CN103048296B - 一种检测小球藻含铁量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种检测小球藻含铁量的方法，包括：取小球藻样本，消解后，调节体系的pH为2～9，加入还原剂还原，再加入邻菲罗啉溶液进行络合反应；采集反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值；将各光谱透射率值代入多元线性回归方程，计算得到小球藻中的含铁量。本发明的方法实现了小球藻中含铁量的快速准确检测，不需要配制任何含铁离子的标准溶液，大大简化了操作步骤，缩短了检测时间，也避免了由于操作人员操作不熟练或者主观因素带来的误差而导致无法绘制出较理想的标准曲线，最终所导致的测量结果不准确等后果。
Description
技术领域
本发明涉及小球藻含铁量检测技术领域，尤其涉及一种检测小球藻含铁量的方法。
背景技术
小球藻(Chlorella)是一类单细胞绿藻，属于绿藻门、绿藻纲、小球藻属，广泛分布于自然界，淡水水域中种类最多。小球藻易于培养，生长繁殖速度很快，不仅能利用光能自养，还能在异养条件下利用有机碳源进行生长、繁殖，应用价值很高。我国常见的种类有蛋白核小球藻、椭圆小球藻、普通小球藻等。已有研究表明，小球藻含丰富的蛋白质、脂质、多糖、食用纤维、维生素、微量元素和活性代谢产物。国内外的学者对小球藻的药理作用进行了广泛的研究，发现小球藻具有防治消化性溃疡、抗肿瘤、增强免疫、抗辐射、抗病原微生物、防治贫血、降血脂和抗动脉粥样硬化等药理作用。目前小球藻已广泛应用于食品添加剂、动物饲料、美容以及医药保健等领域，以美国和日本的研究最为领先，日本已经将小球藻用于临床辅助治疗。近年来，我国也开始重视小球藻的开发利用。
铁元素是预防营养性贫血的营养素，铁与蛋白质结合构成血红蛋白和肌红蛋白，维持机体的正常生长发育，并参与体内氧气和二氧化碳的转运、交换和组织呼吸过程，铁也是体内许多重要酶系的组成成分。藻类生物富集铁、铜、钙、镁等元素，对其研究将有助于改善人体因缺乏这些微量元素而产生的一些疾病，并可开发出功能更多的保健品和食品等。有日本的学者通过对大鼠喂食小球藻进行治疗缺铁性贫血实验，发现小球藻对缺铁性贫血有良好的治疗作用。但是如果补铁过量也会对人体造成伤害，影响其他微量元素吸收，甚至降低机体免疫力等。有研究表明，在小球藻的生长过程中适当的增加一些铁锌硒等微量元素，有利于小球藻的生长和微量元素的富集，但过量也会影响小球藻的生长，因此，在培养过程中以及收获后对小球藻所含铁元素进行准确的测定有利于控制小球藻的生长以及最终收获用于加工的小球藻产品的质量。
我国国家标准GB/T 5009.90-2003规定了测定食品中铁离子的方法为原子吸收分光光度法，而经典测定方法为邻菲罗啉法，虽然这两者检出限较低，准确率较高，但均有很大缺陷。对于原子吸收分光光度法，原子吸收光谱仪的购买和维护成本都很昂贵，检测人员的专业性较强，对于小球藻的生产者来说生产成本较高，因而实际生产中较多采用邻菲罗啉法，但藻体中含有的其他离子，如钙、铜、锌等离子也可以结合邻菲罗啉形成有色络合物，对结果存在着很强的干扰，若消除干扰还需添加各种化学试剂，极为复杂。此外，这两种方法在每次测定时均需配置费用较昂贵的标准溶液绘制标准曲线，操作过程繁琐且稍有不慎，测定结果会出现较大偏差。
可见-近红外光谱技术操作快速，检测结果可靠，在很多领域得到了广泛的应用。可见-近红外光谱主要是利用不同种类有机物所含化学成分的不同，从而官能团的倍频与合频振动频率不同，在图谱上显示的信息也不同。随着近年研究发展，近红外光谱仪成本已大大降低且维护简单，对操作人员的素质水平要求较低，整个测量过程中引入的人为误差也较小。
发明内容
本发明提供了一种检测小球藻含铁量的方法，解决了现有检测方法操作相对繁琐、耗时、耗力、成本高的问题。
一种检测小球藻含铁量的方法，包括：
(1)取小球藻样本，消解后，调节体系的pH为2～9，加入还原剂还原，再加入邻菲罗啉溶液进行络合反应；
