微波消解-ICP-AES法测定葡萄皮渣中生命元素

马娜娜，张静，万力，张昂，刘金串，孟江飞，张振文，3，房玉林，3，*

（1.西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨陵712100；2.宁夏葡萄产业协会，宁夏银川750000；3.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西杨陵712100）

微波消解-ICP-AES法测定葡萄皮渣中生命元素

马娜娜1，张静2，万力1，张昂1，刘金串1，孟江飞1，张振文1，3，房玉林1，3，*

（1.西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨陵712100；2.宁夏葡萄产业协会，宁夏银川750000；3.陕西省葡萄与葡萄酒工程技术研究中心，陕西杨陵712100）

采用微波消解技术处理样品，建立了ICP-AES法测定酿酒葡萄赤霞珠、霞多丽和野生山葡萄、毛葡萄皮渣中钾、钠、钙、镁、铬、铜、铁、锰、镍、硒、锌、钴、钒、锡、钼等15种生命元素的方法。对微波消解程序（包括消解液体系、用量等）和ICP仪器操作参数进行了优化选择，并对分析方法进行了质量评价。结果表明：葡萄皮渣中含有种类丰富的生命元素，其中 K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn 的含量较高，Cr、Ni、Se、Co、V、Sn 及 Mo 的含量也不容忽视。在优化条件下，该方法的 RSD 为 0.56%～3.21%（n＝10），平均加标回收率为 95.1%～110.2%（n＝6）。该方法精密度高、重现性好,完全满足葡萄皮渣中多种生命元素的测定的要求。结合前人研究成果,揭示了葡萄皮渣具有较高的营养和保健价值。

微波消解，ICP-AES，葡萄皮渣，生命元素

Abstract:An Inductively Coupled Plasma atomic emission spectrometry(ICP-AES)for determination of the contents of 15 biological elements(K,Na,Ca,Mg,Cu,Fe,Mn,Zn,Cr,Ni,Se,Co,V,Sn and Mo)in grape pomace after microwave-assisted digestion of the sample had been established.The microwave-assisted digestion procedure (including digestion system)and the techniques for operating ICP instrument were optimized,and the analytical method was validated.The results showed that the biological element species in grape pomace are abundant,among which the contents of K,Na,Ca,Mg,Cu,Fe,Mn and Zn are rather high and others are not ignored.The relative standard deviations were from 0.56%to 3.21% (n=10),and the average recoveries were from 95.1%to 110.2% (n=6)under the optimized conditions.Repeated validations indicated that this method was precise,sensitive and reproducible for the determination of biological elements in various grape pomaces.The comprehensive research results of the authors and previous researchers show that grape pomace has high nutrition and health protection value.

Key words：microwave digestion;ICP-AES;grape pomace;biological element

葡萄皮渣（Grape Pomace,GP）包括葡萄皮、葡萄籽、果梗及果肉残留，是葡萄酒产业最主要的副产物之一，其产率约占葡萄重量的20%[1]。目前，国外对葡萄皮渣的研究主要集中在4个方面：1.葡萄皮渣中功能性成分提取回收的研究，如天然色素（Natural Colorants,NC）[2-4]、膳食纤维（Dietary Fibre,DF）[1]、有机酸（Organic Acid,OA）[5]、以亚油酸为主的多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids）[6]和具有抗氧化能力的多酚类化合物（Polyphenolic Compounds,PC）[7-12]；2.青贮葡萄皮渣饲喂反刍类动物的研究[13-15]；3.利用微生物对葡萄皮渣进行发酵来生产酶的研究[16-17]；4.葡萄皮渣作为有益肥料的研究[18]。葡萄皮渣以富含诸如葡萄籽油（Grape Seed Oil,GSO）、花青素（Anthocyanin,AN）以及抗氧化物质（Antioxidant）等一系列高附加值产物而越来越受到人们青睐，这些物质在抗癌和防治心血管疾病等方面有着卓越的效果，相信不久会有以葡萄皮渣为原料的保健品问世。但目前对葡萄皮渣中多种生命元素的测定方法研究比较少见。

