基于ICP-MS分析不同礦質元素在黃花菜中的分布與累積規律△

湯敏娜，劉德明，鄧雪盈，鄧放明，曾建國1，*

(1.湖南農業大學 湖南省植物功能成分利用協同創新中心，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學 食品科技學院，湖南 長沙 410128；3.湖南農業大學 分析測試中心，湖南 長沙 410128)

·基礎研究·

基于ICP-MS分析不同礦質元素在黃花菜中的分布與累積規律△

湯敏娜1，2，劉德明3，鄧雪盈2，鄧放明2，曾建國1，3*

(1.湖南農業大學 湖南省植物功能成分利用協同創新中心，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學 食品科技學院，湖南 長沙 410128；3.湖南農業大學 分析測試中心，湖南 長沙 410128)

目的為了弄清黃花菜不同部位對鉀、鈣、鎂、鐵、錳、鋅、銅、鎳、硒、鉻、鎘、砷和鉛13個礦質元素的積累趨勢，為黃花菜植物資源提供基礎數據，并提出優化資源利用的設想。方法利用電感耦合等離子體質譜儀(inductively coupled plasm-mass spectrometry，ICP-MS)對黃花菜不同產地、不同品種和不同部位的樣品，以及黃花菜產地土壤樣品中的13個礦質元素進行檢測。結果除去污染元素，黃花菜各器官中均以鉀、鎂、鈣元素的含量最高，鐵、錳、鋅元素的含量次之，銅、鎳以及硒元素的含量最低；黃花菜的花蕾與葉片是多種必需礦質元素主要積累的部位，鋅元素在花蕾部位含量最高，鉀、鎂、鈣、錳元素在葉片部位含量最高，鐵、銅元素在根部含量最高；黃花菜的花蕾基本不積累污染元素。結論不同產地的黃花菜花蕾都達到了食用安全標準，同時根、花葶和葉部位也富含對人體有益的各種微量元素，為更科學合理地加以開發利用黃花菜資源提供基礎研究數據。

黃花菜；電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)；礦質元素

黃花菜HemerocalliscitrinaBaroni屬于百合科萱草屬植物，又稱金針菜、忘憂草，其花蕾因豐富的營養價值及鮮美口感成為餐桌上的美食。在我國，黃花菜主要在湖南、甘肅、陜西、山西、四川等地種植，是我國歷史悠久的特產蔬菜[1]。

黃花菜花蕾有安神明目等功效，現代臨床醫學研究表明這些功效可能與其含有的微量礦質營養元素有密切關系[2]，其含量高低還可作為評價品質的指標；同時黃花菜屬于食用蔬菜，所含對人體有害的污染元素的含量也作為一個重要的食品安全監測標準；另外，黃花菜根也是我國民間常用的一種中藥[2]。張如新等[3]采用火焰原子吸收分光光度法測定了本地干黃花菜中9個微量元素的含量；白雪松等[4]使用火焰原子吸收分光光譜法對黃花菜的花與根中7個微量元素的含量進行了測定；俞年軍等[5]通過微波消解-電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES)分析了不同產地市售黃花菜中多種常量、微量元素的含量。電感耦合等離子體質譜法(inductively coupled plasm-mass spectrometry，ICP-MS)因其具有的高靈敏度(高于AAS)、檢出限低(ng·kg-1)等優點，適合本研究對檢測批量樣品、同時分析多種元素、高效分析的需要。以往對黃花菜植物的研究局限于花蕾及根部，而占植物大量比重的花葶與葉部則被忽視，造成了很大的資源浪費。本實驗通過利用ICP-MS對黃花菜不同產地、不同品種、不同部位的樣品與其種植地土壤樣品中的多種礦質元素進行檢測，一方面補充前期研究中未涉及的黃花菜植物礦質元素數據；另一方面將這些樣品中的對人體有益的微量礦質營養元素和對人體有害的污染元素做全面的對比分析，為安全高效地綜合利用黃花菜資源提供了基礎數據。

1 材料與儀器

1.1 儀器設備

7900 ICP-MS(Agilent 公司)；METTLER TOLEDO電子天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)；KQ5200DE型數控超聲波清洗儀(昆山市超聲儀器)；EH35B電熱板(LabTech)；MI-Q超純水機(貝徠美生物公司)；無菌注射器(圣光醫用制品)；10 mL離心管(CORNING CentriStar公司)。