(2)采集反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值；
(3)将各光谱透射率值代入多元线性回归方程：
y＝0.409x1+0.251x2-1.736x3+4.581x4-0.793，计算得到小球藻中的含铁量；
其中，y为小球藻的含铁量，单位为mg/g，x1、x2、x3和x4分别为反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值。
可见-近红外光谱区的光谱吸收带是有机物质中能量较高的化学键(主要是-CH、-OH、-NH)在光谱区基频吸收的倍频、合频和差频吸收带叠加而成的，包含了物质组分和分子结构的丰富信息。在pH为2～9条件下，亚铁离子可以与邻菲罗啉形成稳定的络合物邻菲罗啉亚铁离子，邻菲罗啉亚铁离子在可见-近红外光谱上发映出相应的信息，由此可间接得到小球藻中的铁的含量。
所述小球藻样本可为培养池中小球藻，也可以为小球藻粉。
若待检测的小球藻样本为取自培养池中的小球藻，在消解前，通常要对小球藻进行冲洗，去除水体中含有的金属元素的干扰。
消解可以使小球藻中的铁元素均以铁离子或亚铁离子的形式存在，有利于邻菲罗啉的络合，同时也可以排除有机物和悬浮物的干扰。所述消解的方法可以为湿法消解、微波消解等。
所述微波消解的步骤为：将小球藻加酸溶解，超声破碎后，向破碎液中加入双氧水，进行微波处理。
微波消解时，通常要加一定量的酸来消化样品，所述的酸可以为盐酸或硝酸等，盐酸的质量分数一般为37.5％，硝酸的质量分数一般为65％。
微波处理的条件影响小球藻的消解效果。
所述微波处理的时间为5～10min。
所述微波处理的程序可以为(20，40，60，80)psi，分别设定的时间为(1，1，1，2)min。
还原剂可将体系内的铁离子还原为亚铁离子，最终使所有的铁元素均能形成邻菲罗啉亚铁离子络合物，结果更准确，所述的还原剂可以为盐酸羟胺溶液，质量分数一般为1～10％。
此外，邻菲罗啉溶液的质量分数一般为0.2～0.5％。
所述络合反应的时间为8～12min。若时间过短，则亚铁离子与邻菲罗啉的络合不完全。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的方法实现了小球藻中含铁量的快速准确检测，不需要配制任何含铁离子的标准溶液，大大简化了操作步骤，缩短了检测时间，也避免了由于操作人员操作不熟练或者主观因素带来的误差而导致无法绘制出较理想的标准曲线，最终所导致的测量结果不准确等后果。
附图说明
图1为本发明实施例1中小球藻样本的透射光谱图。
图2为本发明实施例1中小球藻含铁量计算值与测量值的相关性曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐释本发明。
实施例1培养池中小球藻含铁量的检测
(1)从四个添加不同浓度外源铁离子的小球藻培养池中各抽取25个液体样本(共计100个样本)，干物质重为0.2g～0.4g，分别置于50mL离心管中，6000r/min离心5min，弃上清，用去离子水冲洗重悬，6000r/min离心5min，弃上清。
(2)向离心管内添加5mL的浓盐酸(浓盐酸的质量分数为37.5％)，将其置于500kw水浴超声4min，待测样本成为绿色溶液。
(3)向绿色溶液内加入3mL的双氧水(双氧水的质量分数为30％)，将其置于微波消解仪内，设定微波消解加压程序为(20，40，60，80)psi，分别设定时间为(1，1，1，2)min，5分钟后完成消化。
(4)往一玻璃培养皿内加入2mL质量分数为10％盐酸羟胺溶液，再加入5mL醋酸-醋酸铵缓冲溶液(pH4.5～5)，混匀后，加入2mL质量分数为0.5％邻菲罗啉溶液，摇匀，放置反应十分钟后作为光谱采集时的白板校正。消化后的样本中也依次加入上述溶液，放置反应10min后获取可见-近红外透射光谱，图1为该实施例中获得的小球藻样本的透射光谱图。
