蔓越莓多酚對五大連池重碳酸礦泉水中亞鐵離子和溶解性總鐵穩定性的影響

孫義敏，王菁華，李月興，劉 威

(黑龍江省科學院 自然與生態研究所，哈爾濱 150040)

0 引言

五大連池是我國著名的療養勝地，其火山區域內發育的南、北飲泉屬天然含CO2鐵硅鍶質碳酸---重碳酸礦泉，常年水溫2℃～4℃，可飲可療浴，醫療保健作用明顯[1-3]，不僅可以為生命成長提供水分和多種有益微量元素，其中約含40 mg/L鐵離子是以易被人體吸收的亞鐵離子狀態存在著，可直接用于防治缺鐵性貧血，是理想、天然的保健補鐵飲品[4-5]。但天然礦泉水涌出地面數小時后，亞鐵離子迅速氧化沉淀，會影響礦泉水的品質和飲用口感。目前開發的礦泉飲品采用曝氣除鐵技術，基本去除了礦泉水中的原鐵元素，這就使礦泉水失去了天然的補鐵功能。鐵是人體必需的微量元素，其代謝平衡對維持人體健康至關重要。在機體補鐵過程中，需注意保持生物機體內鐵水平處在安全范圍內，避免引起鐵過載狀態[6]。蔓越莓含有豐富天然多酚的金屬螯合、鐵代謝調節等特性，在因人體微量元素鐵過載和缺乏所引起的疾病防治方面展現出了廣闊的應用前景[7-8]。本實驗討論了蔓越莓多酚提取物對五大連池重碳酸礦泉水中亞鐵離子和溶解性總鐵穩定性的影響，以期精準補充和控制機體內鐵元素，開發出針對不同需求及功能的亞鐵礦泉系列飲品，擴大其應用范圍。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

UV-754分光光度計(上海第三分析儀器廠生產)、ZD-2自動點位滴定儀(上海雷磁儀器廠生產)、FA2204B電子天平(上海精密科學儀器有限公司生產)、DYJ1-10L-Z型超純水機(重慶華創水處理科技有限公司生產)、重碳酸礦泉水(來自五大連池南泉)、蔓越莓多酚提取物(寶雞市森瑞生物化工有限公司生產)。

1.2 實驗過程與現象

水樣采自五大連池南飲泉人工抽取的新鮮重碳酸礦泉水(原水)，采集時放水3 min后用礦泉水洗刷采樣桶(食用級塑料桶)3次，桶內不留空氣，并馬上封閉瓶口。實驗室內依次稱量1 g、0.6 g、0.2 g、0.1 g、0.06 g、0.02 g多酚提取物系列置于1 000 mL棕色瓶中，編號依次為P1、P2、P3、P4、P5、P6。室溫下，1 h內迅速量取1 000 mL原水置于P1～P6中搖勻，室溫下靜置。

室溫靜置2 h內，原水會出現白色渾濁。觀察發現，P1～P6中的溶液在最初5 min內多酚提取物完全溶解于原水中，溶液顏色均為透亮淺紅色，隨著時間增加，P1～P6溶液顏色依次呈透亮淺紅色---淺紫紅色---不透深紫紅色，直至透亮淺紫色---不透深紫色變化。2 h后，溶液體系不同程度發生紫黑色塊狀沉淀，初始可懸浮于溶液表面和原水中，沉淀于容器底部的部分震蕩后可短時間內懸浮，搖勻離心(4 000 r，15 min)后沉淀板結，遷移性差。30 h內，P1～P6溶液體系沉淀完全，溶液均為無色，但之后P5、P6的溶液陸續變為微黃色，到99 h時，P3、P4、P5、P6的溶液從微黃色向銹黃色變化，沉淀從淺紫色向銹黃色變化，而P1、P2仍為不透深紫色，沉淀為黑紫色。

根據實驗現象和測試結果，選擇在多酚---亞鐵離子相互作用的不同時間段(6 h、27 h、46 h、70.5 h、99 h)取溶液約40 mL離心(4 000 r，15 min)，去除沉淀后，得上清液約25 mL，測試其亞鐵離子和溶解性總鐵的含量，分析其變化規律。上清液要盡快測試，因為在密封靜止室溫下，2 h內水中的亞鐵離子會被氧化為高價鐵，使上清液從無色變為淺黃色。

1.3 鐵離子含量測定

亞鐵離子和溶解性總鐵含量的測定采用《飲用天然礦泉水檢驗方法GB8538-2016》中的二氮雜菲分光光度法進行測試，原理是在pH 值3～9的條件下，低鐵離子會與二氮雜菲生成穩定的橙色絡合物，在波長510 nm處有最大光吸收。按要求配置亞鐵離子和溶解性總鐵離子的標準曲線，鐵標準系列工作液濃度為0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/L。表1、表2為測試中不同時間段所用回歸方程及其R2值，x為分光光度計所測溶液吸光度值，y為濃度值。