1.2 主要試劑

鉀(K)、鈣(Ca)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)、硒(Se)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、砷(As)和鉛(Pb)標準溶液：美國安捷倫公司提供的多元素混合標準儲備液，各離子濃度均為100 mg·L-1；硝酸(分析純)，過氧化氫(分析純)，氫氟酸(分析純)，超純水(由超純水處理系統制備)。

1.3 材料

黃花菜樣品：湖南祁東的沖里花、猛子花、四月花、中植花；湖南農大基地的大紅萱草、中期花；甘肅大慶未知品種；陜西大荔未知品種；山西大同未知品種；四川的武坪早；河北的海爾范；江蘇的大花萱草、金娃娃、紅寶石。樣品信息見表1。

表1 黃花菜樣品信息表

表1(續)

土壤樣品：湖南祁東的沖里花、猛子花、四月花、中植花及湖南農大基地的大紅萱草、中期花土壤樣品均從種植地取根系土壤，編號分別為QD-1-T、QD-2-T、QD-3-T、QD-4-T、HN-1-T、HN-2-T；江蘇的土壤樣品為在共同種植3個品種的種植地取得，編號為JS-T。

2 方法

2.1 標準溶液的制備

精密量取上述多元素混合標準儲備液，使用5%硝酸逐級稀釋成各系列濃度，得到多元素混合標準系列溶液。

2.2 樣品的制備

植物樣品：將不同來源黃花菜樣品依次用自來水及超純水沖洗干凈，樣品表面水分用吸水紙吸干，將其分為花、花葶、根、葉四部分，分別切碎后迅速放置于-80℃冰箱內速凍，取出后分別使用小型高速粉碎機迅速打碎使其呈細粉狀，置于真空冷凍干燥機中直至干燥完全后用潔凈封口袋保存，存放于干燥皿中備用。

土壤樣品：取同植株下土壤20 g左右，分裝入已恒重鋁盒中，置于60 ℃烘箱中烘至干燥，分別于干凈的研缽中研磨，過60目篩后用潔凈封口袋保存，存放于干燥皿中備用。

2.3 樣品的消解

植物樣品：分別移取1 g左右樣品至已恒重的鋁盒中，置于60 ℃烘箱內烘干至恒重。分別稱取已恒重干燥樣品粉末(約0.2 g左右)于聚四氟乙烯燒杯內，加12 mL濃硝酸，在95 ℃電熱板上消解2 h，取下聚四氟乙烯燒杯冷卻至室溫，加入4 mL過氧化氫，在95 ℃電熱板上消解30 min，取下燒杯冷卻至室溫，用超純水定容至50 mL玻璃容量瓶中，經0.45 μm濾膜過濾于PET瓶中，在4 ℃條件下保存待測。

土壤樣品：分別稱取已恒重干燥樣品粉末(約0.2 g左右)于聚四氟乙烯燒杯內，加12 mL濃硝酸及1 mL氫氟酸，在95 ℃電熱板上消解2 h，取下聚四氟乙烯燒杯冷卻至室溫，加入4 mL過氧化氫，在95 ℃電熱板上消解30 min，取下燒杯冷卻至室溫，用超純水定容至50 mL玻璃容量瓶中，經0.45 μm的濾膜過濾于PET瓶中，在4 ℃條件下保存待測。

2.4 ICP-MS工作條件

霧化器：Bablington高鹽霧化器；霧化室：石英雙通道scott霧化室；矩管：石英一體化，1.5 mm中心通道；霧化室溫度：2 ℃；取樣錐：1.0·0.4 mm-1(Ni)錐；載氣流速：0.85 L·min-1；高頻發射功率：1450 W；混合氣流量：0.28 L·min-1；樣品提升速率：0.1 r·s-1；等離子氣流量：15.0 L·min-1；采樣深度：7.0 mm；輔助氣流量：1.0 L·min-1；樣品提升量：0.4 mL·min-1；氦氣流量：5 mL·min-1。

3 結果與分析

3.1 各元素標準品線性關系

各元素標準品線性關系見表2。

表2 各元素標準品線性關系

表2(續)

