基于ICP-MS的不同来源小麦胚芽矿物元素对比分析

严 斌 刘丽娅 钟 葵 佟立涛 刘兴训 周闲容 周素梅

基于ICP-MS的不同来源小麦胚芽矿物元素对比分析

严 斌 刘丽娅 钟 葵 佟立涛 刘兴训 周闲容 周素梅

（中国农业科学院农产品加工研究所；农业部农产品加工综合性重点实验室，北京 100193）

收集我国小麦主产区大型面粉企业2014年度12种小麦胚芽样品，在基本营养和安全品质分析基础上，采用ICP-MS对样品矿物元素进行对比分析，旨在为我国大宗小麦胚芽资源高值化利用提供参考。结果表明：样品总淀粉、粗脂肪、粗蛋白、灰分平均质量分数分别为17.69%、9.99%、32.94%和5.00%，变异系数依次降低；麦胚中含有丰富的矿物元素，必需常量和微量元素中含量变化最大的是Na元素和Se元素，变异系数分别达到70.16%和108.53%；主成分分析表明Mg、Fe、Cu、Se、Co是麦胚必需矿物元素的特征元素。根据食品中污染物限量标准，所有样品有毒矿物元素中As和Pb均在限量范围，但50%样品Cd超标，对其开发利用产生不利影响。

小麦胚芽 营养品质 安全品质 矿物元素 对比分析

小麦是我国的主要粮食作物之一，2013年我国小麦总产量为1.19亿t［1］，大部分用于面粉加工。麦胚是小麦制粉的副产物，年潜藏资源总量高达300万t。麦胚含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、矿物质以及一些微量生理活性成分，具有促进婴幼儿生长发育、保护大脑、抗衰老、抗氧化及抗动脉粥样硬化等作用［2］，是整个小麦营养价值最高的部分，被营养学家誉为“人类天然的营养宝库”［3］。麦胚的研究和开发利用一直备受国外研究者与企业界的重视［2-5］，并不断开发出系列功能性食品。国内对小麦胚芽的研究日益增多，并且在麦胚蛋白、麦胚多肽、胚芽油等功能组分的提取和活性研究、麦胚稳定化领域取得了一定进展［6-9］，但在实际应用中麦胚资源的综合利用程度较低，开发利用仍处于初级加工阶段。

粮食加工副产物综合利用是节约粮食、提高综合效益的有效途径。小麦胚芽的深度开发利用对促进我国粮食加工业可持续发展意义重大。但由于我国小麦种植范围广，不同地域的麦胚品质特性和利用价值存在较大差异［10］。麦胚是理想的天然矿物元素供应源，但有关我国麦胚资源矿物元素地域差异的研究和报道较少。本研究采集我国小麦主产区大型面粉企业12种小麦胚芽样品，在对不同地区代表性商用小麦胚芽基本营养成分和卫生指标分析基础上，重点对麦胚中矿物元素进行系统对比分析，旨在为麦胚深加工和综合利用提供理论依据，为合理利用麦胚资源，加快麦胚产业化发展提供支持。

1 材料与方法

1.1 试验原料

12个麦胚样品来源见表1（2014年产）。样品经高速万能粉碎机磨粉后置于4℃冰箱中保存备用。

表1 麦胚样品来源

1.2 仪器与设备

TB-214分析天平：美国Denver公司；Kieltec Analysister凯氏定氮仪：丹麦Foss公司；U-3010紫外可见分光光度计：日本Hitachi公司；Lindberg／Blue M马弗炉：美国Asheville NC公司；L-8900全自动氨基酸分析仪：日本日立公司；7500a型电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）：美国Agilent公司。

1.3 试验方法

参照GB／T 5009.3—2010测定水分含量；参照GB／T 5009.4—2010 测定灰分含量；参照GB／T 5009.5—2010测定粗蛋白含量；参照GB／T 14772—2008测定粗脂肪含量；参照AOAC 996.11方法，采用总淀粉试剂盒测定总淀粉含量；参照GB／T 5009.124—2003方法进行氨基酸组成分析；参照ICP—MS法测定矿物元素含量；参照GB 4789.2—2010测定菌落总数；参照GB 4789.3—2010测定大肠菌群；参照GB 4789.15—2010 测定霉菌总数；参照GB／T 23503—2009测定脱氧雪腐镰刀烯醇（DON）含量。

