微波消解-石墨爐原子吸收法測(cè)定小麥中鍺的生物吸收比

高向陽(yáng)，高遒竹，王長(zhǎng)青，陳啟航

（1.鄭州科技學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450064；2.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇 無錫 214122；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技 術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

鍺是地殼和土壤中的稀有元素，也是動(dòng)植物必需的痕量營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)人體生理起著重要的作用[1]。鍺是一種細(xì)胞生長(zhǎng)促進(jìn)劑[2]，可刺激血小板生成細(xì)胞的形成，使血液中的紅細(xì)胞及血紅蛋白的數(shù)量增加[3]。有機(jī)鍺化合物具有較明顯的抑制腫瘤[4]、抗病毒、消炎以及抗衰老的作用[5]，有治療高血壓、糖尿病、神經(jīng)衰弱、中風(fēng)、關(guān)節(jié)炎及抗癌等功效。鍺的抗癌作用已引起人們對(duì)富鍺食品開發(fā)的極大興趣，近年來，逐步開發(fā)出富鍺酵母[6-8]、、富鍺牛乳[9]、富鍺面條[10-11]、富鍺面包[12]、富鍺蛋糕[13]、富鍺冰淇淋[14]、富鍺豆芽、富鍺大蒜等食品，大大滿足了消費(fèi)者的需求。小麥?zhǔn)俏覈?guó)廣大消費(fèi)者的主食原料，在國(guó)民生活和食品工業(yè)中占有十分重要的地位。研究小麥及其生長(zhǎng)土壤中鍺的相關(guān)性，掌握不同小麥品種、不同土壤對(duì)鍺生物吸收比的影響規(guī)律，為富鍺小麥新品種的培育和功能性面制食品的開發(fā)、為人們的健康長(zhǎng)壽提供科學(xué)參考，有一定的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)社會(huì)意義。

鍺的測(cè)定方法主要有原子熒光光譜法[15]、原子發(fā)射光譜法[16]、原子吸收光譜法[17]、質(zhì)譜法[18]、X射線光譜法[19]、分光光度法[20-21]、化學(xué)發(fā)光法[22]、催化極譜法[23]、氣相色譜-表面發(fā)射火焰光度法[24]、離子色譜法[25]等。石墨爐原子吸收（graphite furnace atomic absorption spectrometry，EAAS）法與微波消解技術(shù)聯(lián)用，可簡(jiǎn)化分析過程，大大提高工作效率。小麥中鍺的生物吸收比至今未見文獻(xiàn)報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)用微波密閉壓力消解技術(shù)處理樣品，用EAAS法測(cè)定小麥及其生長(zhǎng)土壤中的鍺含量，進(jìn)一步明確小麥中鍺的生物吸收比與品種和生長(zhǎng)土壤背景鍺間的關(guān)系。為小麥尤其是彩色小麥的品種選育、種植、推廣以及富鍺功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料

周麥16、偃展4110 鄭州市種子公司；硬質(zhì)紫麥、普通紫麥、藍(lán)麥、灰麥 河南省南陽(yáng)市農(nóng)科所小麥研究室。作為各地區(qū)種植的小麥種子。小麥樣品用去離子水洗3 次，置60 ℃烘箱中烘干表面水分；用粉碎機(jī)磨成粉狀，儲(chǔ)于塑料袋中，用時(shí)置于稱量瓶中，60 ℃烘至恒質(zhì)量，備用。

土壤樣品的制備：用多點(diǎn)取樣法，分別取小麥種植時(shí)、次年3月小麥返青時(shí)和收割時(shí)離地表15 cm之內(nèi)的土壤樣品各約1 kg，除去雜物，于通風(fēng)處自然風(fēng)干后，充分混勻，用四分法分取約0.75 kg，分多次于研缽中研至全部過80 目篩，混合后儲(chǔ)于自封袋中，用前于稱量瓶中60 ℃烘至恒質(zhì)量，備用。

