明日叶中七种矿物质元素含量测定及营养质量指数分析

庞敏*

(上海杉达学院，上海，200120)

摘 要 利用电感耦合等离子体发射光谱法 (inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES)同时测定明日叶中钾、钙、钠、镁、铁、锌、铜7种矿物质元素，并通过营养质量指数法(index of nutritional quality, INQ)对矿物质元素进行营养评价。结果表明，各元素线性相关系数为0.998 6～1.000 0，线性关系良好；检出限为0.001 1～0.012 1 mg/L，灵敏度高。对明日叶样品进行加标回收和精密度实验，各元素加标回收率为92%～105%，相对标准偏差(relative standard deviations, RSD)小于5%，说明该方法准确可靠，可为明日叶矿物质营养价值的评价提供基础数据。通过INQ分析发现明日叶中 7种矿物质元素的INQ值均大于1，表明明日叶提供该7种矿物质元素的能力大于提供能量的能力；相较于西芹和大白菜，明日叶有更好的矿物质营养价值，可为均衡膳食提供参考。

关键词 明日叶；矿物质；电感耦合等离子体发射光谱法；营养质量指数

明日叶(Ashitaba stem and leaf)是一种原产于日本的伞形科当归属草本植物，现已在我国台湾地区、山东、海南、云南等多省种植，2019年被国家卫生健康委员会批准为新食品原料。明日叶含有查尔酮[1-3]、香豆素[4]、类黄酮[5]等天然活性成分，具有抗血栓[6]、抗结核[7]、抗肿瘤[8]、增强免疫力和抗运动性疲劳[9]、抗氧化[10]等诸多功效。

明日叶作为药食兼用的植物原料, 嫩茎叶可作蔬菜食用，也可用于泡腾片[11]、代茶饮 [12]、保健面条[13]、保健番茄酱[14]等功能性食品领域，极具开发价值。目前有学者已经对明日叶的栽培条件[15]、生长特性[16]、活性成分提取[17-18]、生理功效[6-10]、功能食品[13-14]等方面做了研究和探讨，但明日叶中矿物质元素的测定及其营养评价的研究却鲜有报道。电感耦合等离子体发射光谱(inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy, ICP-AES)法能同时测定多种元素[19-21]，具有分析速度快，线性范围宽，精密度高，检出限低等优点，非常适合明日叶这种常量和微量元素共存的样品。因此，本研究利用ICP-AES法对明日叶的常量和微量元素进行分析，同时测定钾、钙、钠、镁、铁、锌、铜7种矿物质元素，并通过营养质量指数法(index of nutritional quality，INQ)分析该7种元素的营养价值，为明日叶的营养评价提供依据，为居民均衡膳食营养，合理搭配提供参考，以促进明日叶的多样化研究。

新鲜明日叶，产地为山东及福建。

HNO3(优级纯)，美国默克公司；H2O2(30%，优级纯)，上海国药集团；钾、钙、钠、镁、铁、锌、铜标准溶液(均为1 000 mg/L)，国家标准物质研究中心。

Thermofisher-iCAP7200全谱直读电感耦合等离子发射光谱仪,美国赛默飞公司；MARS微波消解仪,美国CEM公司；Millipore超纯水制备系统,美国Millipore公司。

1.3.1 样品前处理

明日叶样品粉碎研磨混匀，准确称取0.5 g(精确至0.000 1 g)于聚四氟乙烯消解罐中，同时做空白对照。向消解罐中依次加入5 mL HNO3，1 mL H2O2，静置30 min后，于MARS 消解仪中按表1条件消解。消解完成后冷却至室温，赶酸至2 mL，冷却后转移至25 mL容量瓶，定容，混匀待测。

表1 微波消解程序参数Table 1 Microwave digestion program

消解阶段功率/W升温时间/min温度/℃保持时间/min180051201021 000101501031 2001018020

1.3.2 仪器工作条件

使用前拆下并清洗仪器矩管、雾化器，将矩管、雾化器等安装好后，调整矩管准直，经过对各个工作参数的调整预实验，优化之后的仪器工作参数见表2。

表2 电感耦合等离子体发射光谱仪工作参数Table 2 Instrumental parameters of ICP-AES

仪器参数射频发射功率/W雾化气流量/(L·min-1)辅助气流量/(L·min-1)等离子气流量/(L·min-1)载气流量/(L·min-1)蠕动泵转速/(r·min-1)观测高度/mm观测方向数值1 2000.51.5150.83510垂直