1.4 数据分析

所有试验数据为3次重复的平均值和标准差，采用Microsoft Excel进行数据整理，用SAS9.3软件进行显著性、相关性和主成分分析。

2 结果与讨论

2.1 麦胚基本营养成分分析

不同来源麦胚样品基本营养成分见表2。受小麦品种、气候、土壤及制粉工艺影响，麦胚营养组成存在较大差异。总淀粉平均质量分数为17.69%，变异系数CV值最大（19.53%），表明不同地区麦胚中总淀粉含量差异最显著（P＜0.05）。蛋白质平均质量分数为32.94%，变异性较小，CV值仅为7.61%，除了12号样品（28.83% ±0.08%）和8号样品（29.10% ±0.25%）外，其他样品均在30%以上。粗脂肪和灰分平均质量分数分别9.99%和5.00%。Brandolini等［2］报道国外小麦胚芽中含有10%～15%的脂肪，26%～35%蛋白质，17%淀粉以及4%的灰分，可见国内外麦胚基本组分含量较接近。

表2 不同来源麦胚样品基本营养成分／%

2.2 麦胚氨基酸组成分析

麦胚必需氨基酸相对比值与FAO／WHO颁布的氨基酸构成比例基本接近，且总量高于FAO／WHO模式，是重要的优质植物蛋白质资源［11］。表3列出了小麦胚芽样品的氨基酸组成及含量。结果表明，小麦胚芽氨基酸中赖氨酸平均质量分数高达1.87%，占总蛋白的5.68%（FAO／WHO 推荐赖氨酸比值为5.5%），远高于面粉和大米，可作为人体第一限制氨基酸—赖氨酸的优质来源，其他必需氨基酸的比例也与FAO／WHO推荐值接近。谷氨酸是麦胚中质量分数最高的氨基酸，平均值为4.59%，且样品间差异较小。不同样品半胱氨酸和蛋氨酸含量差异最大，CV值分别为28.82%和26.40%。此研究与赵福利等［10］报道的2013年国内麦胚氨基酸组成及含量数据基本一致。

表3 麦胚氨基酸组成及质量分数／%

2.3 麦胚矿物元素含量分析

2.3.1 麦胚必需常量和微量矿物元素含量分析

矿物元素是维持机体正常生命活动不可缺少的营养素。例如Ca和Mg是构成骨骼、牙齿的主要组成成分，Na和K在维持细胞内正常渗透压、保证机体内的酸碱平衡方面发挥重要作用；Fe是血红蛋白和肌红蛋白的构成部分，同时是体内许多酶（细胞色素酶、过氧化氢酶等）的组成成分；Mn具有促进骨骼的生长发育，保护细胞中线粒体的完整性，维持正常的脑功能的作用；Zn与核酸、蛋白质的合成、碳水化合物和维生素A的代谢及胰腺、性腺和脑下垂体的活动有着密切关系［12］。而Se是谷胱甘肽过氧化物酶的组成成分，可提高机体免疫力，抗衰老和预防心血管病；Co是维生素B12辅酶的组成成分，能预防脂肪肝，激活多种酶（唾液淀粉酶、脂肪酶等），刺激人体骨髓的造血系统；Cr是葡萄糖耐量因子的组成成分，对调节体内糖代谢起重要作用，同时影响机体的脂类代谢，预防心血管病以及癌症的发生［12］。

