CN111307549B - 一种快速提取谷物中多种元素的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速提取谷物中多种元素的方法。该方法包括：将谷物样品与低浓度的还原型谷胱甘肽溶液或L‑半胱氨酸盐酸盐溶液混匀，振荡后提取样品中的多种元素，去除不溶性物质，取上清液待测。本发明提取谷物中多元素的方法操作简便，提取液可同时用于检测钠、镁、钾、钙、锰、钴、铜、锌、砷、铷、锶、镉和铅元素等，提取率高于95％。对比现有方法的腐蚀性酸碱溶液和高毒有机提取剂，本方法使用的提取剂具有安全、易得和高效的特点，20min内完成全部元素提取，对实验人员和环境极友好，真正满足当前多行业对于实现样品快速、绿色前处理的发展需求。

Description

一种快速提取谷物中多种元素的方法

技术领域

本发明涉及化学分离领域。更具体地，涉及一种快速、绿色、高效提取谷物中钠、镁及钾等营养元素和砷、镉及铅等重金属元素的提取方法。

背景技术

营养元素是生物体内一系列酶、激素和维生素等活性物质的组成部分，与机体的新陈代谢密切相关。重金属多有致畸、致癌作用，且具有蓄积性，严重危害人体健康。维持人体正常机能的常量或微量元素主要来源于日常膳食，我国居民普遍以谷物为主食，由于其中既含有钠、镁、钾和钙等人体不可或缺的营养元素，又含有砷、铅和镉等对人体有害的重金属元素，这些有毒元素也会通过膳食途径进入体内。故检测与了解谷物中营养元素和重金属元素的含量和分布，对实现谷物的科学加工利用、品质育种和定量评价食品安全等工作具有重要意义。

元素检测经典的前处理方法为干灰化法和微波消解法，所用消化剂为硝酸、盐酸等强酸和氧化性试剂，这些方法操作复杂，耗时长，消化剂使用量大，并且需要高温条件和特定仪器，对人员和环境极不友好。虽然目前也有部分针对重金属的快速提取方法，前处理时间较经典方法有所缩短，但提取过程还需使用低浓度的酸碱溶液或如2-巯基乙醇等毒性较大的有机试剂，并且尚未有营养元素快提方法相关报道。由此可见，常规方法难以适应当前无机元素高通量绿色快速检测的需求，还需进一步开展谷物中多元素快速绿色前处理方法及相应快检技术的研究。

CN103575583A公开了一种从谷物中快速温和提取重金属方法，其步骤为：将谷物样品与稀酸混匀，浸提重金属；通过涡旋后静置或离心处理，谷物中的镉、铅和砷等重金属元素基本转移到上清液中，获得的上清液用于检测。但该方法的前处理时间仍偏长，根据元素的不同最长需提取30min，处理得到的样品液只能检测重金属元素，无法用于钠、镁、钾和钙等营养元素的测定，且提取液虽为低浓度的酸溶液，但仍对操作人员和环境有一定程度危害，未达到完全快速绿色提取要求。

因此，提供一种快速绿色，并能同时提取谷物中营养元素和重金属元素的方法具有重要意义。

发明内容

针对现有技术对于提取食品中营养元素的空白，以及快速绿色提取技术的实际应用需求，本发明的目的在于提供一种方法能够同时提取谷物中营养元素和重金属元素。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明提供一种快速提取谷物中多种元素的方法，该方法包括以下步骤：

(1)将谷物样品粉碎；

(2)将粉碎后的谷物样品与提取剂混匀，振荡提取谷物中的多种无机元素，其中，所述提取剂为还原型谷胱甘肽溶液或L-半胱氨酸盐酸盐溶液；

(3)去除不溶性物质，取上清液进行检测。

在本发明中，所述谷物样品包括谷物、谷物碾磨加工品和婴幼儿谷类辅助食品等。所述谷物包括稻谷、小麦、玉米、高粱、大麦、青稞和荞麦等原粮。所述谷物碾磨加工品包括糙米、大米、小麦粉、玉米面(渣、片)、麦片、小米和高粱米等成品粮。

可选的，所述谷物样品粉碎后的粒径≤0.5mm，例如0.2～0.3mm，样品粒径决定其表面积大小，样品与提取液的接触面积越大，越有利于元素的提取，故样品粒径对于提取效率至关重要。

可选的，所述提取剂的质量分数为0.05～10％，例如，0.05％，0.1％，0.2％，0.3％，0.4％，0.5％，1％，2％，3％，4％，5％，6％，7％，8％，9％，10％等等，或在这些质量分数之间的任一范围。所述谷物样品与提取剂的质量体积比≤0.2:5。当提取剂的质量分数小于0.05％时，会导致部分元素的提取率降低；当提取剂的质量分数大于10％时，可能提高引入杂质的概率，导致部分元素测定本底偏高，影响检测结果的准确性。

