以無機元素為特征指標的太和貢椿指紋圖譜研究

張德欣，郭 斌，劉艷芳，楊永學，廖洪梅

（阜陽職業技術學院生化工程系，安徽阜陽 236031）

0 引言

香椿（Toona sinensis） 又名香椿芽、香樁頭、大紅椿樹、椿天等，在安徽地區也有叫春苗。中國人食用香椿久已成習，尤其在谷雨前采摘的椿芽，更是香鮮脆嫩、清香撲鼻，食之能使人提神、明目。椿芽營養豐富，并具有食療作用[1]，主治外感風寒、風濕痹痛、胃痛、痢疾等。據《中國中藥大全》記載，椿芽可防止咳嗽、嘶啞、水土不服及妊娠反應等癥狀。香椿的生理學功效與其礦物質元素的含量也具有密切的關聯性[2]。太和香椿[3]歷史悠久。唐代曾用此物作貢禮，清朝被御封為“貢椿”，名揚天下，是安徽省特產名品。太和椿芽營養物質含量極為豐富，所含有的營養物質都為人體所需要，具有很高的藥用價值。

太和貢椿生產基地主要分布在潁河沿岸的河床漫灘沖積的沙淤兩合土和少量沙土的鄉鎮。實踐表明，青沙土、兩合土為香椿適生土壤，淤土次之，黑土生長較差。樹木品種、適宜的生長土壤和優越的氣候條件，是造就地方名優土特產品的先決條件。是太和貢椿與其他地區的香椿存在差異性的決定因素，也是分析太和貢椿“特征指紋圖譜”的先決物質條件。

當前，對于太和貢椿這一“安徽省特產名品”，則缺乏相應的研究和原產地保護措施。旨在通過檢測多種微量元素的含量探討并建立太和貢椿中人體必需微量元素種類、含量，以及對太和貢椿品質的影響規律，探知以太和貢椿中各種微量元素種類及含量為基礎指標的太和貢椿質量品質等級評價體系，初步建立以鈣、鎂、磷、鈉、鉀、鐵、碘、硒、鋅、錳等常微量元素和含量為主導指標的太和貢椿特征“指紋特征”圖譜，保護地方特產聲譽。引導椿農產業化種植，加快香椿種植的集約化、產業化進程，提高椿農收入，盡快脫貧致富，以及為后續的香椿系列產品開發提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

香椿芽A 號，2019 年4 月14 日采于安徽太和縣香椿良種采穗園，樁頭芽葉數9～11 支，芽頭鮮嫩，色澤油光，肉質肥厚；香椿芽B 號，2019 年4 月15 日采于亳州市譙城區雙溝鎮秦大園自然村，樁頭芽葉數6～9 支，色澤較深，肉質稍干瘦。2 種產品直線南北距離約60 km（A 產品在南，B 產品在北）。

1.2 儀器與試劑

Thermo 型超低溫冷凍冷藏冰箱、DZ-280/2SD 型小型多功能真空封裝機，東莞市金橋科技電器制造有限公司產品；METTLER TOLEDO 型電子天平，梅特勒-托利多集團產品；IM-82002 型電子天平，諸暨市超澤衡器設備有限公司產品；DHG-9040A 型電熱恒溫鼓風干燥箱，寧波江南儀器廠產品；KDN-08 型消化爐，上海昕瑞儀器儀表有限公司產品；EPED-10TS 型實驗室級超純水機，南京易普易達科技發展有限公司產品；TAS-990 型原子吸收分光光度儀（配GF-990石墨爐電源），北京普析通用儀器有限公司產品。

K，Na，Ca，Mg，Fe，Zn，Mn，Cu 標準溶液，國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供，標準值為1 000 μg/mL；硝酸、高氯酸、氯化銫、鹽酸、氧化鑭，國藥集團化學試劑有限公司提供。

所有玻璃儀器均以硝酸（1+5） 浸泡24 h 以上，用自來水反復沖洗，最后用蒸餾水沖洗，晾干后方可使用。

1.3 樣品保存與處理

1.3.1 樣品保存[4]

采集的新鮮樣品立即分裝于薄膜保鮮袋中，每袋約200 g，用真空封裝機抽真空封裝，放置在超低溫冷藏冰箱中速凍至-50 ℃，并在該溫度下保藏，備用。

1.3.2 樣品消化

將新鮮的椿芽在日光下曬干，粉碎機粉碎，過60 目篩，精密稱取約5.000 g（精確至0.000 1 g），置消化管中，參照GB 5009.91—2017 標準5.2.3 濕式消解法消化，稱取的樣品置消化管中，加硝酸20 mL，高氯酸1 mL，在消化爐上逐步加熱消解，條件為120 ℃/0.5～1.0 h 升至180 ℃/2～4 h，再升至220 ℃持續加熱，若在消化過程中液體過少或者消化液呈棕褐色，則適量補加硝酸，直至消解至冒白煙、消化液呈無色透明或略帶黃色，視為消化完全，取出消化管，冷卻至室溫。然后以2%硝酸溶液定容至250 mL 容量瓶中，備用。同時做空白試驗。

