正交試驗優化蔬菜中水溶態陽離子的離子色譜法提取工藝

楊樹科，王紅斌，楊永珠，趙田甜，楊 敏*

(云南民族大學化學與生物技術學院，云南 昆明 650031)

正交試驗優化蔬菜中水溶態陽離子的離子色譜法提取工藝

楊樹科，王紅斌，楊永珠，趙田甜，楊 敏*

(云南民族大學化學與生物技術學院，云南 昆明 650031)

目的：研究蔬菜中的Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽離子的最佳提取工藝條件。方法：用正交試驗優化提取工藝條件，并在優化條件下利用離子色譜儀同時測定蔬菜中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+離子的含量。結果：影響5種陽離子同時提取工藝的因素順序為提取時間、提取功率、溶劑量，提取時間和提取功率對試驗有顯著性影響；最佳工藝條件為提取時間20min、提取功率160W、溶劑量25mL。對Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽離子做加標回收實驗，得平均加標回收率為89.2%、89.9%、82.7%、87.3%、84.2%。

正交試驗；離子色譜；陽離子；蔬菜

蔬菜含有人類所需的多種營養素，具有養生、防病的功效[1]，Na+、K+、Mg2+、Ca2+等無機陽離子在人體的新陳代謝中起著重要的作用[2]。蔬菜中陽離子的測定方法除了歐洲標準[3]和中國標準[4]所用的原子吸收法測定以外，用離子色譜法測定的文獻報道不多。標準中所用的原子吸收法不僅Na+、K+的測定易受干擾，而且NH4+的測定不能實現。離子色譜電導法在食品及樣品形態分析[5]中已用來測定總鉀、鈉[6]及硝酸鹽、亞硝酸鹽，方法的重現性、精密度較好[7]。本研究設計正交試驗，超聲輔助提取，用離子色譜儀一次進樣連續測定蔬菜中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽離子的含量，對試驗結果進行統計、分析和評價，旨在為蔬菜和其他樣品中水溶態陽離子的測定提供分析方法參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

白菜、青菜、卷心菜、生菜、莖白菜樣品均采集于昆明市呈貢縣吳家營菜市場；氯化鈉、氯化銨、氯化鉀、硫酸鎂、碳酸鈣(均為優級純) 天津市化學試劑三廠；甲烷磺酸 德國希格瑪化學試劑公司。

1.2 儀器與設備

ICS-1500型離子色譜儀、檢測器DS6 heated con-ductivity cell、IonPac CS12(250mm×4.0mm)離子交換柱、IonPac CG12(50mm×4.0mm)保護柱、陽離子自動再生抑制器(CSRS ULTRA Ⅱ，4mm)、Chromeleon色譜工作站 美國戴安公司；超聲波清洗機(功率320W，調節量30%～90%) 天津奧特賽恩儀器有限公司；SPEC18柱(250mg/支，填料平均粒度40μm)、尼龍0.22μm微孔濾膜、0.45μm微孔過濾器 天津市富集科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理[8-9]

取新鮮白菜樣品，自來水洗凈后用蒸餾水沖洗，再用超純水沖洗，晾去表面水分，剪碎。四分法稱取5.00g樣品于研缽中，研磨至勻漿，然后根據正交試驗的設計加入超純水、設置超聲波提取時間和功率。提取完成后0.45μm濾膜過濾，取全部濾液定容于100mL容量瓶中。樣品取主體濃度(中間部分)10mL于50mL容量瓶中稀釋定容，待去除干擾物。

1.3.2 樣品制備

待測樣品制備：蔬菜樣品中含有許多大分子有機物、色素和一些影響待測離子出峰的干擾物，不僅會污染分離柱，還會縮短柱的使用壽命，降低靈敏度。SPE-C18固相萃取小柱不含陽離子交換位點，能強保留疏水性物質。因此，用經甲醇活化的SPE-C18小柱凈化樣品，棄去前5mL，收集后2mL樣品溶液，經0.22μm過濾膜過濾，待測。

空白樣品制備：取超純水5.00mL，并與正交試驗中的驗證實驗同時制備樣品并測定其空白含量。

1.3.3 樣品測定

標準貯備液(均為1000mg/L)：將氯化鈉、氯化銨、氯化鉀、硫酸鎂、碳酸鈣等試劑用超純水配制，于4℃條件下保存。使用時用超純水稀釋至所需質量濃度，配制不同質量濃度的混合標準溶液。

色譜條件：儀器平衡時間18min、柱溫30℃、流速1.0mL/min、定量進樣環20μL、淋洗液20mmol/L甲烷磺酸、抑制器電流59mA，峰面積定量。

定性、定量方法：配制單一組分的標準溶液得各離子的保留時間，得5種陽離子出峰順序為Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+，根據保留時間做不同梯度的混合標準溶液定性和定量。

1.3.4 正交試驗設計

正交試驗設計選用L16(43)正交試驗表，以Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+元素含量為指標，連續性提取，選取提取時間、溶劑量、提取功率為實驗因素。

2 結果與分析

2.1 樣品離子色譜圖及定性分析

圖1 標準品離子色譜圖Fig.1 Chromatogram of the sample with standard ions

圖2 待測樣品和加標樣品離子色譜Fig.2 Chromatogram of the test sample and the spiked sample

從標準離子色譜圖(圖1)和樣品離子色譜(圖2)可以看出，Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽離子的峰形尖銳、對稱，蔬菜樣品中的基體對色譜峰峰形無干擾，分離效果好。

