黄元柴灰成分分析及应用安全性

应康　曹耀

摘要  [目的]以黄元米果原料黄元柴灰为分析对象，探究黄元柴灰的矿物质元素含量及成分组成并对其应用安全性进行分析。[方法]通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）、X射线衍射仪（XRD）对江西省赣州市兴国县、于都县、赣县等不同地区黄元柴灰的元素含量、成分进行分析。[结果]黄元柴灰中含有多种金属元素，不同地区灰元素含量有一定的差异，其中含量较多的元素是K、Ca、Mg，还含有一定量的污染物元素Pb、Cr、Cd，灰分主要组成是Na2CO3、CaCO3、K2SO4。[结论]该研究为进一步黄元米果的开发加工提供试验依据。

关键词  黄元柴灰;元素含量;主成分分析;安全性

中图分类号  TS201.6    文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2019）24-0196-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.059

Composition Analysis and Application Safety of Adinandra millettii Ash

YING Kang1，CAO Yao2

（1.Jiangxi Senior Technical Institute of Chemical Industry， Nanchang，Jiangxi 330077;2.State Key Laboratory of Food Science and Technology， Nanchang University， Nanchang，Jiangxi  330047）

Abstract  [Objective]Huangyuan rice cake raw material Adinandra millettii ash was taken as the analysis object， the mineral element content and composition of Adinandra millettii ash were studied， and its application safety was analyzed.[Method]Inductively coupled plasma emission spectrometer （ICP-AES） and x-ray diffractometer （XRD） were used to analyze the element content and composition of Adinandra millettii ash in Xingguo County， Yudu County and Ganxian County， Ganzhou City of Jiangxi Province. [Result]The Adinandra millettii ash contained many kinds of metal elements， and the contents of ash elements in different areas were different， among which the contents of K，Ca， Mg were higher and also contains a certain amount of pollutant element Pb，Cr，Cd.The main composition of ash is Na2CO3， CaCO3， K2SO4. [Conclusion]This study provides experimental basis for further development and processing of Huangyuan rice cake.

Key words  Adinandra millettii ash;Element content;Principal component analysis;Safety

作者简介  应康（1984—），男，江西南昌人，讲师，硕士，从事数据分析、职业教育研究。*通信作者，硕士研究生，研究方向：食品工程。

收稿日期  2019-10-14

赣南是客家人最早的聚集地之一，有着丰富多彩的特色饮食文化[1]。黄元米果出现于南北朝时期，在当时称为“黄粄”[2]。它是以大米为原料，以槐米、水为辅料，添加由植物黄元柴烧成的灰，经水溶解后过滤除去杂质的滤液加工而成。该方法加工的黄元米果具有独特的诱人风味及色泽。黄元米果制作的关键是添加黄元柴灰，黄元柴植物学名为杨桐，属山茶科常绿植物，收录在《赣南草木书》中，为灌木或小乔木[3]。黄元柴灰呈碱性，有防腐杀菌、干燥保鲜食品作用[4]。目前对黄元柴灰的使用已有上千年历史，但其相关报道较少。

黄元柴灰是植物黄元柴燃烧后的灰烬，成分复杂，全面详细地了解灰分组成是对其进行应用的基础。目前测定微量元素的方法主要有原子吸收分光光度法（AAS）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）、原子荧光光谱法（AFS）等[5]。但是原子分光光度法的局限性都是一次性只能测定一种元素，整个操作步骤繁琐、耗时长[6]。电感耦合等离子体原子发射光谱法检出限低、精密度高，可同时测定多种元素[7-10]。物质成分可以采用X射线衍射、电子衍射、红外光谱、穆斯堡尔谱等分析方法，但是X射线衍射是较方便、应用范围较广的方法，具有无损试样的优点[11]。张志坚等[12]用X射线衍射分析浮萍灰分主要组成为KCl、CaCO3和K2SO4，刘力等[13]用X射线衍射仪分析秸秆和废弃物的灰分主要成分为KCl、K2SO4。笔者采用ICP-AES法测定不同地區黄元柴灰中多种微量元素的含量，并采用X射线衍射仪对其成分进行分析，从而评价应用到黄元米果中的安全性，为进一步黄元米果的开发加工提供试验依据。

1  材料与方法

1.1  材料

1.1.1  试材。

样品采自于江西省赣州市兴国县、于都县、赣县。将黄元柴置于马弗炉中，于600 ℃灼烧2 h，收集残留灰，过80目筛，置于干燥器中用密封袋保存待用。

1.1.2  试剂。

K、Ca、Mg、Al、P、Mn、Fe、Cd、Pb、Cr元素贮备液（1 000 mg/L），国家标准物质研究中心;硝酸（优级纯），国药集团化学试剂有限公司;高氯酸（优级纯），上海金鹿化工有限公司;试验用水为超纯水。

1.1.3  仪器与设备。

D8ADVANCE  X射线衍射仪，布鲁克公司;Optima 5300DV电感耦合等离子体发射光谱仪，美国PE公司;MARS5型微波消解系統，美国CEM公司;FA2004电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.2  方法

