湖北省三种莲藕中铁元素含量、分布及赋存形态研究

范文新 严守雷 李洁 江洪 陈红

柯卫东 男，武汉市蔬菜科学研究所副所长兼水生蔬菜研究室主任，推广研究员，享受国务院政府特殊津贴，水生蔬菜行业计划及“十二五”国家科技支撑计划首席专家，主持国家及省、市重大科研项目多项，《植物遗传资源学报》、《长江蔬菜》编委。长期从事水生蔬菜种质资源及育种研究，在水生蔬菜种质资源保护及创新、新品种选育、微型种苗繁殖技术研究与应用等方面有创造性贡献，有力推动了我国水生蔬菜学科建设及产业发展。发表论文、论著100余篇（部），制定农业行业标准9部，取得国家发明专利3项，获国家科技进步奖二等奖、第四届全国杰出专业技术人才奖等。

铁是人体必需的微量元素，是肌红蛋白、细胞色素酶的重要组成部分，缺铁可引发慢性疲劳、烦躁不安、免疫功能紊乱、记忆力减退等症状[1]。蔬菜是人体摄取微量铁的主要途径之一，特别是湖北武汉的莲藕含铁量较高，其根茎部铁含量可达 4 mg/100 g[2]。《本草纲目》中记载藕粉可以补铁。但现阶段对莲藕的研究主要集中在保鲜贮藏技术、褐变机理以及加工品开发方面，对莲藕中铁元素测定及铁元素分布研究较少，故采用湿法消化-火焰原子吸收法对2017年4月采集自湖北仙桃地区的芦林湖、沔城、鄂莲5号莲藕总铁含量进行测定，并研究铁元素在莲藕淀粉、蛋白、藕渣中的分布情况，为人们通过摄食莲藕来补充铁元素提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2017年4月的芦林湖藕、沔城藕、鄂莲5号藕购自湖北仙桃地区。

1.2 试验试剂

硝酸优级纯、高氯酸优级纯、氢氧化钠分析纯、冰醋酸分析纯 （国药集团化学试剂有限公司），乙醚分析纯，1 000 μg/L铁标准溶液（北京坛墨质检科技有限公司）。

1.3 试验仪器

智能数显电热板：天津工兴实验室仪器有限公司；MX-101SG1搅拌机：厦门建松电器有限公司；离心机：赛默飞世尔科技公司；超纯水仪：贝徕美生物科技有限公司；电子天平：赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；pH计：梅特勒-托利多；LGJ-30F真空冷冻干燥机：北京松源华兴科技发展有限公司；AA-6300CF火焰原子吸收分光光度计：日本岛津；SHJA数显恒温水浴锅：江苏金坛市亿通电子有限公司；80目标准检验筛：浙江上虞市五四纱筛厂。

1.4 仪器条件

波长 ：248.3 nm；狭缝宽 ：0.2 nm；灯 电 流 ：12 mA；燃烧器高度：9 mm；燃气：2.2 L/min；助燃气：15.0 L/min。

1.5 试验方法

①样品处理 将采自湖北仙桃的鲜藕，清洗干净后，切成厚度约为1 cm的藕片，分别装袋，置于-20℃冰箱进行预冻，之后用冻干机冻干，打碎、磨粉制成莲藕冻干粉末，用于莲藕淀粉、蛋白、藕渣的提取。

②铁标准曲线的配制 将铁标准溶液配制成1、2、3、4、5 μg/mL 的浓度梯度，以 0.5%稀硝酸为空白，火焰原子吸收测定吸光度，绘制标准曲线（图1），A=0.041 680 C-0.003 400 0，r=1.000 0。

③总铁含量测定 根据刘霞等[3]的方法和GB 5009.90-2016，采用湿法消化-火焰原子吸收法，硝酸∶高氯酸=4∶1。称取芦林湖藕冻干粉末0.500 g、沔城藕冻干粉末1.000 g、鄂莲5号冻干粉末0.750 g分别置于三角瓶中，按0.1 g莲藕冻干粉末消耗2.5 mL硝酸和0.625 mL高氯酸的量进行加酸，常温下放置过夜，同时做空白试验。次日于电热板上加热消化，注意及时补加硝酸，当溶液变为清亮无色并伴有白烟时，继续加热至近干，再向三角瓶中加入少量超纯水继续加热以赶尽多余的高氯酸[4]，直至消化液剩余体积为1~2 mL时，停止加热，切不可蒸干。冷却后，用0.5%稀硝酸洗涤并定容至25 mL容量瓶，双层滤纸过滤，进行火焰原子吸收测定。