2.2 線性范圍、精密度和檢出限

配制一系列不同質量濃度的混合標準溶液，在上述色譜條件下進樣分析，平行測定6次，待測離子的回歸方程、相關系數、線性范圍、精密度見表1。

表1 5種陽離子的線性方程、相關系數、線性范圍和精密度Table 1 Regression equations, correlation coefficients, linear ranges and precision of five cations

用濃度稀釋法[10]同時測定5種陽離子的檢出限，當RSN=3時，Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+5種陽離子的最小方法檢出限分別為：Na+0.021mg/L、NH4+0.011mg/L、K+0.012mg/L、Mg2+0.020mg/L、Ca2+0.017mg/L。

2.3 超聲波提取條件的優化[11-14]

對提取時間(A)、溶劑量(B)、提取功率(C)做3因素四水平正交試驗，即A：5、10、15、20min；B：10、15、20、25mL；C：96、160、224、288W。

表2 正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments

由表2極差分析可知：影響各離子提取含量因素的大小順序為A＞C＞B，以A4C2B4為最佳水平，即提取時間20min、提取功率160W、溶劑量25mL。

2.3.1 方差分析

表3 方差分析表Table 3 Variance analysis of orthogonal experiments

表4 優化條件下不同蔬菜樣品的測定(n=7)Table 4 Determination of cation contents in different vegetable samples under the optimal conditions

從表3可知，提取時間和提取功率對蔬菜樣品的提取有顯著性影響，在提取過程中，此兩項因素是決定超聲提取的關鍵性變量，溶劑對超聲提取的影響較小。

2.3.2 驗證實驗結果

按最優工藝A4C2B4進行驗證實驗，同一份蔬菜樣品同時制備3個樣品，用相同的方法測定，得Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+各離子的含量分別為：0.131、0.164、0.262、0.108、0.138g/kg，RSD分別為4.6%、2.7%、4.5%、4.3%、3.5%。與表2數據比對分析可知，用最優工藝測出各離子含量的平均值均高于表格中所測含量值。由此該方法穩定可行。

2.4 樣品分析及回收率

最優工藝樣品和加標樣品離子色譜圖見圖2，含有機物、色素等的蔬菜樣品經C18固相萃取小柱純化后，出峰時間和標準品(圖1)出峰時間一致。在最優工藝條件下，取4份蔬菜樣品，其中1份為對照，另外3份分別加入含量均為100mg/L的Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+混合標準溶液2、2、3、2、2mL；3、3、5、3、3mL；4、4、7、4、4mL，得平均加標回收率分別為89.2%、89.9%、82.7%、87.3%、84.2%。

2.5 不同蔬菜樣品的測定

根據農業部無公害農產品抽樣規范[15]，對昆明呈貢吳家營菜市場不同的蔬菜樣品取樣后用最優工藝測定陽離子含量，每個樣品測定7次。從表4可知，在優化的條件下，5種陽離子含量的測定較穩定。

3 結 論

本實驗研究了白菜中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+五種陽離子的最優提取方法和工藝條件，最佳工藝條件為提取時間20min、提取功率160W、溶劑量25mL。

本實驗測定的Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+離子的重現性好，檢出限低，峰形對稱，分離效果好，加標回收率在82.7%～89.9%之間，正交試驗數據結果和方差分析結果一致。對不同的蔬菜樣品使用優化工藝測定都有較好的穩定性，該方法準確度好、方案合理、結論可靠，可為植物樣品中陽離子的提取提供方法學上的參考。

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[15]農業部農產品質量安全中心. 無公害農產品抽樣規范[EB/OL]. (2005-06-09)[2010-09-06]. http://www.cqagri.gov.cn/detail.asp pubID=83643.

Extraction and Determination of Water-soluble Cations in Vegetables

YANG Shu-ke，WANG Hong-bin，YANG Yong-zhu，ZHAO Tian-tian，YANG Min*
(School of Chemistry and Biotechnology, Yunnan University of Nationalities, Kunming 650031, China)

Objective: To investigate the optimal extraction processing and determination of Na+, NH4+, K+, Mg2+and Ca2+in vegetables. Methods: Orthogonal experiments were used to explore the optimal processing of Na+, NH4+, K+, Mg2+and Ca2+in vegetables using ultrasonic extraction. Ion chromatography was used to determine the contents of five cations. Results: Extraction time, ultrasonic power and solvent amount exhibited an effect on extraction rates of five cations from strong to weak. The optimal extraction processing parameters of five cations were extraction time of 20 min, ultrasonic power of 160 W and solvent amount of 25 mL. The recovery rates of Na+, NH4+, K+, Mg2+and Ca2+in spiked samples were 89.2%, 89.9%, 82.7%, 87.3% and 84.2%, respectively. Conclusion: This optimal extraction method is feasible, reasonable, pollution-free and reliable.

orthogonal experiments；ion chromatography；cations；vegetables

O611.5

A

1002-6630(2010)24-0074-04

2010-10-03

云南省社會發展科技(應用基礎研究)項目(2009CD100)

楊樹科(1985—)，男，碩士研究生，研究方向為分析方法與技術。E-mail：kyangsh@126.com

*通信作者：楊敏(1966—)，女，教授，碩士，研究方向為色譜分離分析。E-mail：yangm4849@tom.com