(中国广州分析测试中心,广东省化学危害应急检测技术重点实验室,广东广州 510070)

奇亚籽(Chia Seed)是薄荷类植物芡欧鼠尾草(SalviahispanicaL.)的种子,原产地为墨西哥南部和危地马拉等北美洲地区。奇亚籽较小,一般为长(1.87±0.1) mm,宽(1.21±0.08) mm,厚(0.88±0.04) mm的椭圆型,表面光滑,颜色从米黄色到深咖啡色,表面带有大理石纹脉络线[1]。浅色的种子略比黑色的种子饱满[2]。

奇亚籽富含人体必需脂肪酸α-亚麻酸及多种抗氧化活性成分(绿原酸、咖啡酸、杨梅酮、槲皮素、山奈酚等),是天然ω-3脂肪酸的来源,并含有丰富的膳食纤维、蛋白质、维生素、矿物质等[3-4]。目前,奇亚籽已经在不同的国家广泛应用,如墨西哥、阿根廷、智利、新西兰、日本、美国、加拿大以及澳大利亚等。目前主要应用于谷物棒、饼干、面条、面包、酸奶等[5]。从奇亚籽中提取的ω-3制成胶囊,可作为ω-3的营养补充剂[6]。

奇亚籽在2009年被EFSA(欧洲食品安全局)认为是新的食品原料,且经科学验证,奇亚籽不会引起任何过敏性、抗营养性或者毒副作用,我国2014年根据《中华人民共和国食品安全法》和《新食品原料安全性审查管理办法》有关规定已批准奇亚籽为新食品原料;由于奇亚籽进入我国时间较短,在其营养成分和安全健康方面有很大的研究空间[7-8]。

目前,矿物质元素的检测方法主要有分光光度法、原子吸收法、原子荧光法、电化学极谱法、测汞仪、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子发射光谱法(ICP-OES)等[9-12]。其中ICP-OES和ICP-MS可满足于多元素含量的测定,被广泛用于食品、医药、环境、化工等多领域[13-14]。本文以微波消解处理样品,通过选择合适的分析谱线和观测方式,使用内标校正基体干扰,建立了ICP-OES和ICP-MS法简便快速准确分析奇亚籽中多种矿物质元素含量测定的方法,为奇亚籽的开发和加工方面提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

奇亚籽 安徽过湾农业科技有限公司;硝酸(优级纯)、30%过氧化氢(分析纯) 广州化学试剂厂;标准物质K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu、P、B、Pb、Cd、As、Cr、Al、Ni(1000 μg/mL) 国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院;GBW10045(GSB-1)大米成分分析标准物质、GBW10011(GSB-2)小麦成分分析标准物质 地球物理地球化学勘查研究所。

XFB-200高速中药粉碎机 吉首市中诚制药机械厂;TOPEX全能型微波化学工作平台 上海屹尧仪器科技发展有限公司;BHW-09Y12赶酸板 上海博通化学科技有限公司;ICP-5000电感耦合等离子发射光谱仪 聚光科技(杭州)股份有限公司;Agilent 7900电感耦合等离子体质谱仪 安捷伦科技(中国)有限公司;电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准工作溶液配制

1.2.1.1 ICP-OES标准工作溶液 临用前采用5% HNO3逐级稀释标准溶液配制成所需的质量浓度,配制成的混合标准溶液,其中K、Na、Ca、Mg的梯度浓度为0.5、1.0、3.0、5.0、10.0 mg/L,Fe、Mn、Zn、Cu的梯度浓度为0.1、0.5、1.0、5.0、10.0 mg/L,P的梯度浓度为1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L,B的梯度浓度为0.5、1.0、2.0、5.0、10.0 mg/L。

1.2.1.2 ICP-MS标准工作溶液 临用前采用5%HNO3逐级稀释标准溶液配制成所需的质量浓度,配制成的混合标准溶液,其中Pb、Cd、As、Cr、Ni的梯度浓度为1.0、5.0、10.0、15.0、20.0 mg/L,Al的梯度浓度为1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 mg/L。