可选的，步骤(2)中，提取温度为5～40℃，提取时间为1～20min，本发明的方法对于环境条件无特殊要求，通常在室温条件下，例如20～25℃，即可快速完成谷物中多种元素的提取。

可选的，上述方法中，所述振荡提取的方式包括机械振荡或超声波振荡。

根据本发明的具体实施方式，所述机械振荡包括涡旋振荡、垂直振荡、水平振荡或翻转振荡等，所述超声波振荡包括超声波水浴振荡或超声波破碎等。

可选的，所述去除不溶性物质的方法包括静置、离心或过滤。

根据本发明的具体实施方式，所述离心的条件为：转速4000～20000rmp，离心时间2～15min；所述过滤：采用孔径小于0.45μm的滤膜进行过滤。

可选的，所述检测的方法包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、分光光度计法或电化学工作站等。

可选的，本发明的方法适用于谷物中多种元素的快速提取，不仅可以用于金属元素的提取，同时适用于营养元素的提取，例如，包括钠、镁、钾、钙、锰、钴、铜、锌、砷、铷、锶、镉和铅中的至少一种。

本发明的有益效果如下：

本发明采用低浓度还原型谷胱甘肽溶液或L-半胱氨酸盐酸盐溶液代替现有技术中常用的腐蚀性酸碱溶液或高毒有机提取剂，能够适应多种形式的机械振荡和超声波振荡等不同提取方式。本方法提取时间短，操作简便，多元素提取率高于95％，同时2种提取剂具有安全、易得等特点，真正达到快速绿色前处理要求。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案，但本发明并非局限在实施例范围内。

实施例1快速绿色同时提取谷物中的钠、钾、镁和钙

实验组1：将糙米和小麦分别粉碎至粒径为0.2mm，取0.2g均匀样品置于离心管中，加入10mL 0.5％的还原型谷胱甘肽溶液，室温涡旋振荡提取2min，完成后提取液经4000rmp离心10min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

实验组2：称取0.2g均匀谷物样品置于离心管中，加入10mL 0.5％的L-半胱氨酸盐酸盐溶液，室温涡旋振荡提取2min，完成后提取液经4000rmp离心10min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

对照组：称取0.2g均匀谷物样品置于离心管中，加入10mL 0.5％的L-半胱氨酸溶液，室温涡旋振荡提取2min，完成后提取液经4000rmp离心10min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

标准组：同样称取糙米和小麦均匀样品0.2g置于微波消解罐中，前处理过程按照GB5009.268-2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》中“微波消解法”规定操作，加入5mL硝酸，加盖放置1h后按照微波消解仪标准操作步骤进行消解。冷却后赶酸30min，用超纯水定容至25mL，待测。

采用电感耦合等离子体发射光谱法测定所得实施例1待测液中的钠、钾、镁和钙，仪器条件见表1，检测结果见表2-1和2-2。

表1仪器检测条件

表2-1不同方法提取钠元素结果

表2-2不同方法提取镁元素结果

表2-3不同方法提取钾元素结果

表2-4不同方法提取钙元素结果

由表2-1、2-2、2-3和2-4数据可知，实验组1和实验组2对于糙米和小麦中钠、镁、钾和钙4种营养元素的提取率为95.3～101.5％；而使用L-半胱氨酸溶液作为提取剂的对照组对于镁和钾的提取率高于95％，但钠的提取率仅为30～33.8％，钙的提取率不足80％，证实L-半胱氨酸溶液无法完全提取谷物中的钙，几乎无法提取钠。将本方法实验组1和实验组2提取结果与GB5009.268-2016现行国标方法测定结果进行比对，经统计学检验，检测结果无显著性差异(P>0.05)。

实施例2快速绿色同时提取谷物中的砷、镉和铅

实验组1：将大米、小麦和玉米分别粉碎至粒径为0.25mm，取0.2g均匀样品置于离心管中，加入10mL 3％的还原型谷胱甘肽溶液，室温超声波水浴提取15min，完成后提取液经8000rmp离心5min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

实验组2：称取0.2g均匀谷物样品置于离心管中，加入10mL 3％的L-半胱氨酸盐酸盐溶液，室温超声波水浴提取15min，完成后提取液经8000rmp离心5min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

对照组：称取0.2g均匀谷物样品置于离心管中，加入10mL 3％的L-半胱氨酸溶液，室温超声波水浴提取15min，完成后提取液经8000rmp离心5min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

