铁棍山药及其山药豆中无机元素含量对比分析

李果果， 张 祥， 王 强， 刘 清

(河南省科学院 高新技术研究中心，河南 郑州 450000)

山药中含有大量多糖、维生素、氨基酸、皂苷类等生物活性物质。山药植株叶腋间常生有肾形或卵圆形的珠芽，俗称山药豆或山药蛋，与山药根茎功效大致相同，但由于研究起步比较晚，人们更加青睐山药，导致其仅少部分被用于药用和做种外，大部分均被种植户直接丢弃，造成资源严重浪费。因此合理利用这一农产品，进一步研究探索山药豆的营养价值显得尤为重要。

目前有大量关于山药中无机元素的分析报道，而对于同一产地山药及山药豆的元素对比分析却鲜有研究。基于此，本文利用电感耦合等离子体发射光谱法，以河南焦作温县所产的铁棍山药和山药豆作为研究对象，测定其中K、Na、Ca、Mg、P、Cu、Fe、Mn、Zn、Sr共10种无机元素的含量，并进行分析比较，旨为人们在日常食用时提供科学的理论依据。

1.1 实验仪器与工作条件

Optima 7300V型电感耦合等离子体发射光谱仪，美国PE公司；
射频功率1 300 W，雾化器压力370 kPa，冷却气流速15 L/min，载气流速为0.8L/min，辅助气流速为0.2 L/min，蠕动泵流量为1.0 mL/min；
BSA224S 电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；
ETHOS ONE 微波消解仪，北京莱伯泰科仪器有限公司；
Milli-Q Integral超纯水仪，美国密理博公司。

1.2 材料、试剂与标准溶液

铁棍山药及山药豆均产自焦作市温县；
硝酸，优级纯；
30 %过氧化氢，优级纯；
实验用水为超纯水。单元素标准溶液：K、Na、Ca、Mg、P、Cu、Fe、Mn、Zn、Sr标准溶液均为1 000.000 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心。所用玻璃仪器和聚四氟乙烯消解管均用30%的稀硝酸浸泡12 h以上，之后用自来水反复冲洗，最后用超纯水冲洗干净，备用。

1.3 样品处理

新鲜的山药和山药豆先用自来水清洗干净，然后用超纯水淋洗数次，去皮后取可食部分切成片状，置于60 ℃烘箱中烘干，用高速中药粉粹机粉粹混匀，转移至样品袋中备用。分别准确称取1.000 0 g样品于聚四氟乙烯消解管中，加入5 mL硝酸和1 mL过氧化氢，室温放置过夜，之后于微波消解仪内进行分步消解，消解程序见表1。待消解结束，冷却至室温，将消解液转移至25 mL容量瓶中，定容，混匀，并随同样品做试剂空白试验。由于各元素含量不同，因此需要将试样溶液进行相应稀释，以满足最佳的测试范围。

表1 微波消解工作条件

1.4 系列标准溶液的配置

混合标准溶液1：分别将K、Na、Ca、Mg、P单元素标准溶液(1 000.000 mg/L)用5 %的硝酸逐级稀释，混合配制成浓度为0、2.00、5.00、10.0、20.0 mg/L的标准系列。

混合标准溶液2：分别将Fe、Cu、Zn、Sr、Mn单元素标准溶液(1 000.000 mg/L)用5 %的硝酸逐级稀释，混合配制成浓度为0、0.10、0.50、1.00、2.00 mg/L的标准系列。

1.5 测定

在上述ICP-OES仪器工作参数下，制作各元素的校准曲线，并在其线性相关系数均满足R≥0.999 5的条件下，依次对试剂空白和样品溶液进行分析测定。

2.1 元素分析谱线及其检出限

ICP-OES测定过程中，一般对每个元素都选择3～5条不同波长的谱线作为分析用谱线，综合考量其干扰度、准确度和精密度，最终确定各元素分析谱线。对待测样品空白连续平行测定10次，以各元素3倍标准偏差所对应的浓度作为其检出限，见表2。

表2 分析谱线及检出限

2.2 样品测定结果

样品经微波消解处理后得到试样原液，在选定的仪器工作条件下，稀释50倍测定样品中K含量，稀释10倍测定样品中Ca、Mg、P含量，直接进原液测定样品中Na、Fe、Cu、Zn、Sr、Mn含量。空白和样品均做双样处理，每份试液平行测定3次，取平均值，测定结果见表3。

表3 山药和山药豆中无机元素的含量

样品中含量最高的常量元素是K，在山药中高达17 419×10-6，在山药豆中高达15 452×10-6；
其次是P元素，在山药和山药豆中的含量分别为1 727×10-6、2 186×10-6；
之后依次是Mg、Ca、Na等元素，尤其值得注意的是Na元素，虽然在二者样品之间的含量并不高，分别为121×10-6和56×10-6，但相比于山药，山药豆中Na含量显著降低。由表3可知，山药和山药豆中均含有许多人体必需的微量元素，且山药豆中微量元素Zn、Fe、Sr、Cu的含量均高于山药，只有Mn含量相对较低，但无明显差异。上述元素在人体中发挥着重要的生理调节功能，这也表明山药和山药豆的药补功效与其有着密不可分的联系[1-2]。此外Cu元素作为一种常见的重金属，只有在一定含量范围内才对人体有益，本实验中铁棍山药及其山药豆中的铜含量均小于国家食品安全规定限值[3]。

2.3 精密度实验

为了考察测量结果的重复性，进行了精密度实验。按照1.3的实验步骤，平行处理6份山药样品，依次进行分析测定，结果见表4。由表4可知，10种元素的RSD值均在2%以内，具有良好的精密度。

2.4 回收率实验

为了考察实验方法的准确度，在消解处理后的山药样品中加入一定量待测元素的标准溶液，做3组平行实验，各元素的回收率结果见表5。

由表5可知，各元素的加标回收率在95.3%～104.4%，符合国家标准GB/T 27404—2008中回收率的范围要求，表明本实验方法准确、可靠。

采用电感耦合等离子体发射光谱法测定了焦作铁棍山药及其山药豆中K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Cu、Zn、Sr、Mn 10种元素的含量，通过检出限、精密度、回收率实验证明，该方法简便快捷，精密度高，准确性好。

表4 精密度实验结果

表5 回收率实验结果

实验结果表明，铁棍山药及其山药豆中均含有十分丰富的无机元素，两者中5项常量元素含量的高低次序为K、P、Mg、Ca、Na，其中K、P含量尤为突出，且山药中除P含量低于山药豆，其他4项元素K、Na、Ca、Mg的含量均高于山药豆。5项微量元素Fe、Cu、Zn、Sr、Mn含量相对虽低，但却是人体所必需元素，发挥着重要的生理功效。相比于山药，山药豆中微量元素的含量普遍较高，其营养价值不容忽视，这也为人们在食用时提供了科学的参考依据。综合得出，山药豆也与山药一样，无机元素含量丰盈，合理地将这一资源充分利用起来，可以进一步开发其经济效益与社会效益。