1.2 儀器與試劑

MDS-6型微波消解/萃取儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；FW80微型高速萬能試樣粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；FA2004A電子天平 上海精天電子儀器有限公司；TAB-990原子吸收分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；UDK142 Heating Digester意大利VE公司；SYZ-B型石英亞沸高純水蒸餾器 江蘇宜興市勤華石英玻璃儀器廠。

高氯酸、硝酸、雙氧水、氫氟酸（均為優(yōu)級(jí)純）、硝酸鎳、硝酸鋇、硝酸鈀（均為分析純）、二氧化鍺（高純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.999%） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的消解

稱取恒質(zhì)量的樣品0.400 0 g（稱準(zhǔn)至0.000 1 g）于溶樣杯中，小麥粉加4 mL HNO3和2 mL H2O2，土壤加入4 mL HNO3和2 mL H2O2，放置15 min，裝好后按表1程序進(jìn)行微波消解后，冷至室溫，將溶樣杯置于150 ℃控溫電熱板上趕去酸后轉(zhuǎn)入25 mL容量瓶中，用水洗滌溶樣杯數(shù)次，洗液合并于容量瓶中，定容至刻度。同時(shí)做空白測(cè)定。

表 1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion program m步驟 壓強(qiáng)/MPa 時(shí)間/min 功率/W 1 0.5 5 800 2 0.8 5 800 3 1.1 5 1 000 4 1.3 5 1 000

1.3.2 儀器參數(shù)的設(shè)定

石墨爐原子化按干燥、灰化、原子化和凈化4 個(gè)階段設(shè)計(jì)程序，參數(shù)見表2，λ=265.11 nm，I=5 mA，用氘燈扣背景。

表 2 石墨爐加熱程序Table 2 Graphite furnace heating program

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

吸取1.00 μg/ mL鍺標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL，分別置于25 mL容量瓶中，加入5.00 mg/mL的Ba(NO3)22.00 mL，定容后移至50 mL離心管中，5 000 r/min離心5 min，移取上清液20.00 mL于25.00 mL容量瓶中，加入0.50 mL濃硝酸和1.00 mg/mL鈀鹽溶液2.00 mL、5 mg/mL鎳溶液0.20 mL，定容后每毫升相當(dāng)于0、32、64、96、128、160 ng的鍺。混勻后各吸取10 μL，按表2程序進(jìn)行測(cè)定。以吸光度為縱坐標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.4 樣品測(cè)定

分別用移液槍取1.3.1節(jié)樣品定溶液10 μL，在與標(biāo)準(zhǔn)溶液完全相同的條件下進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)測(cè)定的吸光度代入線性方程或通過標(biāo)準(zhǔn)曲線求得樣品中鍺的含量。

1.3.5 生物吸收比的計(jì)算

鍺的生物吸收比反映了不同品種的小麥吸收、富集鍺的能力，是篩選和評(píng)價(jià)小麥富鍺水平的重要參數(shù)。生物吸收比值是干基小麥中鍺的質(zhì)量分?jǐn)?shù)占其生長(zhǎng)土壤干基中鍺質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分比值，根據(jù)小麥及其生長(zhǎng)土壤中鍺的含量，即可計(jì)算出各地區(qū)小麥鍺的生物吸收比。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)

按1.3.3節(jié)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線得線性回歸方程為y=0.000 6x＋0.004 5，相關(guān)系數(shù)r為0.999 1。

2.2 干擾離子

2.3 基體改進(jìn)劑的選擇

為降低鍺在灰化和原子化過程中的損失，分別向160 ng/mL含鍺定容液中加入Ca(NO3)2、Ni(NO3)2、Mg(NO3)2、PdCl2、PdCl2＋Mg(NO3)2、PdCl2＋Ni(NO3)2基體改進(jìn)劑進(jìn)行研究。結(jié)果表明，向25 mL定容液中加入2 mg硝酸鈀和1 mg硝酸鎳基體改進(jìn)劑，在灰化溫度為1 100～1 700 ℃時(shí)，測(cè)得的吸光度最大且基本穩(wěn)定不變，測(cè)定的靈敏度較高，相對(duì)誤差較小，測(cè)定結(jié)果理想。