3.2 樣品測定結果

3.2.1 植物樣品檢測結果 植物樣品各元素含量檢測結果見表3。

3.2.2 土壤樣品檢測結果 土壤各元素含量檢測結果見表4。

3.2.3 商品黃花菜樣品檢測結果 商品黃花菜樣品中各元素含量檢測結果見表5。

表3 黃花菜樣品中礦質元素檢測結果

表3(續)

表4 黃花菜生長土壤樣品中礦質元素檢測結果

表5 商品黃花菜樣品中礦質元素檢測結果

3.3 黃花菜植物對土壤中礦質元素富集的比較分析

植物不同部位對礦質元素的富集特性可能不相同，通過對黃花菜植物富集系數(富集系數=植物中元素含量/土壤中相應元素含量×100%)的分析[6]，可為選擇其種植的土壤環境提供一定科學依據。由表6可以看出在所有部位中，K與Ca的含量遠遠高出土壤中含量，平均富集系數高達360.97%，由此判斷黃花菜植物對K、Ca兩種元素有非常強的富集作用；對Mg、Zn、Mn、Cu和Se也有較強的富集作用，而對Ni和Fe的富集作用較弱，平均富集系數為9.02%和1.38%。在污染元素方面，已知在所有黃花菜植物中As、Cr、Pb、Cd的含量均很低甚至未檢出，而土壤中含量卻較高，富集系數均偏低，說明黃花菜植物對污染元素富集性很弱，尤其是食用的花蕾甚至基本不富集。

3.4 黃花菜相同部位不同礦質元素的含量差異及相關性分析

在相關研究中顯示，植物中各元素之間存在一定的相關性[6-7]，由此推測在黃花菜植物中各元素之間也可能具有相關性。相關系數是被用來準確度量兩個變量之間關系密切程度的工具，在對相關系數進行顯著性檢驗的基礎上，一般以|r|值來判斷數據間相關性的大小，若|r|越接近1則相關性越大，|r|越接近0則相關性越小，|r|≥0.8時為高度相關。r為正數，表明數據間呈正相關；r為負數，數據間呈負相關[8]。

整體分析表3內容，黃花菜植物中的不同礦質元素含量有明顯的差異。各器官中均以K、Mg、Ca的含量最高，Fe、Mn、Zn的含量次之，Cu、Ni、Se的含量最低。在JS-2-Y中K含量最高達81 922.55 mg·kg-1，在SC-G中K含量最低也有11 008.17 mg·kg-1；在HN-2-H中Se含量最高達0.79 mg·kg-1，在JS-3-G中則未檢測出Se。不同品種黃花菜相同部位中，同種礦質元素的含量存在統計學差異(P<0.05)，說明同一元素在黃花菜中的含量會受品種、產地以及生育期的不同而產生差異，若進一步收集大數據研

究，或許可針對每個產地及品種的黃花菜中礦質元素含量高低差異進行食用選擇。

數據經SPSS 19.0軟件分析，由表3可知，不同黃花菜花蕾中的K、Ca、Mg、Zn、Cu、Se元素的同元素之間含量倍數相差不大。其中K、Mg含量最高的為HB-H；Se含量最高的為HN-H；Ca含量最高的為GS-H；Cu含量最高的為JS-H；Ni最高的為JS-H；Fe含量最高的為GS-H；Mn含量最高的為HN-H；均與其他品種同元素最低含量相比有7～10倍之差；對元素間相關系數進行分析(見表7)，K和Mg正相關，Fe和Ca還有Cr正相關，Ni和K正相關，Cu和K還有Ni正相關，As和Ca、Cr、Fe正相關，Se與Mn正相關，Pb與K、Cr正相關，與Mn負相關。

不同黃花菜花葶部分中的K、Ca、Cu、Ni、Se，同元素含量之間倍數相差不大。K含量最高的為HN-J；Fe、Cu含量最高的為JS-J；Ca含量最高的為SC-J；而Se含量最高的為HB-J；Mg、Ni含量最高的為SXD-J，Mn含量最高的為HN-J，均高出同元素最低含量6～7倍；Fe最高含量甚至比最低含量多出近20倍；對元素間相關系數進行分析(見表8)，Fe和Cr高度正相關，Ni和Mg正相關，Cu和K正相關，Cu和Mg正相關，Zn和Mg正相關，Zn和K正相關，As和Cr正相關，As和Fe正相關，Pb和Mg正相關，Pb和Fe正相關，Pb和Ni正相關，Zn和Cu正相關，Pb和As正相關。

