不同品种胡麻籽中矿质元素含量测定方法研究

廖丽萍，肖爱平，冷鹃，刘亮亮

（中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410205）

胡麻，又称油用亚麻（Linum usitatissimum L.），是一种富含营养功能成分的油料作物，在中国已有1000多年的栽培历史。胡麻籽口感脆而耐嚼，有坚果味，在全球范围内均有出产。我国西北和华北地区（如甘肃、内蒙古、河北、山西、宁夏等省区）是世界公认的胡麻籽黄金产区［1］，种植品种包括甘肃天亚、陇亚、定亚、内蒙古内亚、河北坝亚、山西晋亚及宁夏宁亚等。胡麻籽富含ω-3脂肪酸、优质蛋白质、可溶性膳食纤维、亚麻胶、木酚素及矿物质等多种生物活性成分［2-4］，对糖尿病、肥胖、高血脂、高血压、心脑血管疾病、癌症等慢性非传染性疾病有一定的预防、缓解和治疗作用［5-11］，是一种极具开发前景的功能性食品原料［12-14］。我国卫生计生委曾委托国家食品安全风险评估中心成立工作组，对胡麻籽部分主产区进行调研。研究［15-16］表明，在甘肃、宁夏、内蒙古、山西、云南、新疆等地有将胡麻籽（粉）作为配料用于加工面制品的习惯，也有将胡麻籽熟制碾碎加盐后作为佐餐蘸料的习惯，胡麻籽（粉）可以直接食用。

根据农作物对元素富集作用的原理［17-18］，胡麻籽中矿质元素的含量与种植环境密切相关，来源于不同产地的胡麻籽，元素含量会存在差异，同时由于遗传背景的影响，不同品种的胡麻籽其矿质元素含量也可能存在差异。矿质元素在人体内不能自行合成，必须从饮食中摄取，其生理生化功能非常广泛，对维持机体正常生命活动具有重要意义［19-21］。V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn都是人体必需微量元素，但浓度超过一定阈值也会对人体造成危害。As、Cd、Sb、Tl、Pb不是必需微量元素，它们具有显著的生物毒性，这些重金属不能被生物降解，不仅影响作物生长，而且随食物链富集迁移进入人体后，严重危害人类生命健康［22-23］。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术，将电感耦合等离子体的高温电离特性与质谱的灵敏快速扫描的优点相结合，可对痕量、超痕量的无机元素和同位素进行强有力的分析测试［24-26］。ICP-MS的检出限可达ppt级，线性范围可达7～9个数量级，在几分钟内可对多种含量差异较大的元素同时进行测定，在食品分析和检验中应用非常广泛［27-28］。

本文收集了西北和华北5个省区的10个胡麻主栽品种作为试验材料，采用微波消解结合ICP-MS，建立了同时测定胡麻籽中 V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb 11种矿质元素的分析方法，从元素角度探讨了胡麻籽的食用安全性，为消费者提供健康保障的同时，也为今后深度开发胡麻籽作为功能性食品原料提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

胡麻籽样品为甘肃、内蒙古、河北、山西、宁夏等胡麻籽主产区具有代表性的品种资源（均为近10年左右通过审定或登记的胡麻栽培品种），由中国农业科学院麻类研究所分析测试中心收藏保存，编号F1～F10（表1）；硝酸ppb级，德国CNW公司；过氧化氢30%水溶液，优级纯，国药集团化学试剂有限公司；超纯水，电阻率均达到18.2 MΩ·cm，自制；Sc、Ge、In、Bi混合内标储备液，浓度1000 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心；V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb单元素标准溶液，浓度1000 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

表1 胡麻籽样品信息Table 1 Samples＇information of flaxseed

iCAPRQ电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS），美国赛默飞世尔科技公司；MARS微波消解仪，美国培安公司；XS205DU电子天平，瑞士梅特勒-托利多公司。

试验所用的玻璃器皿均在15%优级纯的硝酸中浸泡24 h，使用前用超纯水洗净晾干。

1.2 试验方法

1.2.1 样品前处理

胡麻籽经过四分法后，挑取对角两份放入105℃烘箱中烘干至恒重后高速粉碎，过100目筛，干燥器内保存备用。准确称取约0.2 g胡麻籽粉，精确至0.000 1 g，放入微波消解内罐中，加入5.0 mL浓硝酸，加盖放置过夜，次日再加入1.0 mL 30%过氧化氢溶液。待样品反应30 min后将消解罐盖旋紧，放入微波消解仪中分三步进行消解，三个步骤中微波功率均为1000W，第一步升温至120℃，升温时间5 min，恒温时间5 min；第二步升温至150℃，升温时间5 min，恒温时间10 min；第三步升温至185℃，升温时间5min，恒温时间20min。消解结束后，冷却至室温。取出内罐并打开罐盖，用少量超纯水冲洗罐盖内表面。将罐内消解液在120℃下赶酸至近干，放冷后将其转移至50 mL容量瓶中，用超纯水少量多次洗涤消解罐内壁，洗涤液全部并入容量瓶中，最后用超纯水定容至刻度线。将容量瓶放在旋涡混合仪上振荡，溶液混匀后用0.45μm微孔滤膜过滤，所得试样溶液即可上机待测。用相同前处理方法做试样空白进行对照。