12种麦胚样品必需常量和微量矿物元素含量见表4、表5。由表4 可知，样品K、Mg、Ca、Na平均含量分别为1.28 ×104、3.40 ×103、6.88 ×102、1.01 ×102mg／kg。其中Na含量差异最大，CV值高达70.16%。不同样品间Ca和Mg含量也存在较显著差异，CV值在10%左右，但K含量相差不大，CV值低于5%。必需微量矿物元素中Fe、Mn和Zn含量均相对较高，接近甚至高于某些必需常量元素，平均含量分别为1.01 ×102、1.95 ×102和1.46 ×102mg／kg，变异区间约10%～15%。含量较低的必需微量矿物元素中，Se含量差异很大，变异系数高达108.53%，主要是由于5号样品的Se含量远高于其他样品。同时5号样品的Co含量和Cr含量也明显高于其他样品。

表4 不同来源麦胚样品必需常量矿物元素含量

表5 不同来源麦胚样品必需微量矿物元素含量

2.3.2 麦胚重金属元素含量分析

重金属进入人体后，在人体内蓄积，轻者会损害人体的正常生理功能，重者可能导致癌症的发生［12］。根据GB 2762—2012食品中污染物限量标准，As、Cd、Pb 的限量指标分别为：As＜0.5 mg／kg，Cd ＜0.1 mg／kg，Pb ＜0.2 mg／kg。表6 列出了12 种不同来源麦胚样品As、Cd、Pb3种主要重金属元素的含量。结果表明，样品的As含量均未超出国家标准，其中1号样品的As含量最高，为6.35 ×10-2mg／kg；样品平均Cd含量为1.10 ×10-1mg／kg，已超出国家标准，Cd 含量超出国家限量标准的有：2、4、8、9、10、12号样品，其中2、10、12号样品Cd含量为国家限量标准的150%；所有样品Pb含量均未超出国家标准，最高为4、5 号样品，其含量分别为1.10 ×10-1、1.12 ×10-1mg／kg。

表6 不同来源麦胚样品重金属元素含量

2.4 麦胚微生物含量分析

微生物是影响食品原料腐败变质的主要因素，是麦胚质量卫生指标中最重要的指标之一，但目前我国尚未制定小麦粉微生物限量标准。采用国标法测量12种不同来源小麦胚芽样品的菌落总数、大肠菌群、霉菌以及脱氧雪腐镰刀菌烯醇。表7数据表明，所有样品菌落总数在4.5 ×102～2.4 ×104CFU／g之间，其中2、4、7 号样品超过104CFU／g，1 号和5 号样品约为104CFU／g，6、8、12 号样品菌落总数较低。所有样品中仅1号样品大肠菌群数超过110 MPN／g，远高于其他样品，3、4、6号样品中大肠菌群未检出（＜ 0.3 MPN／g）。1、2、4 号样品霉菌超过103CFU／g，4 号样品最高，为7.3 ×103CFU／g。霉菌最少的是10和12号样品，低于102CFU／g。所有样品脱氧雪腐镰刀菌烯醇均未检出（检出限为500μg／kg）。

表7 不同来源麦胚样品微生物指标

2.5 相关性分析

采用SAS 9.3软件对麦胚基本营养成分和必需矿物元素做相关性分析，结果见表8。可见，淀粉与蛋白、淀粉与Mn、淀粉与Zn、蛋白与Mn、灰分与K、Mg与Mo、Fe与Cu、Se与Co、Se与Cr等含量之间的相关系数均在0.7以上，达到极显著水平（P＜0.01），表明各营养成分和矿物元素含量之间存在一定的相关性。麦胚样品中淀粉和蛋白呈高度的负相关（r＝ -0.93）；蛋白与Mn呈高度的正相关（r＝0.92）。灰分与K 呈高度正相关（r＝0.90），主要是由于麦胚的矿物元素中绝大部分是K元素，比其他矿物元素高出数个数量级，故直接影响到灰分质量。另外，Mg与Mo、Fe与Cu、Se与Co、Se与Cr等含量之间均存在很强的相关性，表明上述矿物元素间存在一定程度的依存关系，其含量相互促进或拮抗。