1.2.2 样品处理 奇亚籽放入105 ℃烘箱中烘干至恒重后高速粉碎,过100目筛,干燥器内保存备用。准确称取0.3 g制备好的奇亚籽样品放入聚四氟乙烯微波消解罐内,加入6 mL HNO3,浸泡2 h,加入2 mL H2O2,旋紧消解罐盖,放入微波消解仪中,按表1升温进行消解。待消解完毕后,消解罐冷却至室温,将其聚四氟乙烯罐取下后置于赶酸板中进行赶酸,设置温度140 ℃,时间4 h,完毕后冷却至室温,将溶液定量转移至25 mL容量瓶中,用5%硝酸多次洗涤消解內罐,洗液合并于容量瓶中,定容摇匀,待测。同时全程做样品空白对照。

表1 微波消解程序Table 1 Steps of microwave digestion

1.2.3 仪器测定工作条件 ICP-OES测定工作条件优化后为射频功率为1200 W,冲洗泵速100 r/min,分析泵速50 r/min,雾化气流量0.6 L/min,辅助气流量1.0 L/min,重复测量次数3次。

ICP-MS测定工作条件优化后为射频功率1550 W,反射功率<5 W,采样深度8.0 mm,溶液提升量0.8 mL/min,辅助气流量1.0 L/min,等离子气流量15.0 L/min,载气流量1.0 L/min,采用MicroMist雾化器,跳峰扫描方式,重复测量次数3次。

1.3 数据处理

采用SPSS 20.0软件对试验数据进行统计分析,所有数据均以所测平均值报出[15]。试样测试结果为六次重复,标准样品为3次重复。采用ANOVA对试验结果进行方差分析[16]。

2 结果与分析

2.1 ICP-OES测定元素分析波长选择

实验中每个元素都选取2～3条特征谱线进行扫描,由扫描图直观地观测到相应分析线的轮廓、强度、光谱干扰情况和稳定性,综合分析强度、干扰情况及稳定性等因素,选择灵敏度高、基体效应小、谱线干扰少、精密度好的分析[17-18]。同时考虑分析谱线在仪器的干扰谱线库中情况,确定分析线见表2。

表2 各元素ICP-OES的分析谱线Table 2 ICP-OES analysis spectral lines of each element

2.2 ICP-MS测定元素同位素选择

在ICP-MS中,同质异位素干扰是试样中与分析离子质量相同的其他元素的同位素引起的质谱重叠干扰等。从元素的同位素丰度可以看出,64Zn、64Ni和50Ti、50V、50Cr就属于此类干扰,因此选择适合的同位素是获得准确分析结果的关键[19-22]。实际上,为了获得更好检测结果,总是要选择灵敏度和丰度高的同位素,结合仪器本身对于离子干扰情况分析,各待测元素同位素选择及其对应丰度查询为:208Pb(52.4%)、111Cd(12.8%)、52Cr(83.79%)、75As(100%)、60Ni(26.22%)、27Al(100%)。

表3 各元素回归方程、相关系数、检出限及定量限Table 3 Regression equations,correlation coefficients,detection limits and quantitative limits of each element

2.3 质谱干扰校正

ICP-MS在分析过程中,分析信号会随时间发生漂移,基体效应明显,被测物信号出现抑制或增强效应等问题,所以选择适当的内标元素,通过在线加入,用内标溶液来监测信号变动情况[23-26]。用内标法测定,有效地克服了仪器信号的漂移,保证了测定的准确度,且内标元素应在样品中含量极低,且电离能与待测元素接近,因此本实验采用加入内标元素103Rh、72Ge、45Sc,进行改善待测元素的准确性和稳定性。以103Rh为内标对208Pb、111Cd、60Ni进行校对,以72Ge对75As进行校对,以45Sc对52Cr、27Al进行校对。

2.4 标准曲线的回归方程、相关系数、检出限及定量限

各元素线性方程、相关系数及检出限见表3,由表3可知各元素峰面积与其质量浓度呈良好线性关系,相关系数均大于0.999,线性关系良好。各元素检出限为10次空白试剂测定后计算其标准偏差,以3倍光谱强度信号的标准偏差与对应斜率的比值计算各元素方法检出限,以10倍光谱强度信号的标准偏差与对应斜率的比值计算各元素方法定量限,其中ICP-OES检出限范围在0.00850～0.10200 mg/L,ICP-MS检出限范围在0.00471～0.11330 mg/L;其中ICP-OES定量限范围在0.0283～0.3400 mg/L,ICP-MS定量限范围在0.0157～0.3777 mg/L,可以满足样品检测的要求。

