pb含量极少，Cd未检出。紫薯中Ca含量高达6799.82ug/g，Mg为830.18ug/g，K为6800.00ug/g，Na为3180.00ug/g，Cu含量相对较低，含量为7.46 ug/g。测试相对偏差RSD小于9.4%，标准曲线相关系数r在0.9965至1.0000。紫薯与土壤中元素含量存在一定的相关性。实验结果为研究紫

3、薯的营养价值和食疗保健功效的关系提供了基础数据，为提高紫薯品质，保持土壤及紫薯的优良特性，优化种植管理提供了参考信息。关键词：原子吸收光谱法；火焰光度法；紫薯；土壤；元素Correlation between the mineral elements in Solanum tuberdsm and environmentLuo Yuan（School of Chemistry and Chemical Engineering , Neijiang, Sichuan 641112, China）Abstract: The content of copper、zinc、ferric、mangane

4、se、calcium and magnesium in Solanum tuberdsm have been determined by the method of waterish digestion-flame atomic absorption sepectrometry (FAAS), lead and cadmium were determined by graphite furnace -AAS，potassium and sodium were determined by flame photometry.In this experiment, the results showe

5、d that Solanum tuberdsm was rich in the necessary mental elements for human, the content of calcium、magnesium、potassium、sodium were more , the content of the deleterious element were low,and the Cadmium was not detected .The most content of calcium in Solanum tuberdsm was 6799.82ug/g.the contents of

6、 magnesium in Solanum tuberdsm was 830.18ug/g, potassium was 6800.00ug/g,sodium was 3180.00ug/g,The content of copper was lower,was 7.46 ug/g. the relative standard deviation of determination less than 9.4%,coefficient of standard curve was in 0.9965 to 1.0000. the contents of elements in Solanum tu

7、berdsm and soil has certain correlation .The result supply useful date of the relation of the metal elemets in Solanum tuberdsm and food healthcare. the test results provided the reference information for enhancing and maintaining the fine soil and Solanum tuberdsm characteristics and optimizing the

8、 cultivation management.Key words: Atomic absorption sepectrometry; flame photometry; Solanum tuberdsm; soil; elements; 紫薯中矿物质元素含量及与环境相关性罗媛（内江师范学院 化学化工学院，四川 内江 641112）紫薯又名紫地瓜，黑薯，紫甘薯，乌心苕，肉呈紫色或深紫色，是近几年发展起来的新薯种。由于营养价值高，口感好，在国际国内市场上十分走俏1,2。紫薯块生长于地下，病虫量极少，很少使用农药，受农药影响更小。因此，开发紫薯及其产品具有广阔的市场前景和较高的经济效益。1 紫薯的

9、综合利用1.1 紫薯的营养价值紫薯的营养成分比普通红薯高30%-50%，含有十分丰富的多糖，植物蛋白，富含硒、锌、铁、磷等多种矿质元素3,4。其中硒含量丰富，是人体抗疲劳、抗衰老的必要元素，被称为“抗癌大王”，具有修补心肌，增强机体免疫力，清除体内自由基，抑制癌细胞中DNA的合成和癌细胞的分裂与生长，预防胃癌、肝癌等癌病的作用。紫薯中还含有18种氨基酸，富含维生素A、B、C等8种维生素，易被人体消化和吸收，防治营养不良症。紫薯纤维素含量高，可促进胃肠的蠕动，清理肠腔内滞留的粘液和腐败物，排出肠胃中有毒和致癌物质，改善消化道环境，防止胃肠道疾病的发生5,6。另外，紫薯中所含热量非常低，比一般米饭

10、低得多，食用后不但不会发胖，反而可以起到减肥作用；紫薯中还含有一种类似雌性激素的物质，对保护皮肤、延缓衰老有一定的作用；紫薯中还含有大量药用价值的花青素，是目前发现的防治疾病、维护人类健康最直接、最有效、最安全的自由基清除剂，其清除自由基的能力是维生素C的20倍、维生素E的50倍，花青素具有小分子结构，是惟一能透过血脑屏障清除自由基保护大脑细胞的物质，同时能减少抗生素给人体带来的危害。国内外研究已报道，紫薯具有抗氧化，抗突变，抗肿瘤，增强记忆等多种生理功能，是一种重要的天然色素源和营养保健食品源7-11。1.2 紫薯的深加工和市场前景由于紫薯丰富的营养价值，以及其保健功能和丰富的天然色素，紫薯