(5)通过遗传算法优选出496nm、512nm、920nm和952nm为最优的波长，随机选取75个样本建立多元线性回归模型，得到方程：
y＝0.409x1+0.251x2-1.736x3+4.581x4-0.793，
其中，y为小球藻的含铁量，单位为mg/g，x1、x2、x3、x4分别对应反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值。
获取其余25个液体样本的反应液在496nm、512nm、920nm和952nm四个波长的光谱透射率值，分别代入方程既得到小球藻中含铁量的计算值。测量值参考GB/T5009.90-2003，原子吸收分光光度法测得，结果见表1。表1是对这25个样本中含铁量的测量值以及利用上述方程得到的计算值情况，图2显示了小球藻含铁量计算值与测量值的相关性，相关系数达0.9709，利用spss软件对计算值和测量值的进行t检验，Levene方差齐性检验F＝0.273，p＝0.288＞0.05，认为两者方差相等。进行方差齐性检验时p＝0.043＜0.05，说明测量值与计算值具有统计学意义，这表明该模型对培养小球藻中的含铁量能够进行较好的预测。该结果表明，本发明的方法可以准确的快速测得小球藻中的含铁量。
表1培养池中小球藻的含铁量测定结果
实施例2小球藻粉含铁量的检测
(1)取某商业小球藻粉0.3g，添加浓盐酸5mL置小球藻于500kw水浴超声5min，待测样本成为绿色溶液。
(2)向绿色溶液内加入3mL双氧水后置于微波消解仪内消化，设定微波消解加压程序为(20，40，60，80)psi，分别设定时间为(1，1，1，2)min。
(3)完成消化后，取培养皿加入2mL质量分数为10％的盐酸羟胺溶液，再加入5mLpH为4.5～5的醋酸-醋酸铵缓冲溶液，摇匀，加入2mL质量分数为0.5％的邻菲罗啉溶液，摇匀，放置10分钟后作为光谱采集时的白板校正。消化后的样本中也依次加入上述溶液，放置反应10分钟后获取可见-近红外透射光谱，获取样本反应液在496nm、512nm、920nm和952nm四个波长的光谱透射率值，代入下列方程即得到小球藻中含铁量。
y＝0.409x1+0.251x2-1.736x3+4.581x4-0.793，
其中，y为小球藻的含铁量，单位为mg/g，x1、x2、x3、x4分别为反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值。
做三次重复取平均值。测量值参考GB/T 5009.90-2003，原子吸收分光光度法测得，结果如表2所示。
表2小球藻粉中的含铁量测定结果
由表2可知，由本发明中的公式计算值与测量值差异不大，利用spss软件对计算值和测量值的进行t检验，Levene方差齐性检验F＝2.674，p＝0.177＞0.05，认为两者方差相等，说明，本发明可以较准确而快速地检测小球藻中含铁量。
Claims (1)
1.一种检测小球藻含铁量的方法，其特征在于，包括：
(1)取小球藻样本，消解后，调节体系的pH为2～9，加入质量分数为1～10％的盐酸羟胺溶液还原，再加入质量分数为0.2～0.5％的邻菲罗啉溶液进行络合反应8～12min；
(2)采集反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值；
(3)将各光谱透射率值代入多元线性回归方程：
y＝0.409x1+0.251x2-1.736x3+4.581x4-0.793，计算得到小球藻中的含铁
量；
其中，y为小球藻的含铁量，单位为mg/g，x1、x2、x3和x4分别为反应液在波长496nm、512nm、920nm和952nm下的光谱透射率值；所述消解的方法为微波消解；所述微波消解的步骤为：将小球藻加盐酸或硝酸溶解，超声破碎后，向破碎液中加入双氧水，微波处理5～10min。
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