1.2.2 ICP-MS工作参数

用ICP-MS自带的调谐液对其进行调谐，自动调试优化工作参数，使灵敏度、双电荷、氧化物、质量轴及分辨率等各项指标都达到最佳测定要求。优化后的工作参数设置为：射频功率1550W，辅助气流量0.8 L/min，雾化室温度2.7℃，雾化气流量1.0 L/min，冷却气流量14 L/min，蠕动泵转速 40 r/min，反应池气流量（He）4.9 mL/min，动能歧视（KED）模式。

1.2.3 标准溶液的配制

标准工作曲线溶液的配制：精密量取单元素标准溶液，用体积分数5%硝酸作为介质，逐级进行稀释，配制成混合标准系列溶液，其中 V、Cr、Ni、As、Cd、Sb、Tl、Pb的梯度浓度为 0.5、2.0、5.0、20.0、50.0μg/L，Mn、Cu、Zn的梯度浓度为 20.0、50.0、100.0、200.0、400.0μg/L。

内标标准溶液的配制：精密量取1000 mg/L含有Sc、Ge、In、Bi的内标储备液，用体积分数5%硝酸稀释至1.0 mg/L。

1.2.4 矿质元素含量测定方法

在已优化好的ICP-MS工作参数下，设置测定方法，确定各待测元素选择的同位素及相应的内标元素（表2）。先测定标准工作曲线溶液，绘制标准曲线，再依次对试样空白溶液、试样溶液进行测定，仪器自动给出所测溶液中各元素的质量浓度，通过计算即可得到胡麻籽样品中各矿质元素的含量，计算公式见式（1），最终结果保留3位有效数字。

表2 待测元素选择的同位素和内标元素Table 2 Selection ofmeasurement isotopes and internal standard elements

式中：x为胡麻籽样品中被测元素的含量（mg/kg）；c为胡麻籽试样溶液中被测元素的质量浓度（μg/L）；c0为试样空白溶液中被测元素的质量浓度（μg/L）；v为胡麻籽试样消化液定容体积（v＝50 mL）；m为胡麻籽样品的质量（g）；1000为换算系数。

2 结果与分析

2.1 微波消解液的选择

为了将分析样品中各种价态的待测元素氧化成单一的高价态，需要对样品进行消解以破坏样品中大量共存的有机物或还原性物质。在微波消解的密闭环境下，浓硝酸可以安全、稳定地分解大部分食物样品，是最常用的一种消解酸。由于胡麻籽基质复杂，其中含有大量脂肪及蛋白质等有机物，若单独采用浓硝酸消解样品，易出现碳化现象。过氧化氢是一种常用的弱酸性强氧化剂，随着介质酸度的增加，其氧化能力也会加强。消解时，过氧化氢分解产生的高能态活性氧对有机物质有很强的破坏能力。因为过氧化氢的元素组成与水相同，分解后只产生氢和氧两种元素，不会引入额外的卤素元素，从而能够减少分析干扰［29］。经反复试验证明，微波消解约0.2 g胡麻籽粉时，采用5.0 mL浓硝酸及1.0 mL 30%过氧化氢水溶液作为消解体系，可得到澄清透亮的消解液。

2.2 干扰及校正

ICP-MS在分析过程中出现的干扰主要有质谱干扰和非质谱干扰。质谱干扰指无法分辨的相同质量的干扰，主要分为同量异位素重叠干扰、多原子离子干扰和双电荷离子干扰等。同量异位素重叠是试样中被测离子的质量与其他元素的同位素相同而引起的质谱重叠干扰，例如50V和50Cr、64Ni和64Zn就属于此类干扰，排除干扰的方法是选择干扰较少、丰度较高的同位素进行测定［30］。多原子离子干扰（包括难熔氧化物干扰）是由两个或者更多的原子结合而成的复合离子，其产生的干扰通常比同量异位素重叠更为严重，是质谱干扰的主要来源。本文通过采用ICP-MS中的动能歧视（KED）模式，在碰撞/反应池中通入氦气作为碰撞气，可破坏多原子离子结构，从而有效消除多原子离子干扰。在正常操作条件下，双电荷离子的产率通常都较低（＜1%），本文不做探讨。

非质谱干扰主要源于ICP-MS在分析过程中产生的基体效应，比如样品基体和纯标准溶液之间存在差异而引起待测元素检测信号出现抑制或增强等问题，另外仪器检测时产生的漂移也会引起待测元素信号值的波动。采用内标法定量可以监测信号漂移，消除基体效应的影响。内标元素应与待测元素的质量数接近且化学性质相似，并且在样品中含量极低。本试验采用1.0 mg/L的Sc、Ge、In、Bi内标混合溶液，经由三通管在线加入，仪器自动匹配，校正基体效应干扰而产生的信号漂移，提高定量精度。

