李邦玉，马可贞，黄阳阳，张丽

(苏州市职业大学 a.食品安全与营养研究中心; b.丝绸应用技术研究所，江苏 苏州 215104)

蚕食桑叶后吸收了桑叶中的部分蛋白质、糖类和脂肪类物质，而大部分有效成分以粪便的形式排泄到体外，排泄物为蚕砂。蚕砂是一种具有重要开发价值的蚕业资源，其中丰富的营养物质和药用成分，在农业、食品、饮料、化妆品、医药等领域均有广泛应用[1-3]。近年来，随着对蚕砂的本草考证、化学成分分析及提取工艺、药理作用与现代临床运用研究的不断深入，进一步扩大了蚕砂的应用领域，如在医学领域，治疗现代2型糖尿病[4]、增强骨髓造血功能[5-6]、改善铁代谢[7]等；在材料科学领域，作为碳量子点型荧光探针[8]、吸附剂[9]等。

为了研究蚕砂在饮用领域的应用，通过观察蚕砂的组织结构，发现蚕砂颗粒致密、结构多空，在水中仍然可以保持颗粒状态，可以吸附水中杂质。在其浸出液中，研究发现含有丰富有益的金属离子，没有发现有害离子，并含有多种具有生物活性的有机挥发性物质。参考绿茶的评价标准对蚕砂茶的色香味进行了初步评价，认为蚕砂在饮用领域的应用上具有开发潜力。

1 材料与设备

材料：蚕砂样品是由苏州太湖雪丝绸股份有限公司提供。

设备：主要包括电子天平(上海菁海仪器有限公司)；傅里叶红外光谱仪，iS5(赛默飞世尔)；视频显微镜SK2700V(深圳赛克数码科技开发邮箱责任公司)；TM3030型扫描电子显微镜(日本Hilac公司)；Agilent7700电感耦合等离子体质谱仪(美国Agilent公司)；英国牛津X-act能谱仪；紫外分光光度计UV-180(北京北分瑞利分析仪器（集团）公司)；恒温水浴 (金坛区恒丰仪器厂)；Agi-lent6890-5975气质联用仪 (美国安捷伦公司)；BUCHI旋转蒸发浓缩仪(瑞士 BUCHI公司)。

2 试验方法

2.1 蚕砂的结构观察

2.1.1 视频显微镜观察蚕砂外貌

采用视频显微镜，观察蚕砂样品的聚集状态。将蚕砂摆放在显微镜下的白色衬纸上，先调节粗旋钮，后调节细旋钮，直到图像清晰，拍照保存。

2.1.2 SEM观察蚕砂的组织结构

选取完整和裂解的蚕砂黏附在导电胶上，吹掉微小颗粒物，镀金后采用TM3030型扫描电子显微镜观察，扫描电镜加载电压为15 kV。

2.2 蚕砂的光谱表征

2.2.1 蚕砂的紫外可见吸收光谱测试

将恒温水浴锅温度设定为90 ℃，把盛有纯净水的烧杯放置水浴锅中。待温度到达所设置温度时，将适量蚕砂放入烧杯中。浸泡1、3、5、7、10、15 min后分别过滤，扫描滤液的紫外可见吸收光谱。

2.2.2 蚕砂的红外光谱测定

取约2 mg蚕砂样品与KBr粉末混匀、研磨、压制成薄圆片，收集样品红外吸收光谱，扫描范围560～4 000 cm－1，分辨率为4 cm－1，扫描次数为32次。

2.3 蚕砂水溶液组成成分

2.3.1 电子能谱法粗测蚕砂中金属离子及其含量

能谱仪（energy dispersive spectrometer ，EDS）是用来对材料的元素种类与含量进行分析，配合扫描电子显微镜与透射电子显微镜使用。本试验采用与扫描电子显微镜同步的X-射线能谱仪，采取面和点扫描方式分析蚕砂的元素种类和含量。

2.3.2 ICP（电感耦合等离子体质谱仪）法测定蚕砂中金属离子及其含量

蚕砂样品经过粉碎机粉碎、过目筛，烘箱烘干，称取处理好的样品0.5 g置于聚四氟乙烯消解罐中消解，超纯水定容至100 mL，用0.45 μm 滤膜过滤。在He模式调谐状态下进行样品检测。在线导入内标溶液，根据标准溶液中待测元素与内标元素的响应强度制作标准曲线，对样品中元素进行定量分析。仪器参数（L/min）：等离子体气体15，辅助气体0.8，载气0.8，补偿气0.8。雾化室温度2 ℃，蠕动泵0.1 rps，功率1 600 W，提升量1 mL/min。