2.4 檢出限和定量限

對(duì)32.00 ng/mL 鍺標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行11 次平行測(cè)定，按3 倍信噪比計(jì)算的最低檢出質(zhì)量濃度為2.93 ng/ mL，按10 倍信噪比計(jì)算的定量限為9.80 ng/mL。

2.5 回收率

采用標(biāo)準(zhǔn)溶液加入法分別對(duì)鄭州地區(qū)的藍(lán)麥和普通紫麥進(jìn)行回收率測(cè)定，結(jié)果如表3所示，回收率在93.6%～106.6%之間。

表 3 回收率測(cè)定結(jié)果Table 3 Recoveries of standard samples added to blue wheat and Table 3 Recoveries of standard samples added to blue wheat and common wheat t品種 加標(biāo)前/（μg/g） 加標(biāo)量/（μg/g） 加標(biāo)后/（μg/g） 回收率/%藍(lán)麥0.997 1.000 1.964 96.6 1.177 1.000 2.195 101.7 1.082 1.000 2.016 93.6普通紫麥0.831 1.000 1.809 97.8 0.827 1.000 1.874 104.7 0.844 1.000 1.910 106.6

2.6 5 個(gè)地區(qū)種植小麥中鍺含量的比較

對(duì)各地區(qū)種植的小麥中鍺含量按測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定5 次，用格魯布斯（Grubbs）法[26]對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，無可疑值后取平均值報(bào)告，結(jié)果見表4。

表 4 各品種小麥粉的鍺含量Table 4 Germanium contents in wheat flours from different varieties Table 4 Germanium contents in wheat flours from different varieties g/g品種 鄭州 漯河 鞏義 焦作 商丘 本底鍺含量硬質(zhì)紫麥 0.655 0.506 0.359 0.524 0.447 0.414普通紫麥 0.734 0.544 0.498 0.562 0.513 0.450灰麥 0.478 0.390 0.349 0.440 0.368 0.356藍(lán)麥 1.085 0.599 0.594 0.753 0.556 0.476偃展4110 0.660 0.470 0.360 0.484 0.436 0.402周麥16 0.807 0.585 0.566 0.596 0.534 0.461

由表4可知，鄭州地區(qū)的各品種小麥鍺含量均較高，其次是焦作地區(qū)，最低為鞏義地區(qū)，6 個(gè)品種小麥間的鍺含量存在地區(qū)差異性。各地區(qū)種植的小麥中，藍(lán)麥鍺含量較高，灰麥鍺含量較低，小麥中的鍺含量存在品種間的差異性。但含量均沒有超過鍺的限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 各地區(qū)種植小麥中鍺含量的差異性分析

通過單因素方差分析，對(duì)各品種小麥在各種植地區(qū)的鍺含量進(jìn)行分析，地區(qū)和品種間的比較結(jié)果如表5所示。

注：肩標(biāo)相同字母表示差異不顯著，不同字母代表差異顯著（P＜0.05）。下同。

由表5可知，各地區(qū)種植的小麥中鍺含量與本底相比有所變化。其中硬質(zhì)紫麥除焦作和漯河間、商丘和本底間無差別外，其他各地區(qū)和本底有顯著性差別；普通紫麥除鄭州、漯河、焦作之間無顯著差異外，其他各地區(qū)和本底都有顯著性差別；鄭州、焦作灰麥和本底間有顯著性差別；藍(lán)麥除漯河和鞏義、商丘間無顯著性差別外，各地區(qū)和本底有顯著性差別。偃展4110鄭州、焦作、漯河地區(qū)和本底有顯著性差異；周麥16除漯河和焦作之間、商丘和鞏義之間無顯著性差別外，其他各地區(qū)和本底都有顯著性差別。