标准组：同样称取大米、小麦和玉米均匀样品0.2g置于微波消解罐中，前处理过程按照GB5009.268-2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》中“微波消解法”规定操作，加入5mL硝酸，加盖放置1h后按照微波消解仪标准操作步骤进行消解。冷却后赶酸30min，用超纯水定容至25mL，待测。

采用电感耦合等离子体质谱法测定所得实施例2待测液中的砷、镉和铅，仪器条件见表3，检测结果见表4-1、4-2和4-3。

表3仪器检测条件

参数名称	参数
		射频功率	1550W
等离子体气流量	15L/min
		载气流量	0.85L/min
氦气流量	0.35L/min
		雾化室温度	2℃
采样深度	8mm

表4-1不同方法提取砷元素结果

表4-2不同方法提取镉元素结果

表4-3不同方法提取铅元素结果

从表4-1、4-2和4-3实验结果可以看出，本方法实验组1和实验组2对于谷物样品中砷、镉和铅的提取率均高于95％；对照组使用L-半胱氨酸溶液作为提取剂，对于镉的提取率虽然高于90％，但砷的提取率低于75％，铅的提取率不足70％，由此可知L-半胱氨酸溶液无法完全提取谷物中的砷和铅元素。将本方法实验组1和实验组2提取结果与GB5009.268-2016现行国标方法测定结果进行比对，经统计学检验，检测结果无显著性差异(P>0.05)。

实施例3快速绿色同时提取糙米中的锰、铜和锌

实验组1：将糙米和小麦样品粉碎至粒径为0.5mm，取0.3g均匀样品置于离心管中，加入25mL 5％的还原型谷胱甘肽溶液，于环境温度为35℃的条件下水平振荡提取20min，完成后提取液经10000rmp离心3min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

实验组2：称取0.3g均匀谷物样品置于离心管中，加入25mL 5％的L-半胱氨酸盐酸盐溶液，35℃水平振荡提取20min，完成后提取液经10000rmp离心3min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

对照组：称取0.3g均匀谷物样品置于离心管中，加入25mL 3％的L-半胱氨酸溶液，35℃水平振荡提取20min，完成后提取液经10000rmp离心3min后过0.22μm孔径滤膜，取上清液待测。

标准组：同样称取谷物均匀样品0.3g置于微波消解罐中，前处理过程按照GB5009.268-2016《食品安全国家标准食品中多元素的测定》中“微波消解法”规定操作，加入5mL硝酸，加盖放置1h后按照微波消解仪标准操作步骤进行消解。冷却后赶酸30min，用超纯水定容至50mL，待测。

采用电感耦合等离子体质谱法测定所得实施例3待测液中的锰、铜和锌，仪器条件如实施例2中的表3所示，检测结果见表5-1、5-2和5-3。

表5-1不同方法提取锰元素结果

表5-2不同方法提取铜元素结果

表5-3不同方法提取锌元素结果

从表5-1、5-2和5-3实验结果可以看出，本方法实验组1和实验组2对于糙米和小麦样品中锰、铜和锌的提取率均高于95％；对照组使用L-半胱氨酸溶液作为提取剂，对于锰的提取率高于95％，但铜的提取率仅为55.8～57.4％，锌的提取率为90％左右，由此可知L-半胱氨酸溶液提取谷物中锌元素的提取率偏低，并无法完全提取铜元素。将本方法实验组1和实验组2提取结果与GB5009.268-2016现行国标方法测定结果进行比对，经统计学检验，检测结果无显著性差异(P>0.05)。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种快速提取谷物中多种元素的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将谷物样品粉碎；所述谷物样品粉碎后的粒径≤0.5mm；

(2)将粉碎后的谷物样品与提取剂混匀，振荡提取谷物中的无机元素，其中，所述提取剂为还原型谷胱甘肽溶液或L-半胱氨酸盐酸盐溶液；所述提取剂的质量分数为0.05～10％，所述谷物样品与提取剂的质量体积比≤0.2:5；提取温度为5～40℃，提取时间为1～20min；

(3)去除不溶性物质，取上清液进行检测；

所述无机元素包括钠、镁、钾、钙、锰、钴、铜、锌、砷、铷、锶、镉和铅中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述振荡提取的方式包括机械振荡或超声波振荡。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述机械振荡包括涡旋振荡、垂直振荡、水平振荡或翻转振荡，所述超声波振荡包括超声波水浴振荡或超声波破碎。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述去除不溶性物质的方法包括静置、离心或过滤。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述离心的条件为：转速4000～20000rmp，离心时间2～15min；所述过滤：采用孔径小于0.45μm的滤膜进行过滤。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，检测的方法包括原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、分光光度计法或电化学工作站。