11、在国内外市场的需求量日益增加。目前，紫薯的市场开发主要是集中在天然食用色素的提取和作为一般食品开发，同时开始出现紫薯发酵制酒，与牛奶发酵制酸奶的研究。从紫薯中提取花青素，不仅可以作为一种天然着色剂，无毒副作用，用于工业与食品的着色，国内外市场需求量大，而且花青素的药用价值极高，现在市场上已有很多含花青素类的药品和保健品。将紫薯烘干粉碎成粉，作为食品加工原料，健康新奇且来源广阔，国内外市场非常的畅销。此外紫薯还用于制作粉条，粉皮，面条，糕点，薯片以及饮料等，以其丰富的营养，独特的颜色和较好的口感，符合现代社会的消费观颇受消费者的欢迎12。食用色素是一种重要的食品添加剂，天然色素具有安全，营养附加

12、值高等特点13。紫薯色素存在于紫薯的块根，茎，叶和薯皮中，从紫薯中提取的天然红色素，属花青素类色素14。国外许多研究表明花青类色素具有优异的抗氧化，抗突变和抗癌活性。紫薯在用于酿酒时，紫红色素在酿制过程中仍保留在酒液中，形成紫红色，用其酿制的低度发酵酒既健康又美观，深受消费者欢迎15。另外，紫薯还含有丰富的纤维素和微量元素硒，纤维素能促进肠胃蠕动，排出有毒物质和致癌物质，改善消化道环境16,17。硒元素易被人体吸收，能有效增强机体抵抗力，清除体内产生癌症的自由基，预防癌症的发生18。因此，将紫薯和牛奶结合可以形成特殊的颜色和香味，增加了牛奶的纤维素和微量元素硒，实现了营养互补。所以，紫薯以其独

13、特的颜色和丰富的营养展现出了广阔的市场发展前景。1.3 矿物质元素的生物效应现代医学研究表明，某些疾病与矿物质元素浓度的变化有关。矿物质元素元素作为酶、激素、微生物和核酸的成分，维持着生命的代谢，与人体健康存在着密切的关系19-23。铁是血红素细胞色素的重要组成部分，人体中缺铁时，血红蛋白减少，显示贫血、极易疲劳等，引发缺铁性贫血、溶血性贫血等疾病24-26；铁摄入过量会引发癌症、肝脏疾病、神经变性、心血管疾病、急慢性铁中毒等一系类的病变27,28。镁是细胞内重要的阳离子，参与蛋白质合成和肌肉收缩作用，是许多酶的激活剂。缺镁时，会引起心血管疾病、免疫功能低下、消化系统、骨质疏松等29,30。镁

14、一般不会中毒，但一旦过量就会胃部剧痛、口渴、昏迷31。锌则是动物组织中许多酶的必要成分，可参与核酸和蛋白质的代谢过程。缺锌会影响生长发育、神经系统的发育、减退食欲、伤口愈合缓慢、患高血压等32；锌试剂的大量暴露会引起急性中毒，临床表现为呕吐、腹泻、肌肉收缩失调等33。锌与铜、钙之间存在着拮抗作用34。铜是几种蛋白酸和某些天然色素的必要成分，缺铜会引起缺铜性贫血、白化病、发育不良、心脏疾病等；相反如果铜的摄入过量会导致中毒，致癌35,36。锰的主要作用是维护骨骼结构、生殖和中枢神经系统正常功能必须的。缺锰会产生侏儒症、贫血、支气管哮喘、帕金森病等37,38。锰中毒也会对人造成相当大的危害39。镁

15、和钙是是人体中的大量必须元素，它们的含量占生物体总重量万分之一。钙是构成细胞壁和动物骨骼的重要成分，在人体内99%的钙都在骨骼和牙齿中，其余的主要分布于体液内。缺钙会引起龋齿、佝偻病、心血管疾病等，对儿童、青少年、妇女、老人的影响较大40,41。但过量的血钙会导致肾脏病变42。钾和钠在人体内共同作用调节体内水分的平衡并使心跳规律43。钾是细胞内液的主要离子，对细胞内液的渗透压、酸碱平衡的维持具有重要作用。钾能激活一些酶，能保持神经肌肉兴奋，维持细胞新陈代谢。缺钾会减少肌肉的兴奋性，使肌肉的收缩和放松无法顺利进行，容易倦怠。另外，会妨碍肠的蠕动，引起便秘，还会导致浮肿，半身不遂及心脏病发作。钾过