④淀粉提取及其结合态铁含量测定[5]称取一定质量的莲藕冻干粉末，过80目筛，超纯水浸泡20~24 h后，倾去上清液后，再用0.1%的NaOH溶液浸泡至分层，以除去蛋白质、小分子糖类等，静置后倾去上清液，再加入超纯水浸泡到分层，倾去上清液，如此反复用0.1%NaOH溶液和超纯水浸泡至上清液变澄清后，将沉淀用乙醚浸泡进行脱脂，再用水洗数次至上清液清澈透明，将沉淀进行冷冻干燥，并进行称量。冻干后的淀粉沉淀，以0.1 g淀粉消耗2.5 mL硝酸和0.625 mL高氯酸的量进行加酸，按照1.5③中的方法测定铁含量，并分析莲藕中淀粉结合态的铁含量，及其占总铁的比例。

图1 铁的标准曲线

表1 莲藕不同组分提取率

⑤蛋白提取及其结合态铁含量测定[6]称取一定质量的莲藕冻干粉末，过80目筛，按1∶20的料液比（按过80目筛之前的莲藕冻干粉末质量计算）加入超纯水，用pH计调节溶液pH值至11，15℃条件下恒温磁力搅拌提取2 h，以9 200 r/min离心15 min，取上清液，弃去残渣，调节上清液pH值为5，再以9 200 r/min离心15 min后得沉淀，用超纯水将沉淀洗涤几次后，将蛋白质沉淀进行冷冻干燥，并进行称量。冻干后的蛋白粉末，以0.1 g蛋白消耗10 mL硝酸和2.5 mL高氯酸的量进行加酸，按照1.5③中的方法测定铁含量，并分析莲藕中蛋白结合态的铁含量，及其占总铁的比例。

⑥藕渣提取及其结合态铁含量测定 称取一定质量的莲藕冻干粉末过80目筛，留在目筛上面的为藕渣，收集不同莲藕的藕渣，并称量，按0.1 g藕渣消耗5 mL硝酸和1.25 mL高氯酸的量进行加酸，按照1.5③中的方法测定铁含量，并分析莲藕中藕渣结合态的铁含量，及其占总铁的比例。

1.6 提取率及各形态Fe含量的计算公式

蛋白质提取率=蛋白的质量/莲藕冻干粉末的质量×100%；淀粉提取率=淀粉的质量/莲藕冻干粉末的质量×100%；藕渣提取率=藕渣的质量/莲藕冻干粉末的质量×100%。

莲藕中蛋白结合态铁含量=蛋白质中铁含量×蛋白提取率；莲藕中淀粉结合态铁含量=淀粉中铁含量×淀粉提取率；莲藕中藕渣结合态铁含量=藕渣中铁含量×藕渣提取率。

表2 莲藕不同组分的铁含量（n=3）

2 结果与分析

2.1 莲藕不同成分的提取率

在莲藕加工中莲藕渣是加工所剩的下脚料，主要包括藕节、莲藕皮以及榨汁后的藕渣，富含果胶、膳食纤维等物质，是膳食纤维理想的来源[7]。李慧娜等[8]以经榨汁后的藕渣为原料，采用碱结合酶水解法提取不溶性膳食纤维，提取率高达24%。本试验中藕渣的提取率较低（表1），其原因可能为：一是在进行莲藕切片处理时，将藕节直接丢弃；二是冻干藕片在搅拌粉碎过程中，粉碎程度过细，导致在过80目筛时，部分藕渣从目筛的空隙中漏出。建议在后续的试验中，可将冻干藕片搅拌打碎后，不过筛，加入适量的水，用α-淀粉酶和葡萄糖淀粉酶将莲藕淀粉等物质液化，进行抽滤，将留在滤纸上的藕渣进行烘干称重，计算烘干后藕渣的提取率，以此检验本试验的实验误差。

