4种花粉矿质元素含量测定及分析
摘 要：为研究花粉中矿质元素含量与营养价值问题，采用电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES），测定经干化与湿化法处理的板栗、梨、青杄、白皮松花粉中B、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn等9种矿质元素含量。结果表明：4种花粉富含对人体有益的常量和必需的微量元素。矿质元素含量存在物种差异，即同一种矿质元素在不同的物种含量不同，其中，Ca、Mg、Fe、Mn、Cu在板栗花粉中含量最多，Zn、B、Cr在梨花粉中含量最多，板栗次之；K在青杄花粉中含量最高。同一物种花粉含有的矿质元素含量也不同。本测定结果为开发4种花粉资源提供一些理论依据。前处理方法上湿化法较优于干化法，精密度较高。
关键词：ICP-AES法；板栗；梨；花粉；矿质元素
中图分类号：S6 文献标志码：A 论文编号：2014-0381
Abstract： In order to study mineral elements content and nutritional value of pollen， the content of mineral elements such as B， Mg， K， Ca， Cr， Mn， Fe， Cu， Zn were determined by wet and dry digestion-inductively coupled with plasma-atomic emission spectrometry （ICP-AES） in pollen of chestnut， pear， Pinus bungeana Zucc and Picea wilsonii Mast. Results showed that all of the pollen was abundant in beneficial and necessary elements for people. The content of mineral elements varied among four species. Five mineral elements were relatively higher in chestnut including Ca， Mg， Fe， Mn， Cu and three mineral elements were higher in pear （Zn， B， Cr） pollen than others. The content of K was highest in Picea wilsonii pollen. The content of various mineral elements were different in the same species. The measurement results provided some theoretical basis for the development of four kinds of pollen resources. The method of wet digestion was better than dry treatment and with higher precision.
Key words： ICP-AES； Chestnut； Pear； Pollen； Mineral Elements
0 引言
花粉为植物雄性细胞的载体，含有的精细胞可以与卵细胞结合为受精卵，最终发育成种子，为植物体最精华之所在。花粉具有丰富的营养成分，而且有很高的药用价值与保健作用，在国际上享有“最理想天然营养宝库”的美誉。花粉中除了含有蛋白质、糖类、脂肪及维生素等营养素外，还含有丰富的矿物元素[1]，对心血管、内分泌和消化道等系统疾病均有良好的预防作用。花粉中含有20种以上的常量和微量元素[2]。微量元素在人体中参与多种酶的合成与代谢，在疾病防治和延缓机体衰老方面有着重要作用[3]。
板栗（Castanea mollissima）与梨（Pyrus spp.）是国内重要的经济树种，均属于被子植物果树。板栗花粉产量很大，属于典型的风媒花，体积小、质量轻而且数量多，花粉萌发具有依赖集体效应的天然优势。梨属于配子体型自交不亲和性果树，大多数品种自花授粉不能结实，并存在异花授粉不亲和现象。板栗与梨花粉都存在花粉直感效应，可通过授粉改善果实品质。而青杄（Picea wilsonii Mast.）与白皮松（Pinus bungeana Zucc.）属于裸子植物乔木，花期在4—5月。松科花粉的产量很大，由于中国有较大面积松科植物，所以松科花粉是国内很重要的花粉资源。刘明等[16]研究发现松花粉营养丰富，是很好的保健营养佳品。目前市场在售的花粉基本为松花粉。