2.6 主成分分析

由表8相关性分析结果可知，不同地区麦胚样品必需矿物元素间存在一定相关性。采用SAS 9.3软件对标准化处理后的数据进行主成分分析，表9描述了主成分分析初始解对原有变量总体描述情况。可见前5个主成分累计方差贡献率达90.12%，可较好代替12种矿物元素来评价麦胚质量。由表9、表10可知，第1主成分表现出其与Mg、Fe、Cu正相关，其方差贡献率为27.93%；第2主成分表现出其与Se、Co正相关，其方差贡献率为22.84%；第3主成分表现出其与K、Zn正相关，其方差贡献率为18.39%；第4主成分表现出其与Na、Mo正相关，其方差贡献率为14.37%；第5主成分表现出其与Ca、Mn正相关，其方差贡献率为6.58%。因为总方差50.78%的贡献来自第1和第2个主因子，因此以Mg、Fe、Cu、Se、Co作为麦胚必需矿物元素的特征元素。

表8 麦胚基本营养成分和矿物元素间相关性分析

表9 主成分分析特征向量

表10 主成分分析特征值和方差贡献率

3 结论

本研究所收集的小麦主产区12种小麦胚芽样品中，粗蛋白、总淀粉、粗脂肪、灰分平均质量分数分别为32.94%、17.69%、9.99% 和5.00%；其中总淀粉含量变幅较大，CV值为19.53%。不同样品氨基酸组成存在一定差异，变幅最大的是半胱氨酸和蛋氨酸含量，CV值分别为28.82%和26.40%。麦胚含有丰富的矿物元素，按其平均含量排序依次为K、Mg、Ca、Mn、Zn、Na、Fe、Cu、Mo、Cr、Se、Co。必需常量元素中Na含量变化最大（CV值70.16%），而必需微量元素中Se含量变化最大（CV值108.53%）。统计分析结果表明麦胚基本营养组分间存在一定相关性，Mg、Fe、Cu、Se、Co 是麦胚必需矿物元素的特征元素。

不同来源样品重金属元素中Pb变化范围最大（CV值43.69%），根据食品中污染物限量标准，所有样品As和Pb均未超标，但50%的样品Cd超标；样品菌落总数在4.5×102～2.4 ×104CFU／g之间，个别样品大肠菌群超过110 MPN／g，脱氧雪腐镰刀菌烯醇含量均小于500μg／kg。因此，麦胚的卫生和安全性是开发利用需要考虑的重要问题，在实际应用中需引起关注。

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Comparative Analysis of Mineral Elements Based on ICP-MSin Wheat Germ from Different Sources

Yan Bin Liu Liya Zhong Kui Tong Litao Liu Xingxun Zhou Xianrong Zhou Sumei
（Institute of Food Science and Technology，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Key Laboratory of Agro-Products Processing，Ministry of Agriculture，Beijing 100193）

Twelve wheat germ samples were collected from the enterprises of major wheat-producing region of China in 2014.Comparative analysis was performed for mineral elements of samples using ICM-MSmethod based on basic nutrition and safety quality analysis.The purpose was to provide a reference for the high value use of wheat germ resources in China.The results showed that the average content of total starch，crude fat，crude protein and ash were 17.69%，9.99%，32.94%and 5%respectively，and the coefficient of variation was decreased gradually.Wheat germ was rich in mineral elements，and the amplitude of Na and Se content was the highest among required constant mineral elements and essential trace mineral elements，with their coefficients of variation up to 70.16%and 108.53%respectively.The principal component analysis indicated that Mg，Fe，Cu，Se and Co were the characteristic elements in necessary mineral elements in wheat germ.According to the limit standard of contaminants in food，As and Pb were all in the limited range，but Cd was exceeded the standard limit for half of the samples，which might have a negative effect on its use.

wheat germ，nutrition quality，safety quality，mineral elements，comparative analysis

TS210.9

A

1003-0174（2016）11-0007-06

公益性行业（农业）科研专项（201303071），科技部国际科技合作计划（010S2012ZR0302），国家自然科学基金（31471679）

2015-03-23

严斌，男，1992年出生，硕士，粮油副产物功能活性物质

周素梅，女，1971年出生，研究员，粮油加工与功能食品