各地區(qū)藍(lán)麥鍺含量較高，灰麥較低。鄭州地區(qū)除普通紫麥、硬質(zhì)紫麥、偃展4110之間無顯著差別外，其他品種間有顯著差異；鞏義地區(qū)，除灰麥與硬質(zhì)紫麥、偃展4110、周麥16和普通紫麥間無顯著差別外，其他品種間有顯著性差異；漯河地區(qū)藍(lán)麥和周麥16之間、硬質(zhì)紫麥和偃展4110間無顯著差別外，其他品種間有顯著性差異；焦作地區(qū)除硬質(zhì)紫麥和偃展4110之間、普通紫麥和周麥16之間無顯著差別外，其他品種間有顯著差異。商丘地區(qū)除普通紫麥、周麥16、藍(lán)麥間，硬質(zhì)紫麥和偃展4110無顯著差別外，其他品種間有顯著性差異。

2.8 各地區(qū)小麥生長(zhǎng)土壤中的鍺含量

按1.1節(jié)處理土壤樣品和測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定5次，檢驗(yàn)無可疑值后取平均值報(bào)告，各地土壤中鍺的測(cè)定結(jié)果如表6所示。其中，鞏義地區(qū)土壤中鍺含量較低，漯河與鄭州地區(qū)較高且無顯著差別，其他各地區(qū)土壤鍺含量之間有顯著差異。

表 6 各小麥種植地區(qū)土壤中的鍺含量Table 6 Germanium contents in wheat-field soils from different regions Table 6 Germanium contents in wheat-field soils from different regions種植地區(qū) 土壤中鍺含量/（ g/g） 平均含量/（ g/g）鄭州 1.267 1.293 1.293 1.203 1.315 1.274±0.043 2d漯河 1.261 1.243 1.231 1.194 1.185 1.223±0.032 4d鞏義 0.801 0.866 0.943 0.781 0.796 0.837±0.067 7a焦作 1.082 1.134 1.149 1.059 1.082 1.101±0.038 3c商丘 0.987 0.987 0.955 0.899 0.961 0.958±0.036 0b

2.9 小麥鍺的生物吸收比

表 7 各地區(qū)種植小麥中鍺的生物吸收比Table 7 Biological absorption ratios of germanium in different wheat Table 7 Biological absorption ratios of germanium in different wheat varieties grown in different areas%種植地區(qū) 品種硬質(zhì)紫麥 普通紫麥 灰麥 藍(lán)麥 偃展4110 周麥16鄭州 51.4 57.6 37.5 85.2 51.8 63.3漯河 41.4 44.5 31.9 49.0 38.4 47.8鞏義 42.9 65.0 46.6 71.5 43.0 69.9焦作 47.6 51.0 40.0 68.4 44.0 54.1商丘 46.7 53.6 38.4 58.0 45.5 55.8

從表7可知，藍(lán)麥生物吸收比較大，鄭州種植的藍(lán)麥生物吸收比達(dá)85.2%；灰麥較小，漯河種植的灰麥生物吸收比僅為31.9%，說明生物吸收比與品種的生理特性密切相關(guān)。同一品種小麥在不同地區(qū)鍺的吸收比不同，可能與土壤中鍺的存在形態(tài)或含量有一定的關(guān)系。通常，有機(jī)態(tài)鍺含量越高，植物越容易吸收利用。因此，小麥對(duì)土壤背景鍺的選擇性吸收、富集量大小與土壤性質(zhì)和小麥品種特性密切相關(guān)。

3 結(jié) 論

將微波程序壓力消解技術(shù)與石墨爐原子吸收分析法相結(jié)合，使兩者的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，用于測(cè)定小麥的生物吸收比，具有取樣量和所用試劑少，樣品不污染環(huán)境，測(cè)定快速、靈敏等突出優(yōu)點(diǎn)。研究結(jié)果表明，小麥的生物吸收比與土壤和小麥品種的特性有一定的相關(guān)性，鄭州、漯河地區(qū)土壤中鍺的含量相對(duì)豐富，各地區(qū)種植的小麥中，藍(lán)麥鍺含量較高，鄭州種植的藍(lán)麥中鍺的生物吸收比達(dá)85.2%，是較為理想的富鍺食品原料，有一定的培育前景。

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