不同黃花菜的葉中，除去Mn的最高含量(HN-Y)與最低含量(SC-Y)相差近16倍、Ni的最高含量(SXD-Y)與最低含量(QD-Y)相差12倍左右外，其他7種礦質元素在不同品種葉中的含量倍數相差在5倍以內。K含量最高的為SXD-Y，Mg、Fe含量最高的為HB-Y；Ca、Zn含量最高的為SC-Y；Se含量最高的為HN-Y；對元素間相關系數進行分析(見表9)，Ca和K負相關，Fe和Mg正相關，Fe和Cr正相關，Ni和Cr正相關，Ni和Fe正相關，Cu和Ca還有Cr正相關，Ni和K正相關，Cu和K還有Ni正相關，As和Ca、Cr、Fe正相關，Se與Mn正相關，Pb與K、Cr正相關，與Mn負相關。

表6 黃花菜樣品各部分元素富集關系結果

表7 黃花菜花蕾部分不同礦質元素相關性

注：**P<0.01，*P<0.05。

表8 黃花菜花葶部分不同礦質元素相關性

注：**P<0.01，*P<0.05。

表9 黃花菜葉部分不同礦質元素相關性

注：**P<0.01，*P<0.05。

不同黃花菜的根中，除Mg的最高含量(SX-G)、Mn的最高含量(HN-G)、Ni的最高含量(JS-G)均高出同元素最低含量7～9倍外，其他礦質元素在不同品種根中的含量相差在5倍以內。K含量最高的為SX-G；Ca含量最高的為SC-G；Fe含量最高的為SXD-G；Zn、Cu、Se含量最高的為HN-G；對元素間相關系數進行分析(見表10)，K和Mg正相關，Cr和Mg正相關，Fe和Mg正相關，Fe和Cr正相關，As和Cr正相關，Pb和Mn正相關，Pb和Cu正相關，Cu和Ca負相關，Zn和Ni正相關。

表10 黃花菜根部分不同礦質元素相關性

注：**P<0.01，*P<0.05。

3.5 黃花菜不同部位相同礦質元素的含量差異

通過對相同品種黃花菜的不同部位中相同礦質元素的比較發現，Mg在花蕾與葉中較花葶與根多；K除了在HN-1-J與SC-J中較多外，在其他品種中含量較高的是花蕾與葉；在所有被測黃花菜品種中，除了SXD-G中的Ca含量略高于葉，其余品種皆以葉中Ca含量最高；除HN-1、GS、JS-1、SX的葉與花蕾中Mn含量較豐富外，在另外5個品種的黃花菜中Mn主要積累于葉與根部分；Fe主要積累于黃花菜的根部，葉次之，Fe在GS-H、GS-G中含量相近，JS-1的葉與花葶的Fe含量卻高于其根部含量；Ni一般最多積累于花蕾，其次為根部，SXD-Y卻是Ni含量最高的部位；Cu一般在黃花菜的根與花蕾中含量最高，而SXD-Y/G中Cu含量最高；Zn很明顯更多積累于花蕾中，在其他部位的含量各有高低；Se是黃花菜植物中含量最少的礦質元素，每個部位的含量差異并不明顯。

由以上可知，黃花菜的花蕾與葉是多種礦質元素主要積累的部位。葉中的K、Mg、Ca、Mn的含量基本均高于其他部位；花蕾中的Zn、Ni含量明顯高于其他部位，同時K、Mg、Mn、Cu也在花蕾中有較大積累；根中的Fe、Cu較其他部位積累更多；Se在黃花菜中含量很少，在各部位中的差異并不明顯。

而礦質元素中4種對人體有害的污染元素Cd、Cr、Pb、As在黃花菜植物中均很低，但也表現出一定的分布規律：Cd在各部位基本未檢出；Cr主要累積于黃花菜根部，含量未超標；Pb同樣主要累積于根與葉片部位，且大部分含量未超標；污染物As在黃花菜各個部位中均有檢出，但含量均未超標。