赤霞珠（Cabernet Sauvignon,V.vinifera L）和霞多丽（Chardonnay,V.vinifera L）分别是世界上栽培面积最大的红色和白色酿酒葡萄品种，山葡萄（Vitis Amurensis Rupr.）和毛葡萄（Vitis quinquangularis.）分别是我国北方和南方最重要的两个野生葡萄品种。随着我国葡萄酒产业的迅猛发展，每年产生的葡萄皮渣量达10余万t，然而，葡萄皮渣被丢弃或不经任何处理直接当成肥料使用的现象仍普遍存在。葡萄皮渣因其pH较低，随意丢弃会带来一系列的环境污染问题，因此如何有效利用这一副产物对我国葡萄酒产业的可持续发展有重要意义。

ICP-AES以其灵敏度高、精密度高、基体效应小、线性范围宽和多元素同时测定等优点，被广泛应用于样品中无机元素的测定[19]。结合消解速度快、完全、回收率高的微波消解技术[20]，应用ICP-AES对上述4种葡 萄 皮 渣 中 K、Na、Ca、Mg、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Se、Zn、Co、V、Sn、Mo等15种生命元素的含量进行了测定，以期为我国葡萄皮渣的研究利用提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：赤霞珠和霞多丽葡萄皮渣取自葡萄酒学院实习酒厂；山葡萄取自吉林；毛葡萄取自湖北。

试剂：优级纯硝酸、过氧化氢、高氯酸和盐酸：德国Merck 公司；浓度为 1000 μg/mL 的 K、Na、Ca、Mg、Cr、Cu、Fe、Mn、Ni、Se、Zn、Co、V、Sn、Mo 等标准物质储备液（购自国家钢铁材料测试中心）。所有涉及器皿均用20%的HNO3溶液浸泡一段时间后再用去离子水反复冲涤晾干备用。

1.2 仪器

IRIS IntrepidⅡXSP型电感耦合等离子体发射光谱仪：美国热电公司；玻璃同心雾化器：Concentric nebulizer；旋流雾化室；MARS 5型微波消解系统：美国培安公司；BP190S型电子天平：德国Sartorious公司；Milli-Q型超纯水制备系统：美国Millpore公司。

1.3 样品处理

各葡萄皮渣在清洁条件下晾干，70℃干燥5 h后研成粉状备用。

准确称取皮渣0.2500 g于PFA消解罐中，加入4 mL HNO3+1 mL H2O2+0.5 mL HF的消解液，置入密封体系中，旋紧密封盖,再置于微波消解炉中,按照优选后程序升温进行消解。结束后，取出样品罐，冷却后于通风橱中打开样品罐，转移消解液，稀HNO3液少量多次冲洗消解罐，最后定容至50 mL容量瓶中摇匀，同时处理平行样和空白备测。

1.4 ICP-AES工作参数

不同元素的具有不同的激发特性，对于电离电位能高的元素适当降低雾化器压力和增加RF功率可以降低元素的检出限。优化后ICP-AES的主要操作参数：RF frequency为 27.12 MHz，RF power为 980 W～1150 W，Argon coolant为 13 L/min,Argon auxiliary为1.3 L/min,Argon carrier为0.85 L/min,Solution uptake rate为 1.85 mL/min,Nebulizer pressure为 15 psi～20 psi（1 psi=6890 Pa），长波段积分时间为5 s，短波段30 s，分析线见表2。工作方式：全谱直读多元素测定，蠕动泵进样。