1.3.3 确定各元素分析谱线

不同元素有多条不同的特征发射波长，根据响应值高，噪音较小，背景影响小，且干扰元素少等原则[22]，通过多次预实验之后，选择各个元素最佳测定谱线。

1.3.4 溶液配制

将各元素的标准储备液用体积分数为2%的HNO3溶液逐级稀释，配制成适用的标准溶液，在1.3.2条件下对标准系列进行测定，绘制各元素的标准曲线，各元素浓度梯度见表3。

表3 各元素标准溶液系列质量浓度 单位：mg/L

Table 3 Concentration of each element standard solution series

元素名称铜,锌铁镁钠钾,钙系列100000系列20.010.10125系列30.020.202510系列40.050.5051020系列50.11102060系列60.222040100系列70.4044060120

1.4.1 矿物质元素含量计算

仪器在1.4.2条件下依次对空白溶液和标准溶液溶液进行测定，以元素浓度为横坐标，以信号响应值为纵坐标，绘制标准曲线。同时测定样品溶液，根据标准曲线计算出相应质量浓度，按公式(1)[23]计算试样中矿物质元素含量，每个样品做3次平行，取其平均值为测定结果。

(1)

式中：X为明日叶中的被测元素含量，mg/100g；ρx为样品中被测元素的质量浓度，mg/L；ρ0为样品空白中被测元素的质量浓度,mg/L；V为样品定容体积，mL；f为稀释倍数；m为样品质量，g。

1.4.2 方法检出限计算[24]

方法检出限计算如 公式(2)所示：

(2)

式中：CL为方法检出限；Sb为空白值标准偏差(平行测定20次得到)；b为方法校准曲线的斜率。

1.4.3 营养质量指数计算[25-29]

INQ计算如公式(3)所示：

(3)

式中：营养素密度为100 g食物中某营养素含量/指定人体每日所需该营养素量；热量密度为100 g食物的热量/指定人体每日所需热量。

在ICP-AES分析中，待测元素分析谱线的选择直接影响到测定结果的准确性。根据谱线选择的原则，优先选择具有较宽动态线性范围，噪音较小，背景影响小，不受基体或共存元素干扰的灵敏线。各元素的谱线如表4所示。

表4 ICP-AES测定各元素的分析谱线Table 4 Optimal wavelengths for ICP-AES determination of minerals

元素钾钙钠镁铁锌铜谱线/nm766.490422.673589.592285.213239.562206.200324.754

由表5可以看出，在工作范围内，各个元素的线性回归方程均具有良好的线性关系，相关系数均在0.99以上，可满足明日叶中多种元素的检测需求。

表5 各矿物质元素的线性方程及相关系数Table 5 Linear correlation coefficients of minerals

元素线性方程相关系数钾y=933.506 9x+35.033 30.999 8钙y=1 571.486 9x+259.498 60.998 6钠y =2 351.421 8x+759.904 20.999 5镁y=6 170.100 8x+87.488 91.000 0铁y=1 257.712 8x+6.573 60.999 7锌 y=2 128.047 9x+17.781 70.999 6铜y=3 411.755 1x+26.808 30.999 3

检出限参考《实验室质量控制规范 食品理化检测》(GB/T 27404—2008)[24]，即连续检测20个空白样品，以此确认检出限，用3倍检出限作为其定量限。明日叶中各元素的检出限和定量限如表6所示，检出限为0.001 1～0.012 1 mg/L，检出限低，方法灵敏度较高。

表6 各矿物质元素的检出限和定量限Table 6 Limits of detection and quantitation of minerals

元素检出限/(mg·L-1)定量限/(mg·L-1)钾0.012 10.036 3钙0.007 60.022 8钠0.005 30.015 9镁0.001 70.005 1铁0.003 00.009 0锌0.001 80.005 4铜0.001 10.003 3