1.2.1  电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）对灰分元素含量测定。

准确称取0.500 0 g（精确到0.000 1 g）不同地区黄元柴灰样品于聚四氟乙烯消解罐内，加入10 mL 硝酸、1 mL 高氯酸，盖紧密封盖。微波消解系统消解30 min，采用程序升温法，按照表1的步骤消解，消解液至无色透明时，样品消解完全，赶酸冷却后定容至25 mL，待上机测定，同时做空白试验。采用ICP-AES法测定经消化处理后的样品中元素含量，仪器工作参数分别为射频功率1.3 kW、辅助气流量0.2 L/min、雾化气流量0.8 L/min、冷却气流量15 L/min、观测模式为双向、样品提升量1.5 L/min。K、Ca、Mg、Al、P、Mn、Fe、Cd、Pb、Cr 均为国家标准物质研究中心标准溶液，贮备液质量浓度为1 000 mg/L，标准储备液用5%的HNO3溶液分别逐级稀释为工作溶液。在与元素标准溶液完全相同的条件下，以ICP-AES法进行3次平行测定，取平均值。按下式计算试样中各元素的质量分数：

X={（ρ-ρ0）×V×f}/m

式中，X为试样中待测元素含量（mg/kg）;ρ为被测试液中各元素的质量浓度（mg/L）;ρ0为空白溶液中被测元素的质量浓度（mg/L）;V为消化液定容体积（mL）;f为稀释倍数;m为称取样品的质量（g）。

1.2.2  X射线衍射仪（XRD）对灰成分分析。

采用D8ADVANCE型X射线衍射仪对灰分进行测定，衍射参数如下：所用波长为0.154 2 nm的Cu-Ka射线源，Ni滤波，扫描角度2θ=10°～70°，管压40 kV，管流40 mA，扫描速度4°/min。

1.3  数据分析

试验数据采用软件SPSS 19.0进行方差分析，采用OriginPro 8.0进行作图。

2  结果与分析

2.1  ICP-AES法测定元素含量

2.1.1  元素的分析波长和检出限。

ICP-AES测定元素含量可以同时选择多条特征谱线，特征谱线的选择直接影响分析结果的准确性。该试验综合分析强度、干扰情况及稳定性，选择干扰少、精密度好和信噪比高的分析线工作，选定各元素的分析波长和检出限见表2。

2.1.2  标准工作曲线。

取K、Ca、Mg、Al、P、Mn、Fe、Cd、Pb、Cr元素贮备液，用5%硝酸稀释成不同浓度的标准系列。以5%硝酸为空白溶液，在选定的仪器操作条件下对标准溶液进行测定并绘制标准曲线，得到各元素的标准曲线方程及其线性相关系数r。从表3可看出，各元素线性关系良好，其线性相关系数为0.999 718～0.999 978。

2.1.3  方法的准确度及精密度。

为了验证试验结果的可靠性，准确称取已知含量的黄元柴灰样品0.500 0 g，分别加入一定量的标准溶液，在相同的处理条件下进行测定，平行加标6份，取平均值计算回收率和相对标准偏差（RSD），结果见表4。由表4可知，测定结果的RSD小于4.7%，平均回收率为 94.16%～101.10%，说明用此方法进行黄元柴灰中元素含量的测定简便、可靠，且具有良好的精密度，可满足样品检测要求。

2.1.4  样品元素含量测定及应用安全性分析。

准确称取赣州市兴国县、于都县、赣县的黄元柴灰样品各0.500 0 g，经“1.2.1”方法处理后，在相同的工作条件下进行测定，对同一样品平行测定3次，取平均值，计算RSD，结果见表5。

人体健康与微量元素有密切关系，微量元素在人体内还参与许多酶的代谢，对免疫功能具有营养和调节作用[14-16]。由表5可知，黄元柴灰金属元素含量丰富，不同地区的灰分元素含量有一定的差异。这表明随着地域不同，受环境、土壤等因素影响，黄元柴灰元素含量也会存在差别，其品质也将不同。从试验测定结果来看，常量元素K、Mg、Ca、P含量较高，微量元素Mn、Fe、Al含量次之，Cr、Cd、Pb等污染物含量较少，经计算分析出黄元柴灰经水溶解后过滤除去杂质的滤液中添加到黄元米果中金属元素的含量，其中有害元素含量均低于GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》的限量，表明用黄元柴灰制作黄元米果是符合国标要求的。

2.2  X射线衍射仪（XRD）分析

从图1可以看出，在不同地区黄元柴灰X射线衍射图中主要存在如下结晶相：CaCO3（2θ=23.05，29.40，35.97，39.41，47.50，48.50）、K2SO4（2θ=29.13，29.72，29.78，30.78）、Na2CO3（2θ=23.23，29.53，48.59，50.24，54.89），不同地区灰分成分存在一定的差异，兴国县的黄元柴灰中存在结晶相K2Ca2Mg（SO4）4（2θ=28.05，39.56，46.80，48.51），于都县的黄元柴灰中存在结晶相K2CaMg（SO4）3（2θ=28.04，33.32，41.84，44.71，46.82，49.24），赣县的黄元柴灰中存在结晶相K2Ca5（SO4）6（2θ=20.42，29.69，36.15，43.37，48.68）。从结晶相的强度可以看出灰分中K的物相主要为K2SO4，除此之外K元素还与Ca、S以硫酸盐的形式存在。

3  结论

通过电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）、X射线

衍射仪测定江西省赣州市兴国县、于都县、赣县黄元柴灰灰

分的元素含量和成分，电感耦合等离子体发射光谱仪法测定元素，确定了金属元素的种类和准确含量，所测元素的加标回收率为94.16%～101.10%，RSD小于4.7%。X射线衍射仪测试结果顯示，黄元柴灰成分主要由K2SO4、CaCO3、Na2CO3等组成。用柴灰溶液加工的黄元米果中污染物含量均低于GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》的限量，因此，黄元柴灰可以作为黄元米果制作的原料。

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