2.5 测试方法分析

2.5.1 方法精密度及回收率 对试样六次测量进行相对标准偏差(RSD)计算即为方法精密度,测定结果见表4。各元素的RSD为0～4.1%,表示方法精密度良好。同时对试样进行相应加标,计算回收率在90.4%～99.8%之间,满足加标回收。

表4 方法精密度和回收率(n=6)Table 4 Methodology precision and recovery rate(n=6)

表5 标准参考物质大米(GBW10045(GSB-1)) 和小麦(GBW10011(GSB-2))的测定结果Table 5 Determination results of standard reference substances rice(GBW10045(GSB-1)) and wheat(GBW10011(GSB-2))

2.5.2 标准物质测定 取国家标准物质大米(GBW10045(GSB-1))和小麦(GBW10011(GSB-2))各三份,按上述方法进行测试多种元素的含量,结果如表5。结果显示各元素测定值均在标准值范围内,表明该方法准确可靠。

2.6 样品测试结果分析

取奇亚籽试样六份,按上述方法进行测试,样品中各元素平均含量见表6。奇亚籽中富含多种矿物质元素,其中P含量最高,为6860 μg/g,P元素是维持骨的健康和钙、磷、镁正常代谢所需要的微量元素之一;K含量为2798 μg/g,而Na含量为13.2 μg/g,具有高K低Na的特点,有利于高血压人群食用;Ca含量为4085 μg/g,Ca元素作为人体含量最多的矿物质元素,在维持人体系统的正常功能如分泌、骨骼等方面其中重要的作用,奇亚籽中的Ca含量非常丰富,相当于牛奶中Ca含量的数倍,长期食用能补充人体Ca所需含量。Mg含量为2515 μg/g,Mg是人体必需的微量元素之一,对心脏血管具有重要的保护作用[27-28]。Fe、Zn、Al、Mn、Cu、Na、B含量(由高到低)在5～100 μg/g。与徐娟等[29]对八种谷类食品(糯米、大米、玉米、小米、黑米、高粱米、小麦和薏仁米)矿物质的比较,在常量元素方面,奇亚籽的Ca含量最高,是其中最高的小麦含量1625 μg/g的2.5倍;在微量元素方面,奇亚籽中Cu含量(21.9 μg/g)比八种谷物Cu含量(1.40～16.36 μg/g)都高。在奇亚籽重金属元素方面Ni、Pb、Cr、Cd重金属均有检出,其中Pb含量符合食品安全国家标准GB 2762-2017中Pb元素限量0.2 mg/kg的标准;Ni检出值为1.78μg/g,Cr检出值为0.19 μg/g,虽暂未有对其两种重金属元素做出限量要求,但可作为产品质量要求的控制方式;As未能检出。

表6 试样测定结果 Table 6 Test results of samples

3 结论

本实验建立了微波消解结合ICP-OES/ICP-MS法测定奇亚籽中多种元素的检测方法,其中采用微波消解具有速度快,试剂用量少,消解完全,回收率好,且用ICP-OES/ICP-MS测定方法准确、简单、快捷,结果准确度高,适用于奇亚籽中多种元素的同时测定。检测结果显示奇亚籽中含有丰富的矿物质元素,其中P、K、Ca、Mg元素含量较高,奇亚籽中含有丰富的Ca,含量是一般谷物类物质数倍,微量元素Cu也比一般谷物类高。同时重金属危害元素Pb、Cd、As、Cr、Ni含量低,Pb含量符合食品安全国家标准GB 2762-2017的要求。综上所述,奇亚籽其丰富的矿物质元素含量有利于其进一步开发利用。建立的微波消解结合ICP-OES/ICP-MS法检测多元素具有高效、准确性,为奇亚籽的质量控制及检验提供参考依据。