为了验证该方法的可靠性和准确性，对明日叶样品进行加标回收和精密度实验。取已知元素含量的样品，各加入3个梯度标准液，按1.3方法处理分析，每个梯度平行测定5份，计算加标回收率和相对标准偏差(relative standard deviations，RSD)，结果如表7所示。各元素的回收率为92%～105%， RSD[24]的分析要求，说明该方法测定明日叶中的矿物质元素有良好的精密度和准确度。

对福建和山东产地的明日叶各取4个批次进行测定，7种矿物质元素的含量如表8所示。明日叶中7种矿物质元素含量的排序为钾>钙>钠>镁>铁>锌>铜，除钾元素、锌元素和铜元素外，其余的元素含量山东种植的明日叶均高于福建种植的明日叶，其中钠元素含量差异较大，山东明日叶钠元素含量是福建明日叶的4倍左右，福建明日叶中钾元素与钠元素含量具有高钾低钠的特点，对于预防高血压和肾脏疾病有一定益处[30]。

表7 加标回收率和相对标准偏差(n=5)Table 7 Recovery and relative standard deviations of minerals (n=5)

元素添加量/[mg·(100 g)-1]本底值/[mg·(100 g)-1]测定量/[mg·(100 g)-1]回收率/%RSD/%250461.181 2717.006 4102.332.63钾400461.181 2857.981 299.201.87600461.181 21 060.161 799.832.1050252.374 8301.009 697.271.41钙250252.374 8490.849 995.391.64400252.374 8666.534 3103.541.175091.210 5139.900 597.382.51钠10091.210 5192.140 4100.933.5125091.210 5349.160 2103.182.781019.697 229.549 198.522.99镁2519.697 243.697 496.002.045019.697 272.052 5104.713.1411.962 62.975 6101.303.28铁2.501.962 64.358 995.854.0351.962 66.594 192.633.610.100.376 90.475 798.804.23锌0.250.376 90.614 294.923.170.500.376 90.872 999.202.360.010.061 60.070 993.004.39铜0.050.061 60.113 3103.403.060.100.061 60.159 497.802.48

注：钾、钙元素加标回收实验，试样稀释5倍后测定

表8 明日叶中矿物质元素含量Table 8 The content of minerals in Ashitaba stem and leaf

元素山东明日叶福建明日叶钾a485.12±57.23510.19±63.28钙a265.43±40.31193.22±28.51钠a95.94±14.3421.73±3.20镁a20.72±3.1715.01±2.21铁a2.06±0.320.98±0.12锌a0.40±0.060.81±0.11铜b66.15±8.3390.15±10.23

注：a单位为mg/100g，b单位为μg/100g

元素含量多少并不能充分评价食物的矿物质价值，各类食物为人体同时提供能量和营养素，如能量摄入过多会导致肥胖和各种慢性病发病率增加，而过少的营养素摄入也会带来营养缺乏的风险，因此在综合评价一种食物时，常需要把食物中营养素含量结合该食物所能够提供的能量来进行综合判断。营养质量指数(index of nutritional quality，INQ)的大小，可以很直观看出该食物提供能量的能力和提供营养素能力的高低[31-32]，以反映该食物营养质量，在美国得到广泛应用。每100 g明日叶提供的能量值为33 kcal[29]，根据明日叶中各元素含量的平均值计算得到的INQ值如表9所示。

表9 不同蔬菜矿物质元素INQ值Table 9 INQ of minerals in different vegetables

名称钾钙钠镁铁锌铜山东明日叶17.2723.634.554.479.192.825.89福建明日叶18.1717.201.033.244.375.798.19西芹16.2212.2718.897.221.752.990大白菜12.154.870.242.601.471.863.91菠菜15.499.461.2414.2911.933.337.33芥菜20.1013.831.526.483.713.3912.36

注：能量、铁、锌的参考摄入量均以男、女推荐摄入量的均值进行INQ计算，能量以18～50周岁成人身体活动水平(中度)的推荐值计算；西芹、大白菜、菠菜、芥菜中矿物质元素的INQ数据源自参考文献[35]