1.4 標準溶液的制備

將標準溶液用質量分數2%硝酸梯度稀釋，首先配成質量濃度100 μg/mL 的儲備液；然后再測定時，再按對應的國標方法將儲備液稀釋成對應質量濃度的標準工作液。其中，K，Na，Ca，Fe 標準工作液的質量濃度為100.0 μg/mL；Mg，Zn，Mn，Cu標準工作液的質量濃度為10.0 μg/mL。

1.5 測定方法

1.5.1 水分含量測定

基本方法參照GB 5009.3-2016[5]；采用兩步法：稱取新鮮的椿芽樣品約500 g（精確到0.01 g），自然條件下風干20 h 以上（試驗采用35℃日光下晾曬20 h 以上），達到安全水分以下，稱質量。粉碎機粉碎，過60 目篩，混勻，貯于干凈的棕色磨口瓶中備用。后續用105 ℃恒質量法測定自然干燥的水分，根據自然晾曬失水和恒質量法測定的水分含量，計算新鮮椿芽樣品的水分含量。

后續的各礦物元素含量，依據樣品水分含量，折算成干物質含量計。

1.5.2 K，Na 的測定

測定方法參照GB 5009.91—2017[6]。

1.5.3 Ca 的測定

測定方法參照GB 5009.92—2016[7]。

1.5.4 Fe 的測定

測定方法參照GB 5009.90—2016[8]。

1.5.5 Mg 的測定

測定方法參照GB 5009.241—2017[9]。

1.5.6 Zn 的測定

測定方法參照GB 5009.14—2017[10]。

1.5.7 Mn 的測定

測定方法參照GB 5009.242—2017[11]。

1.5.8 Cu 的測定

測定方法參照GB 5009.13—2017[12]。

調整儀器參數，待儀器穩定后，將標準系列溶液樣品處理液（做3 個平行樣） 與試劑空白分別依次導入儀器，進行測定。

1.6 各元素測定的儀器工作參數

各元素測定儀器工作參數見表1。

表1 各元素測定儀器工作參數

2 結果與分析

2.1 樣品消解

在按照1.3.2 的樣品消解過程中，都按濕法消解的操作方法，大同小異卻略有差異，主要表現在取樣量要求、加入硝酸和高氯酸的比例，試驗采用一次消化測定多種元素的方法，提高了試驗效率。

2.2 線性范圍

在進行條件優化的前提下，進樣系統依次導入標準溶液系列、待測樣品和試劑空白樣，儀器自動繪制標準曲線，得到各元素的線性方程和相關系數。結果表明，K，Na，Ca，Fe 在0～200 μg/mL，相關系數R2≥0.999 5；Mg，Zn，Mn，Cu 在0～20 μg/mL 的范圍內R2≥0.995 0，線性關系良好。

各元素測定線性關系見表2。

表2 各元素測定線性關系

2.3 方法檢出限[13]

以標準序列質量濃度梯度最接近于“0”的質量濃度梯度值，連續進樣12 次，得出測定值，計算測定值的標準偏差、樣品測定平均值，按下式計算方法檢出限值：

式中：CL——方法的檢出限；

Ki——置信因子，在此取3；

Si——測定值的標準偏差；

C——測定標準系列的質量濃度，μg/mL；

方法的檢出限見表3。

表3 方法的檢出限

由表3 可以看出，對上述7 種元素的檢測限低于對應的國家檢測標準檢出限值，證明能夠滿足分析測定要求。

2.4 方法穩定性

準確移取在“1.3”“1.4”項下制備并與4 ℃保存的供試樣品，分別于24，48，72，96，120 h 做相關元素的重復測定，計算測定結果的平均值和RSD值，結果顯示，各元素測定值的RSD 值均小于5%，表明該消解方法和保存措施在一定的時間范圍內，具有較好的穩定性。

2.5 重復性試驗

對在4 ℃密閉保存的供試樣品，按照同樣的樣品處理和測定方法，平行測定5 次，計算各元素的平均含量和RSD，結果顯示RSD 均小于5%，表明該測定方法重復性良好。

2.6 精密度和加標回收試驗

在4 ℃密閉保存的供試樣品，經“1.4”項下方法再次制備，在供試樣品中精密加入各元素標準溶液（加入量為標準曲線第3 個定量點的標準溶液對應的元素質量），按“1.5”項下方法進行測定，平行試驗5 次，根據測定結果計算加標回收率。結果表明，加標回收率為98.7%～102.6%，RSD 范圍為0.975%～1.350%，說明該方法具有良好的精密度。