4 討論

一直以來，花蕾是黃花菜主要的食用部位，本研究數據表明其中的K、Ca、Mg含量高于常用蔬菜含量[9]，Mn、Cu含量也較高，Zn、Ni含量明顯高于其他部位。Zn可以促進人體的生長發育，維持人體正常食欲同時增強人體免疫力，Ni有刺激生血功能的作用等，證明黃花菜花蕾的確有很高的營養價值；另外由3.5中結果分析可知，黃花菜的花蕾對污染元素基本上無富集作用，這對于黃花菜的食用安全性有很大的保障；商品黃花菜中污染元素的檢測結果進一步說明污染元素在花蕾中含量很低，食用安全。結合兩者推測食用黃花菜對栽培土壤環境的適應性廣。

由3.3中分析可知，黃花菜植物對K、Ca富集作用強，對Ni、Fe富集作用弱，說明當土壤中K、Ca含量合適時，不需再在肥料中另行添加則可滿足黃花菜植物的生長需要；而可根據黃花菜植物生長所需多施含Ni、Fe的肥料進行調控。

在3.4的相關性分析中，本文根據他人研究推測黃花菜植物中各元素之間存在一定相關性，進一步對黃花菜植物各部位中礦質元素數據處理得到相關系數，由相關系數及其顯著性檢驗結果得出各部位大部分元素相互之間均存在一定相關性的結論，對于這一結論還需下一步的深入研究來確證。

黃花菜植物是一種營養價值很高的食材來源，過去人們僅開發利用了其花蕾與根部，對其他部位的研究較少。通過分析本研究大量基礎數據發現黃花菜的花葶、葉部位也富含各種有益的元素如鉀、錳等，同樣也具有綜合利用與開發的價值，以礦質元素為切入點，或許可促成黃花菜資源利用的更大化；而相關性分析則為進一步探索黃花菜植物中礦質元素之間的促進或抑制關系提供數據，或許能以此為基礎培育出更優的黃花菜品種。

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StudyonDistributionandAccumulationofDifferentMineralElementsinHemerocalliscitrinaBaroniBasedonICP-MSAnalysis

TANG Minna1，2，LIU Deming3，DENG Xueying2，DENG Fangming2，ZENG Jianguo1，3*

(1.HunanCollaborativeInnovationCenterforUtilizationofFunctionalIngredientsfromBotanicals，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；2.CollegeofFoodScienceandTechnology，HunanAgriculturalUniversity，Changsha410128，China；3.HunanAgriculturalUniversityAnalysisandTestingCenter，Changsha410128，China)

Objective：In order to clarify the accumulation trend of 13 kinds of mineral elements such as K，Ca，Mg，Fe，Mn，Zn，Cu，Ni，Se，Cr，Cd，As and Pb，provide basic data forHemerocalliscitrinaBaroni resources，and put forward the idea of optimizing the use of resources.MethodsThe 13 kinds of mineral elements in samples from different habitats，different varieties，different parts ofH.citrinaplants andH.citrinaproducing areas were detected by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS).ResultsExclusive of contaminated elements，the contents of K，Mn and Ca were the highest in the organs ofH.citrina，and the contents of Cu，Ni and Se were the lowest.The flower buds and leaves ofH.citrinawere the main parts that accumulate a variety of essential mineral elements.The contents of Zn in the flower buds was the highest，the contents of K，Mg，Ca and Mn in the leaves were the highest，and the contents of Fe and Cu were the highest in the root.The flower buds of theH.citrinawas basically not rich in heavy metal elements.ConclusionDifferent origins of theH.citrinaflower buds have reached the food safety standards，and the other parts ofH.citrinaalso rich in a variety of trace elements that beneficial to the human body.The results provide basic data for more scientific and rational development and use ofH.citrina.

HemerocalliscitrinaBaroni；Inductively coupled plasm-mass spectrometry；mineral elements

國家科技支撐計劃項目(2012BAI29B04)

*

曾建國，博士生導師，教授，研究方向：中藥資源與綜合利用；Tel：(0731)84673824，E-mail：zengjianguo@hunau.edu.cn

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.10.012

2017-02-22)