2.2 莲藕不同组分的铁含量

经 DPS 显著性（P<0.05）分析（表 2），在 4月收获的不同品种莲藕中，同一组分的铁含量差异显著；在淀粉和蛋白中，都以芦林湖藕的铁含量最高，鄂莲5号藕铁含量次之，沔城藕铁含量最小；在藕渣中芦林湖藕铁含量最高，沔城藕铁含量次之，鄂莲5号藕铁含量最小；在同一种莲藕中，淀粉、蛋白、藕渣的铁含量大小依次为：蛋白>藕渣>淀粉，原因可能为：蛋白中铁的结合位点较多，如含有亚铁氧化中心[9]；藕渣中含有较多的藕皮，藕皮表面易形成红褐色的铁锰氧化膜，富集铁元素较多[10]。

2.3 莲藕中不同组分铁含量及分布状态

由表3和图2可知，芦林湖藕总铁含量为89.40 mg/kg，其中淀粉铁是莲藕铁元素的主要赋存形态，占总铁的65.43%；虽然莲藕蛋白、藕渣中的铁含量均高于淀粉中的铁含量，但是由于蛋白、藕渣含量太低，故铁元素在其中主要以淀粉铁赋存形态分布，可见《本草纲目》中提到的藕粉可以补铁具有科学依据。

由表3和图3可知，沔城藕总铁含量为52.44 mg/kg，所测淀粉铁、蛋白质铁、藕渣铁的总和占总铁的比例较小，只有50.27%；同理，虽然蛋白、藕渣中的铁含量要高于淀粉中的铁含量，但是由于蛋白、藕渣在莲藕中的含量太低，故铁元素在蛋白和藕渣中的分布不高，铁在淀粉中的赋存量高于在蛋白质、藕渣中的赋存量。

由表3和图4可知，鄂莲5号藕总铁含量为70.36 mg/kg，所测淀粉铁、蛋白铁、藕渣铁的总和占总铁的68.86%，其中淀粉铁赋存量高于蛋白质和藕渣铁赋存量，无机及其他形态有机铁占总铁的31.14%。

表3 总铁、淀粉铁、蛋白质铁及藕渣铁含量

图2 芦林湖藕中铁元素分布

图3 沔城藕中铁元素分布

图4 鄂莲5号中铁元素分布

3 结论

本研究采用湿法消化-火焰原子吸收分光光度法测定了2017年4月芦林湖藕、沔城藕、鄂莲5号冻干粉末中的总铁含量，并分析了铁元素在莲藕淀粉、蛋白、藕渣中的分布情况。试验结果表明，芦林湖藕、沔城藕、鄂莲5号总铁含量大小依次为：芦林湖藕>鄂莲5号>沔城藕；在不同品种莲藕中，同一成分的铁含量差异显著；在同一种莲藕中，淀粉、蛋白、藕渣的铁含量大小依次为：蛋白>藕渣>淀粉，但由于蛋白、藕渣在莲藕中的含量少，故铁元素在蛋白和藕渣中的分布不高，淀粉铁赋存量高于蛋白质铁和藕渣铁赋存量；在芦林湖藕中，其淀粉铁是莲藕铁元素的主要赋存形态，占总铁的65.43%。

我国居民的膳食铁主要来源于谷物和蔬菜，占总摄入来源将近60%[11]；正常人体每天从食物中摄取1~2 mg的铁即可维持体内铁的平衡 （孕妇和哺乳的妇女铁的每日需要量为2~4 mg）。通过本试验可知，4月的芦林湖藕淀粉铁的赋存量较多，可达58.49 mg/kg，为人们今后以藕粉为原料生产相关的补铁产品提供了理论依据，扩展了藕粉在食品领域的开发、应用；但由于膳食中铁的吸收率平均为10%，绝大多数的铁不能被人体吸收，随粪便排出，尤其当食物中含有植酸盐、磷酸盐、草酸盐时，易与Fe3+形成不溶性铁盐，抑制了铁的吸收利用[12]，故藕粉的补铁成效具体如何有待在今后的研究中进一步探讨。