2.3.3 蚕砂中挥发性有机物鉴定

取适量蚕砂置于盛有去离子水的烧杯里，在90 ℃恒温水浴锅浸泡5 min后过滤，取萃取液1 mL进行 GC/MS分析。GC条件为：色谱柱为DB-1MS柱子，30×106μ m×250 μm×0.25 μm毛细管柱；进样口温度为320 ℃；载气为氦气；流量为1 mL/min(不分流模式)；进样量为1μL；程序升温为50 ℃(1 min)4-- - ℃---/-m---i-n→ 160 ℃(5 min)4-- - ℃---/-m---in-→ 260 ℃(10 min)；分流比为20∶1；溶剂延迟时间为5 min；接口温度为280 ℃；电离方式为EI；电离能量为70 eV；离子源温度为230 ℃；四极杆温度为150 ℃；质量扫描范围为35～350 amu。

2.4 蚕砂中水分含量测定

按照国标GB 5009.3—1985 食品中水分的测定方法[10]，将干净的称量瓶置于95～105 ℃烘箱中，干燥至恒量。称取2.00 g左右研细的蚕砂，放入干燥后的称量瓶中，样品厚度约为5 mm。准确称量后，放入95～105 ℃干燥箱中，干燥至恒重后，置于干燥器内冷却0.5 h后再称量。

2.5 蚕砂水溶液色香味感官评价

称取适量蚕砂，按照一定的比例加入热水浸泡一定时间，过滤得到澄清汁液以备用。参考国家标准 GB/T 21733—2008《茶饮料》[11]中感官检测指标，制定蚕砂茶的感官评价标准。随机选定 12 名食品与营养检测专业学生组成感官评定小组，分别从滋味、香气、色泽、澄清度等方面进行感官评价，取其平均分作为最终评分。

3 结果与分析

3.1 蚕砂的结构特征

3.1.1 视频显微镜观察蚕砂外貌

视频工业显微镜下的蚕砂颗粒颜色墨绿、质地硬而脆，内部颜色较表面相对较浅。蚕砂因含有低甲氧基果胶等黏性物质，以及粗纤维使得蚕砂颗粒结实并有一定硬度。观察发现蚕砂具有致密的颗粒结构，在水中浸泡两天仍然能保持其颗粒结构。据研究报道蚕砂含有丰富的叶绿素及其衍生物，是提取叶绿素及其衍生物的廉价且充足的优良原材料［1］。

3.1.2 蚕砂的组织结构

通过SEM扫描电镜进一步观察蚕砂的结构与聚集状态，如图1所示。在图1中，图A是一粒完整的蚕砂颗粒，图B—I为破碎的蚕砂颗粒。由图A可知，蚕砂表面布满褶皱，深浅沟壑纵横，内部结构不均匀。图B显示在胶状结构中存在纤维束，图C显示该纤维束纤维排列均匀，粗细相当。图D—G为纤维束的斜截面图，图H—I为纤维束的正截面图。由截面图显示，纤维束呈明显的管状结构，管壁光滑，管管相连，如蜂窝状，管径20～30 μm，管口呈椭圆形。有些管腔口和内部有部分填充物。由于蚕砂致密颗粒结构在水中能够长时间保持其颗粒结构，蚕砂的多孔结构可吸附水中的杂质，起到净水作用。

图1 蚕砂颗粒与碎片扫描电镜（SEM）图

3.2 蚕砂的光谱性质

3.2.1 蚕砂的紫外可见吸收光谱测试

在90℃下，浸泡1、3、5、7、10、15 min后的蚕砂水溶液紫外可见吸收光谱图如图2所示。在图2中,a—f分别代表浸泡1、3、5、7、10、15 min后的蚕砂水溶液。可观察到，随着浸泡时间延长蚕砂水溶液颜色加深，类似红茶和咖啡颜色，具有饮料颜色特质。由图2可知，蚕砂水溶液在波长280 nm左右存在特征吸收，峰形较钝，可能是一个复合峰。随着浸泡时间延长，浸出物浓度增大，该特征吸收峰强度随之增强，但是增强幅度不明显。在波长325 nm左右还有一个更钝的吸收峰。总之，蚕砂水溶液特征吸收不太明显，与浓度的相关性不显著。可能是在此吸收的物质种类比较多，互相交错叠加相混造成的。

图2 不同浸泡时间蚕砂水溶液的紫外可见吸收光谱测试

3.2.2 蚕砂的红外吸收光谱表征

蚕砂的红外光谱图如图3所示。特征吸收峰及其可能的归属[12-13]如下， 1 073.69 cm-1（C-O伸缩振动），1 427.13 cm-1（C-N伸缩振动），1 626.03 cm-1、1 650 cm-1（氨基酸的羧基、羰基伸缩振动），2 849.16 cm-1，2 917.42 cm-1， 2 920 cm-1和 2 852 cm-1（烷烃中的 C-H 伸缩振动），3 418.78 cm-1（O-H、N-H伸缩振动吸收及水分）。