2 結果與分析

此次采集的五大連池南泉礦泉水中溶解性總鐵離子2 h內測試含量為44.33 mg/L，水樣中亞鐵離子可認為未被氧化，則其亞鐵離子初始含量也為44.33 mg/L。

表1 亞鐵離子回歸方程Tab.1 Regression equation of ferrous ion

表2 溶解性總鐵回歸方程Tab.2 Regression equation of solubleness total iron

2.1 亞鐵離子含量變化

在多酚---亞鐵離子作用的不同時段，測取溶液中亞鐵離子的含量數據及其變化如表3和圖1所示。

表3 亞鐵離子的含量(mg/L)Tab.3 Content of ferrousion

圖1 亞鐵離子含量變化Fig.1 Content change of ferrous ion

數據顯示，相同多酚含量環境下，溶液體系中亞鐵離子含量不斷下降至近于零，其穩定性不斷變差，其中P1、P2、P3在靜止放置10 h內亞鐵離子含量下降最快，最不穩定。如圖1顯示，其含量分別減少約88.72%、79.7%、54.88%，此時P4、P5、P6溶液體系內亞鐵含量依次減少約32.32%、21.05%、12.02%。當40 h時，P1～P6溶液體系中亞鐵離子含量減少依次約93.23%、90.98%、77.44%、75.19%、72.93%、59.39%。當70 h時，P1～P6溶液體系中亞鐵離子含量均減少90%以上，已近于零。從多酚提取物和亞鐵離子質量方面進行分析，當兩者比例大于5∶1時，多酚提取物對原水中亞鐵離子穩定性影響較大，含量迅速降低。當比例小于5∶1時，原水中亞鐵離子含量不斷降低，速度平緩。

2.2 溶解性總鐵含量變化

在多酚---亞鐵離子作用的不同時段，測取溶液中溶解性總鐵含量數據及其變化如表4和圖2所示。數據顯示，相同多酚含量環境下，溶液體系中溶解性總鐵離子含量不斷下降至近于零，穩定性不斷變差，其中P1、P2、P3在靜止放置10 h內溶解性總鐵含量下降最快，最不穩定。如圖2顯示，其含量分別減少約88.72%、75.19%、50.37%，此時，P4、P5、P6溶液體系內其含量依次減少約27.81%、23.3%、14.28%。當40 h時，P1～P6溶液體系中溶解性總鐵含量依次減少約95.49%、94.36%、79.7%、77.44%、75.19%、63.91%。當70 h時，P1～P6溶液體系中溶解性總鐵含量均減少90%以上，已近于零。從多酚提取物和溶解性總鐵質量方面進行分析，發現當兩者比例大于5∶1時，多酚提取物對原水中溶解性總鐵的穩定性影響較大，含量迅速降低。當比例小于5∶1時，原水中溶解性總鐵含量不斷降低，速度平緩，與亞鐵離子變化趨勢相似。

表4 溶解性總鐵含量(mg/L)Tab.4 Content of solubleness total iron(mg/L)

圖2 溶解性總鐵含量變化Fig.2 Content change of solubleness total iron

實驗現象和測試結果顯示，蔓越莓多酚提取物在初始階段完全溶于原水中，但因其金屬螯合特性，可以與原水中亞鐵離子發生螯合作用，隨著反應時間的增加，反應程度加強，沉淀增多，溶液中殘留的亞鐵和溶解性總鐵含量不斷降低至近于零，溶液顏色會呈透亮淺紅色---淺紫紅色---不透深紫紅色，直至透亮淺紫色---不透深紫色變化。沉淀完全沉于底部后，溶液顏色因亞鐵離子的氧化從微黃色變化為銹黃色。加入多酚提取物越多，原水中亞鐵離子和溶解性總鐵的穩定性越差，含量減少越快，溶液體系沉淀含量越多。根據實驗數據和現象發現，亞鐵離子和溶解性總鐵的含量隨時間變化趨勢相似，推測在蔓越莓多酚提取物環境下，可以在某種程度上使原水中亞鐵離子被較慢氧化。

3 結論與討論

自然狀態下，蔓越莓多酚提取物對天然礦泉水中亞鐵離子的穩定性具有負影響，當多酚提取物和亞鐵離子質量方面比大于5∶1時，多酚提取物對原水中亞鐵離子穩定性影響較大，鐵離子最不穩定。當比例小于5∶1時，原水中鐵離子穩定性不斷降低，但速度較平緩，而且在蔓越莓多酚提取物環境下，可以在某種程度上使原水中亞鐵離子被較慢氧化。

通過蔓越莓多酚的金屬螯合等特征調控五大連池天然重碳酸礦泉水中亞鐵離子含量，可用于制備針對不同人群需求和功能的五大連池重碳酸天然保鐵礦泉系列飲品，提高含鐵礦泉水的社會價值和經濟價值，其所得沉淀作為副產物還可為植物鐵肥或動物補鐵劑的開發應用提供原材料。