16、量会引起头晕44,45。钠元素在人体内维持血压，调节体内水量的恒定。缺乏Na可导致骨胳软化、全身乏力、疲倦、恶心呕吐、食欲不振、瞌睡等；缺乏可导致四肢无力、精神不振、反应迟钝、心律紊乱，平滑肌兴奋减退、消化不良、排尿困难等。钠过多也会引起局钠血症，使中枢神经受到明显影响，病人易激动，烦躁不安，嗜睡，肌张力增高，抽搐，惊厥，甚至昏迷46,47。植物对土壤中的有害元素有一定的富集能力，植物有害元素含量与土壤有害元素的含量之间就存在着一定的转移值48。如铅和镉都是土壤中存在的有害重金属元素，它们是人体非必须元素。镉中毒会全身性头痛，发生多发性病理骨折，引起骨骼变形，身躯萎缩等症状。铅的浓度达60g/

17、ml-80g/ml时，就会出现头痛、头晕、疲乏、记忆力减退以及消化系统的症状49。随着人们对食品卫生的要求的不断提高，分析食品中的重金属含量具有一定的研究价值。1.4 矿物质元素测试方法原子吸收光谱分析由于选择性好，仪器操作十分简便，在矿物质元素相关分析中的应用发挥了重要的作用。目前处理样品传统的消化方法有干法和湿法两种。干法消解样品容易使焙烧产物溶解不完全和低沸点金属挥发损失造成测定结果不准确。湿法的缺点是费时长，如用硫酸碳化，硫酸根的存在对原子吸收测定Ca和Mg等元素有较大的影响50。但湿法消解较干法更快捷，准确度更高51。不过它也有繁琐，用酸量大，工作人员处境不好等问题。现在发展的微波消

18、解样品可缩短消解时间，减少用酸量，消化需要的样品少，效果较好，在各种样品中应用广泛52,53。考虑到消解样品总会存在或多或少的损失，可以使用不消解样品，悬浮液进样来测定样品中的微量元素，准确度较高，有较好的精密度和准确度，已有大量的研究54,55。紫薯中矿物质元素的测定研究较少，尤其是紫薯中矿物质元素与其生长土壤的关系研究未见报道。实验采用了原子吸收法测定紫薯以及种植土壤中Cu、Zn、Fe、Mn、Ca、Mg、 Pb、Cd的含量，以火焰光度法测定K、Na含量，并对其相关性进行了分析讨论，为人们更进一步了解紫薯的营养及药用价值为健康饮食和紫薯的科学种植及加工，提高产品品质提供了基础实验信息。2 实

19、验部分2.1 仪器及试剂2.1.1 仪器TAS986G型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；AAWin微机控制及数据处理工作系统（北京谱析分析仪器有限公司）；电热鼓风干燥器（重庆银河试验仪器有限公司）；优质超纯水机（UP）；AE240电子分析天平（梅特勒-托利多）；Cu、Zn、Fe、Mn、Ca、Mg、Pb、Cd空心阴极灯（河北衡水）；AP1301火焰光度计（上海傲谱）。2.1.2 试剂Cu、Fe 、Mn、Zn、Ca、Mg、K、Na均为国家标准溶液，Pb、Cd国家标准液，HNO3（GR），HClO4（GR），HCl（GR），Sr(NO3)2（AR），稀释液含0.1%Sr(NO3)

20、2及2%HCl，实验用水为去离子水。2.2 标准系列配制取Cu、Zn、Fe、Mn、Ca、Mg标准储备液用去离子水和稀释液逐级稀释配制成系列混合标准溶液：Cu2+：0.05-0.25ppm，Zn2+：0.2-1.2ppm ，Fe3+：0.2-0.5ppm， Mn2+：0.2-0.5ppm，Ca2+：2.0-120.0ppm，Mg2+： 0.2-0.5ppm。 取Pb、Cd标准储备液用1HNO3 逐级稀释配制成系列标准溶液：Pb2+：20-80ppb，Cd 2+：2-10ppb。取K、Na标准储备液用去离子水逐级稀释配制成系列混合标准溶液：K、Na：2.0-20.0ppm。2.3 样品及处理方法供