山东和福建的明日叶中 7种矿物质元素的INQ值均大于1，表明明日叶提供该7种矿物质元素的能力大于提供能量的能力[33]，食用一定量的明日叶可满足人体对这7种矿物质的需求。山东种植的明日叶中7种矿物质元素的INQ值均大于2，表明其营养价值突出，可作为这7种矿物质元素的良好来源[34]，是一种宝贵的蔬菜资源。

明日叶在植物分类中与西芹同为伞形科，且明日叶的茎和叶均可食用，属于嫩茎叶类蔬菜，为了了解明日叶与其他蔬菜在INQ值上的差异，本文将明日叶与几种常见的嫩茎叶类蔬菜作比较分析。由表9可知，明日叶中7种矿物质的INQ值均高于大白菜，其中山东产明日叶中钙的INQ值是大白菜的4.9倍，铁的INQ值是大白菜的6.3倍；除了钠元素与镁元素外，明日叶其余元素的INQ值均高于同为伞形科的西芹，且元素种类比西芹丰富。明日叶中钙元素的INQ值较为突出，均高于其他4种蔬菜，铁元素的INQ值低于菠菜，但高于西芹、芥菜及大白菜；镁元素的INQ值低于西芹、菠菜和芥菜；福建产明日叶中锌元素的INQ值均高于其他4种蔬菜，可作为特殊人群锌元素补充的良好来源。由表9可以看出明日叶的矿物质价值在常见的蔬菜中属于较高水平，尤其是相较于最常见的西芹和大白菜，明日叶有更高的矿物质营养水平。

采用ICP-AES法对明日叶中的钾、钙、钠、镁、铁、锌、铜7种矿物质元素进行测定，该方法能实现多元素同时测定，灵敏度高，分析速度快，提高了检测效率。同时该方法选择的最佳测定谱线使样品中共存基体对被测元素干扰最少，对样品进行加标回收率和精密度实验，结果均符合分析要求，说该方法对明日叶中矿物质元素的测定结果准确可靠，为进一步研究和评价明日叶的矿物质营养价值提供了基础数据。

对明日叶中7种矿物质元素进行营养质量指数分析，发现明日叶中7种矿物质元素的INQ值均大于1，表明当明日叶热量满足人体需要时，该矿物质营养仍有盈余，可作为矿物质元素的良好来源。同时通过与西芹、大白菜、菠菜、芥菜中矿物质元素的INQ值比较，发现明日叶中各元素的 INQ 值整体水平较高，因此，基于矿物质的营养价值考虑，明日叶可作为良好的蔬菜类食材选择，为居民均衡营养结构提供参考。

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PANG Min*

(Sanda University, Shanghai 200120, China)

ABSTRACT The contents of seven minerals including K, Ca, Na, Mg, Fe, Zn, Cu in Ashitaba stem and leaf were determined by inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES) and to be further evaluated by index of nutritional quality (INQ). The results showed ICP-AES was suitable for simultaneous determination of seven minerals in Ashitaba stem and leaf. Linear correlation coefficients ranged from 0.998 6 to 1.000 0, and the detection limits were 0.001 1 ～0.012 1 mg/L. The accuracy of entire proposed method was confirmed by standard recovery and precision experiments, recovery varied from 92% to 105% and relative standard deviations (RSD)were less than 5%. Moreover, the INQ analysis showed that the INQ of seven minerals in Ashitaba stem and leaf were all greater than 1, which indicated Ashitaba stem and leaf were more suitable to provide seven minerals than provide energy. Compared with celery and cabbage, Ashitaba stem and leaf had better mineral nutrition and could be used as for the balanced diet.

Key words Ashitaba stem and leaf; mineral; inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy (ICP-AES); index of nutritional quality (INQ)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.024571

引用格式:庞敏.明日叶中七种矿物质元素含量测定及营养质量指数分析[J].食品与发酵工业,2020,46(20):249-253.PANG Min. Quantitative detection of seven minerals in Ashitaba stem and leaf and the analysis of the index of nutritional quality[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(20):249-253.

第一作者：硕士，讲师(本文通讯作者，E-mail：[email protected])

收稿日期：2020-05-27，改回日期：2020-06-14