2.3 标准曲线与检出限

以待测元素的质量浓度（μg/L）为横坐标，以待测元素与内标元素质谱响应值的强度比为纵坐标，内标法定量，绘制标准曲线，结果见表3。本试验中所有被测元素线性回归方程的相关系数均在0.999 7～1.000 0，线性关系良好。测定11个试样空白溶液，计算试样空白溶液中各元素测量值的标准偏差，以3倍标准偏差对应的浓度值作为各被测元素的检出限，经计算该方法的检出限为0.000 27～0.006 20 mg/kg。

表3 11种元素的线性范围、线性回归方程、相关系数及检出限Table 3 Linearity ranges，equations of linear regression，correlationcoefficientsand detection limits of 11 elememts

续表3

2.4 方法的回收率和精密度

平行称取6份F1（张亚3号）胡麻籽粉样品，分别加入一定量标准溶液，按照“1.2.1”样品前处理及“1.2.2”仪器工作条件进行6次独立试验，计算回收率，结果见表4。经计算各元素的加标回收率为90.6%～109.5%，相对标准偏差RSD为1.60%～7.33%，表明该方法具有良好的重复性和准确性。

表4 方法的回收率及精密度 （n＝6）Table 4 Recovery and precision of themethod（n＝6）

2.5 实际样品的测定

采用本试验方法，对所收集的10个不同品种的胡麻籽样品进行测定，每个样品称量6份做平行试验，结果见表5。V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn都是人体必需微量元素，本次检测的胡麻籽中其含量从高到低依次是 Mn＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞V，其中 Mn含量31.2～78.0mg/kg、Zn含量39.4～53.1 mg/kg、Cu含量 12.4～17.7 mg/kg、Ni含量 1.02～2.49 mg/kg、Cr含量 0.487～0.992 mg/kg、V含量 0.067 1～1.310 0 mg/kg。As、Cd、Sb、Tl、Pb不是必需微量元素，其含量从高到低依次为 Cd＞Pb＞As＞Sb＞Tl，其中 Cd含量 0.014 4～0.072 3 mg/kg、Pb含量 0.054 1～0.194 0 mg/kg、As含量 0.011 4～0.245 0 mg/kg、Sb含量 0.007 94～0.026 50 mg/kg、Tl含量 0.002 05～0.017 20 mg/kg。依据 GB 2762—2017《食品中污染物限量》，以谷物作为参考标准，Cr、As、Cd、Pb 4种矿质元素的限量要求依次为 Cr≤1.0 mg/kg、As≤0.5 mg/kg、Cd≤0.1 mg/kg和 Pb≤0.2 mg/kg。从表 5可以看出，10个不同品种的胡麻籽样品中，这4种元素的含量均低于国家标准规定的限量。其中，F5样品（轮选3号）中的 V、Cr、Mn、Ni、As、Cd、Sb、Pb 8种元素的含量均高于其他 9种胡麻籽样品，而 Tl元素未被检出；F7样品（坝选3号）中的Mn、Ni、As、Cd、Sb、Pb 6种元素的含量均低于其他9种胡麻籽样品，该差异可能与胡麻籽品种或产地有关。

表5 样品测定结果（n＝6）Table 5 Test results of samples（n＝6） mg/kg

3 结论

本文建立了微波消解结合 ICP-MS法测定不同品种胡麻籽中 V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Sb、Tl、Pb 11种矿质元素的分析方法。采用ICP-MS中的动能歧视（KED）模式消除了分析中的质谱干扰，采用内标法定量克服了基体效应的影响并补偿了信号漂移，提高了测定结果的准确性。在所测线性范围内，各元素线性回归方程的相关系数均高于0.999 0，方法检出限在0.000 27～0.006 20 mg/kg，加标回收率在90.6%～109.5%，相对标准偏差RSD在1.60%～7.33%。该方法准确可靠，灵敏度高，可用于同时测定胡麻籽中的多种矿质元素。通过对收集的10个不同品种的胡麻籽中11种矿质元素的含量进行分析，结果表明，胡麻籽含有V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn这6种人体必需微量元素，其含量从高到低为 Mn＞Zn＞Cu＞Ni＞Cr＞V，其中 Mn含量 31.2～78.0 mg/kg、Zn含量39.4～53.1 mg/kg、Cu含量 12.4～17.7 mg/kg、Ni含量 1.02～2.49 mg/kg、Cr含量 0.487～0.992 mg/kg、V含量 0.067 1～1.310 0 mg/kg。参照 GB 2762-2017《食品中污染物限量》中谷物的限量标准，Cr、As、Cd、Pb 4种矿质元素的含量均低于国家标准规定的限量。本文所建立的分析方法，有利于掌握胡麻籽中矿质元素的含量水平，可为胡麻种植及胡麻籽食品加工提供理论依据。