2.7 樣品分析測定結果

2.7.1 樣品水分含量

采用兩步法對樣品中的水分含量進行了測定。

樣品中的水分含量見表4。

表4 樣品中的水分含量

由表4 可以看出，在同期采集的樣品中，太和貢椿比雙溝椿芽水分高出約2.7%，這說明太和貢椿更加脆嫩，形態更堅挺，口感也更好。

2.7.2 檢測礦物質元素含量

各礦物質元素含量表（以干物質計） 見表5，各元素含量比較柱狀圖見圖2。

以上測定結果表明：

（1） 太和貢椿水分含量顯著高于同期的雙溝香椿，是保證其具有良好脆度和口感的重要因素。

表5 各礦物質元素含量表（以干物質計）

（2） 以測定的8 種常量、微量元素為分析判斷基礎，太和貢椿最豐富的礦物質元素是K，含量為109.6×103mg/kg（以干物質計，下同），其他元素按豐度計，依次為Na 1 285.6 mg/kg，Ca 1 197.3 mg/kg，Zn 138.1 mg/kg，Fe 111.6 mg/kg，Mg 42.8 mg/kg，Mn 42.8 mg/kg，Cu 16.0 mg/kg。

與對照測定的亳州雙溝香椿相比較，太和貢椿的K 和Zn 含量，明顯高出雙溝香椿。其中，太和貢椿的K 和Zn 含量分別是雙溝香椿的1.90 倍和19.54 倍；這可能是太和貢椿與其他香椿品質具有顯著差異性的重要因素之一。

（3） 太和貢椿Ca 元素含量低于雙溝香椿約20%，可以解釋為何太和貢椿具有良好的脆度和口感；在Mg，Mn，Cu 3 種元素含量方面，雖然2 種樣品略有差異性，但相對差距不是十分懸殊且都是低含量水平，尚無法說明其對太和貢椿品質貢獻度的影響度。

（4） 在不討論黃酮類等其他生理活性物質對太和貢椿的保健作用的貢獻度的前提下，揭示太和貢椿的高K 和高Zn 含量，對于說明太和貢椿的保健作用也是有正向效應的。K 可以形成某些酶（果糖激酶、磷酸丙酮酸轉磷酸酶等） 的輔因子[14]；作為細胞內液的主要陽離子，對于維持細胞的完整性十分重要。鉀也是鈉泵的組成部分。在生物膜上，鉀離子和鈉離子的交換，往往與一些重要的生理過程有關，如神經沖動的傳遞，以及肌肉的收縮。心臟的正常搏動有賴于鈉、鉀等離子的協同作用。碳水化合物和蛋白質的代謝也需要鉀的幫助。鉀和鈉一樣，對于身體維持電位差和滲透壓、維持電解質平衡具有關鍵作用。

鋅作為體內多種酶和活性蛋白質維持結構穩定和生物活性的必要因子，其生理功能極其重要且多樣。例如，鋅是穩定細胞膜結構的重要因素、對于預防自由基傷害和維持正常免疫功能也是必需的；鋅還參與胰島素的合成和釋放，以及甲狀腺激素的作用；鋅因參與維A 在視覺細胞中的轉運和轉化為視黃醛的過程而為形成正常視力所必需；鋅是味蕾當中味覺蛋白的成分，因此為正常的味覺功能所必需；鋅是DNA 合成的必要因素，所有細胞的分裂和增殖均需要鋅的幫助等。通過上述分析，有理由相信，太和貢椿的高K 和高Zn 的微量元素含量特征，是形成太和貢椿優秀食品質量特征的重要因子。

（5） 以上的8 種元素組成，可以認定為以礦物質元素為考量指標的太和貢椿特征指紋圖譜。

3 結論

（1） 分析的8 種元素的組成關系，從一個角度揭示了太和貢椿的產品特征，為太和貢椿原產地保護奠定了化學（成分） 特征圖譜的部分基礎。

（2） 結合常量組分分析、包括黃酮類化合物在內的其他生理活性物質測定，可以進一步揭示和完善太和貢椿的化學（成分） 特征圖譜，結合太和貢椿的生物特征圖譜，建立太和貢椿的原產地保護方案和產品分級標準，奠定良好的基礎，為這一地方名特產品的產業化發展提供技術支持。

（3） 研究具有一定的局限性。一是對于功能性元素（如P，I，Se 等） 若干常、微量元素沒有涉及；二是對有害元素（如Pb，Hg，As，Cr 等） 尚未涉及；三是測定樣品和參比樣本數量較少，今后有待于進一步深入研究和探討，以期豐富相關數據，對于太和貢椿質量評價體系的建立提供更有力的數據支撐。