21、试品鲜紫薯按梅花布点采自于内江市城郊一种植农户，紫薯依次用自来水、蒸馏水、去离子水洗净，用鼓风干燥箱内低温烘干至紫薯和泥土干脆，研细。用AE240电子分析天平准确称取上述样品约1.000g各5份，放入50ml烧杯中湿法消解，加入硝酸和高氯酸混合液（HNO3:HClO4=4:1）10ml，盖上表面皿，室温下放置过夜，次日置于电热板上低温消解至近干，用稀释液（2%HCl，0.1%Sr(NO3)2）定容于50ml的容量瓶中，待用。同时做空白试验。2.4 仪器条件2.4.1 仪器工作参数火焰原子吸收法仪器参数见表1；石墨炉仪器工作参数见表2：表1 火焰原子吸收法仪器工作参数元素波长(nm)灯电流（mA

22、）光谱通带（nm）火焰类型乙炔流量(mL/min)燃烧器高度(mm)Cu324.52.00.4空气乙炔15006.0Zn213.92.00.4空气乙炔17006.0Fe248.52.00.4空气乙炔17006.0Mn279.54.00.4空气乙炔17006.0Ca422.72.00.4空气乙炔20006.0Mg285.22.00.4空气乙炔17006.0表2 石墨炉仪器工作参数灯电流/mA波长/nm光谱带宽/nm信号处理量程扩展背景校正Pb2.0283.30.4峰高1.0氘灯Cd2.0228.80.4峰高1.0氘灯石墨炉升温程序见表3；表4表3 石墨炉测铅的工作条件（氘灯扣除背景）温度（）升温

23、时间(S)保持时间(S)内气流量干 燥灰 化原子化清 扫11050015002300101001302032大大关大* 富集进样次数0次 冷却时间25S 原子化时停气表4 石墨炉测镉的工作条件（氘灯扣除背景）温度（）升温时间(S)保持时间(S)内气流量干 燥灰 化原子化清 扫11040015002300101001302033大大关大* 富集进样次数0次 冷却时间25S 原子化时停气2.5 线性关系及相关系数由上述仪器工作条件，测出Cu、Zn、Fe、Mn、Ca、Mg、Cd、Pb标准系列的吸光度。经AAwin微机控制及数据处理工作系统（北京谱析）处理后的线性方程和相关系数，见表5：表5 回归方程

24、及相关系数元素回归方程相关系数CuXX文库 - 让每个人平等地提升自我XX文库 - 让每个人平等地提升自我A=0.1864C+0.0018450.9989ZnA=0.2681C+0.03220.9965Fe A=0.1070C+0.0047810.9971Mn A=0.3215C+0.0023510.9998Ca A=0.02747C+0.019910.9999MgA=0.9949C+0.098990.9990CdA=0.04318C+0.19940.9993Pb A=0.007845C+0.25770.9976K、Na采用二次拟合曲线法定量分析，相关系数，见表6：表6 相关系数元素K2K1K

25、0RKNa1.394.1713.6510.930.080.061.0001.0003 结果与讨论3.1 样品的测定结果采用火焰原子吸收法分别测定的紫薯中的Cu、Zn、Fe、Mn、Ca、Mg含量，横向石墨炉法分别测定Pb、Cd含量，火焰光度法测定的K、Na。表中a、b、c、d分别代表不同的采样区。测定结果见表7：表7 紫薯样品中矿质元素的含量（ug/g）元素区域范围平均值RSD/%富集系数/%Cua5.79-6.085.961.929.78b5.57-6.075.713.526.76c6.37-6.796.433.833.87d7.17-7.627.462.636.71Fea48.66-67.3

26、355.18130.64b48.62-63.0856.119.40.65c47.22-65.3756.3014.0.67d62.36-71.4366.484.70.87Mna14.73-16.5615.875.02.62b8.98-9.569.453.61.56c15.46-16.8216.813.73.10d18.77-20.4019.913.83.44Zna5.58-6.666.196.99.88b6.42-7.116.834.111.29c5.88-6.626.415.510.70d10.97-12.1511.495.019.06Caa4322.10-4837.144615.224.74

27、4.28b6128.13-7192.866799.826.365.11c4136.03-4671.544288.275.741.42d5924.45-6549.326356.684.564.22Mga715.97-749.95734.811.758.73b747.05-761.98755.070.859.75c699.18-756.34707.493.156.08d828.28-833.83830.180.265.31Ka4600.0-5000.04760.005.2125.26b4200.0-4700.04460.004.6103.24c5600.0-5700.05640.000.9175.16d6500.0-6800.06680.001.9249.72Naa3000.0-3200.03140.002.8474.76b3000.0-3600.03180.008.4496.88c2300.0-2400.02320.001.9341.18d2200.0-2600.02400.006.5436.36CdaNDNDND-bNDNDND-cNDNDND-dNDNDND-PbaNDNDND-bNDNDND-cNDNDND