2 结果与分析

2.1 消解条件的选择

针对葡萄皮渣的特点，对消解体系种类与用量、微波消解程序进行考察，选择HNO3+H2O2+HF组合作为消解体系，可以最大限度地降低试验误差和减少对仪器的损伤，试验发现加入适量H2O2可以大大增强HNO3的消解能力并可以在短时间内完全消解葡萄籽中的油脂类物质，适量的HF可以消除样品中硅对某些元素的影响，最终的微波消解程序见表1，最终的消解液澄清透明，表明已经消解完全。

2.2 分析线的选择及元素检测限

ICP-AES具有多元素、同一元素多谱线同时测定及同步背景校正的功能。分析线的选择直接影响测定结果的准确性，遵循共存元素干扰谱线少、灵敏度高、精密度好的原则，综合考虑选择出各元素的最佳分析波长。在仪器的最佳测试条件下，测定消解后的空白溶液10次，其结果的3倍标准偏差为仪器的检出限（DL）。分析线和检出限结果见表2。

表1 微波消解条件Table 1 Microwave digestion conditions

表2 分析线及元素检出限Table 2 Analytical lines and detection limits of the elements

2.3 校准曲线

根据各元素在样品中的不同含量水平，用5%的HNO3逐级配制15种生命元素的混合标样溶液进行ICP-AES测定，绘制标准曲线并计算相关系数，相关系数结果见表3。

表3 回归方程及相关系数Table 3 Regression equations and correlation coefficients of calibration curves of the elements

2.4 样品中生命元素的测定及对分析方法质量的评价

准确称取4种葡萄皮渣各0.2500 g，按照上述所建立的微波消解程序及测定条件进行样品中生命元素的分析，各样品平行处理10份，取平均值为测定结果，并考察方法的精密度。另取各样品6份添加适量的混合标样溶液来分析方法的平均加标回收率，结果见表4。

表4 葡萄皮渣中各元素的平均含量及分析方法的RSD(N=10)和回收率(N=6)Table 4 Average contents of the elements in grape pomace(μg/g)Average RSD(N=10)and recovery(N=6)of the analytical method

从表4中可以看出，所有元素的相对标准偏差均小于3.21%，平均加标回收率在95.1%～110.2%之间，表明该分析方法准确度、精密度皆好。检测结果显示，葡萄皮渣中含有种类丰富的生命元素，尤以其中的K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 等含量相对较高，Cr、Ni、Se、Co、V、Sn 及 Mo的含量也不容忽视。

3 结论

本文采用ICP-AES法并结合微波消解技术对酿酒葡萄皮渣中的生命元素进行了测定，结果表明，葡萄皮渣中含有种类丰富的生命元素，其中K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn 和 Zn 等含量相对较高，Cr、Ni、Se、Co、V、Sn及Mo的含量相对较低。结合前人对于葡萄皮渣中多酚类物质、膳食纤维、有机酸的研究，进一步显示葡萄皮渣具有较高的营养、保健和医疗价值，因此我们有必要对这一葡萄酒产业的副产物进行科学开发利用，以期使其变废为宝，创造出更高的经济价值。

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Determination of Biological Elements in Grape Pomace by Microwave Digestion and ICP-AES

MA Na-na1,ZHANG Jing2,WAN Li1,ZHANG Ang1,LIU Jin-chuan1,MENG Jiang-fei1,ZHANG Zhen-wen1,3,FANG Yu-lin1,3,*
（1.College of Enology,Northwest A&F University,Yangling 712100,Shaanxi,China;2.Ningxia Grape Industrial Association,Yinchuan 750000,Ningxia,China;3.Shaanxi Engineering Research Center for Viti-vinicalture,Yangling 712100,Shaanxi,China）

2011-11-13

现代农业产业技术体系建设专项资金（nycytx-30-2p-04）；国家林业局“948”项目（2009-04-09）；西安市科技创新支撑计划（NC10003）；榆林市农业攻关项目

马娜娜（1986—），女（汉），硕士，主要从事葡萄资源综合利用研究。

*通信作者：房玉林（1973—），男（汉），副教授，硕士生导师，博士，主要从事葡萄与葡萄酒工程研究。