图3 蚕砂的红外光谱图

3.3 蚕砂中化学物质分析

3.3.1 电子能谱法测定蚕砂中元素种类和含量

本试验采用与扫描电子显微镜同步的X－射线能谱仪对蚕砂的某面和点处元素种类和含量进行了初步分析。能谱仪测定元素及含量结果见表1。由表1可知，蚕砂的组成元素以C、O、N为主，少量Cl、S、P和Si，且分布不均匀。金属元素以K、Mg和Ca为主，没有Na。从点和面元素分布比较看，元素分布不均匀。

表1 能谱仪测定元素及含量 /%

3.3.2 ICP法测定蚕砂中金属离子及其含量

蚕砂中金属离子种类及其含量测定如表2所示。由表2可知，蚕砂水浸出物中常量金属元素与能谱仪检测结果基本一致。含有丰富的K、Ca、Mg等常量元素，含有较多Fe、Zn、Mn、Cu及很少Se、Cr、Ni（可能必微）等必需微量元素，几乎没有Pb、Sn、As、Cd等潜在有毒元素。所以从浸出的金属离子角度看，饮用蚕砂可以补充多种有益金属离子而不会引起重金属伤害。

表2 蚕砂中金属离子种类及其含量测定 /（mg/kg）

3.3.3 蚕砂中挥发性有机物鉴定

将蚕砂沸水提取物进行GC/MS分析,得到色谱图4。分离到的各个组分用NIST98质谱库检索并初步鉴定出12种成分见表3。用峰面积归一法计算各成分的相对含量。由表3可知，热水浸提液初步鉴定出来的12种物质包括酯类(1种)、酸类（2种）、碱类（1种）、酮类（2种）、酚类（3种）、醇类（1种）、肟类（1种）、螺烷（1种）。崔锡强等[14-15]研究发现蚕砂的水及极性提取成分黄酮类、生物碱类，多酚类等具有体外降糖、抗肿瘤、抗氧化和抗炎活性。

图4 蚕砂提取物总离子流色谱图

表3 蚕砂热水提取物中主要挥发性成分

3.4 蚕砂中水分含量测定

蚕沙中水分含量= (称量瓶和样品质量-称量瓶和样品干燥后质量)/(称量瓶和样品质量-称量瓶质量)×100。

由试验数据计算得到本蚕砂样品中的水分含量为11.88%。和文献[2]中报道的基本一致，风干后的蚕砂的含水量一般在10%左右。

3.5 蚕砂水溶液色香味的感官评价

3.5.1 蚕砂与水的比例对茶汤感官的影响

蚕砂与水的比例对茶汤影响感官评价如表4所示。

由表4可知，蚕砂和水的比例对感官有影响，1∶100的比例比较合适。在该比例下，滋味、香气、色泽感最好，澄清度合适。张锋等[18]制备苹果-绿茶复合饮料时也发现饮料太浓或太稀，感官评价值都会下降。

表4 蚕砂与水的比例对茶汤影响感官评价

3.5.2 不同温度、不同浸泡时间对蚕砂的感官影响

在蚕砂与水比例为1∶100（g∶mL）条件下，确定蚕砂茶最佳浸提条件，试验结果见表5。

由表5感官评价结果可知，温度影响蚕砂茶的质量，质量优劣依次为100>90>80>70 ℃，沸水浸泡口感最好，温度高有利于有效成分的浸出和香气的扩散。在沸水冲泡的情况下，浸泡的时间也有一定影响，时间长短的优劣依次是5>10>15 min，时间过长不利于增加蚕砂饮料的感官品质，5～15 min浸泡时间内，蚕砂茶的滋味、香味都达到最优程度，色泽和澄清度最好。

表5 蚕砂茶最佳浸提条件的确定

4 结论

蚕砂颗粒内部含有丰富的中空纤维结构，并且其颗粒结构稳定，在水中长时间浸泡不会塌陷，在不影响茶液澄清度的前提下还可吸附水中的杂质。蚕砂水浸出液中含有丰富的K、Ca、Mg等宏量元素，含有较多Fe、Zn、Mn、Cu等必需微量元素。当蚕砂水浸出液中初步鉴定出酯类、酸类、碱类、酮类、酚类、醇类、肟类和螺烷等12种生物活性物质。蚕砂∶水=1∶100（g∶mL）时，100 ℃开水浸泡5 min获得的蚕砂茶效果最佳，为棕黄色，澄清度高无明显悬浮物、清爽甜醇、桑叶清香，认为蚕砂作为饮品具有潜在的饮用功能。