对这4种花粉所含常量和微量元素进行对比分析有很大的意义。测定花粉中某些元素常采用火焰原子吸收分光光度法（FAAS）[4]、微波消解——原子荧光光谱法（AFS）[5]、全反射X射线荧光法（TXRF）[6]及电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）[7]等，根据样品及测定元素而定。其中采用ICP-AES法测定，具有检出限低、准确度高、动态线性范围宽且多种元素同时测定的优势，分析速度一般每个样品仅需3～4 min时间，在环保、食品、中药、地质、矿物、农业、生物医学以及金属材料等许多领域中得到广泛应用等优点[8-9]。
笔者采用干化与湿化2种方法对板栗、梨、青杄、白皮松的花粉进行前处理，用ICP-AES法测定4种花粉中矿质元素含量，以期为其营养成分的全面、深入研究提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验时间、地点
研究田间试验于2013年在怀柔板栗站和北京农学院校园进行，室内试验在北京农学院重点实验室进行。
1.2 试验材料
‘燕红’板栗、梨、青杄与白皮松花粉，将花粉收集、纯化后置于70℃烘箱中烘干至恒重，备用。
1.3 仪器与试剂
1.3.1 仪器 所用玻璃仪器均以10%硝酸浸泡24 h以上，用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗，晾干后备用。电子天平，精确度0.001 g；电感耦合等离子体发射光谱仪（Thermo Scientific iCAP 6000 Series）；可控温电热炉；马弗炉。ICP-AES最佳仪器条件见表1。
1.3.2 试剂 HCl、H2SO4、H2O2（30%），均为分析纯试剂。
1.4 试验方法
1.4.1 干灰化法处理样品 分别准确称取4种花粉2.000 g置于瓷干锅中，在电热炉上碳化至无白烟冒出后，放置于马弗炉中560℃灰化4～5 h。待样品冷却后加入5 mL 6 mol/L HCl，并在电炉上煮沸近干，转入50 mL容量瓶中，用0.1 mol/L HCl冲洗3次后定容至刻度，用定量滤纸过滤至50 mL干净的离心管中备用，平行处理3份，同时将未加样品的5 mL HCl用0.1 mol/L HCl定容至50 mL作空白。
1.4.2 酸消解法处理样品 分别准确称取4种花粉1.000 g置于消化管中，加入10 mL H2SO4，置于通风厨中消化。将消化管置于控温电炉上，缓慢升温使样品保持微沸，1 h后冷却加入1 mL H2O2（30%），继续保持微沸1 h，重复直至液体接近于无色透明后取下冷却，转入100 mL容量瓶中，用双蒸水冲洗消化管和漏斗3次并定容，平行处理3份，同时制备空白溶液作为对照。
2 结果与分析
2.1 不同前处理测定值结果与分析
对同一样品的花粉进行不同的上机前处理，测定不同矿质元素含量，结果见表2。4种花粉中有益元素含量对比折线图，见图1～4。
由表2的结果可以看出，干化法与湿化法在不同品种、不同元素下测定结果不尽相同，每种元素在同一品种中的含量比较中，75%的湿化法测定结果值高于干化法测定值。在精密度上，湿化法前处理RSD值约在0～6.15%，而干化法RSD值约在0.09%～8.91%，湿化法略低。由图1～4对比可以看出，2种方法处理后4种花粉中元素含量趋势大体一致。对比分析可以推断，采取湿化法处理样品较好于干化法。
2.2 品种元素含量对比
由表2湿化法的测定结果可以看出，各品种花粉中每种元素的含量比较不同。在板栗花粉中元素含量从多到少依次为Ca、K、Mg、Fe、Mn、Zn、B、Cu、Cr。梨花粉中元素含量从多到少排列为K、Ca、Mg、Fe、Zn、B、Mn、Cr、Cu，而白皮松花粉与梨花粉矿质元素含量的变化类似，不同的是白皮松花粉Cu含量高于Cr，其他元素含量顺序与梨花粉一致。青杄花粉中元素含量排列由多到少为K、Mg、Ca、Fe、Zn、Mn、B、Cu、Cr。
花粉中矿物元素的组成与含量因植物种类及地理位置的不同而有差异[1]。其中B、Mn、Cu、Cr在两种方法上的前后顺序有略微变化。由表2与图1～2可以看出，板栗花粉中Ca含量最高，相对其他元素极为显著，为其他花粉的3倍以上，这与另外3种花粉不同，可能与种植的土地，生长需要等因素有关。梨、白皮松、青杄中K元素含量最高，这与文献中报道的一致[6，10]，青杄花粉的K含量相对其他花粉最高，是其他花粉的2倍以上。由图1～4对比可以看出，4种花粉都含有丰富的Mg，以板栗花粉中最多。
4种花粉均含有微量元素B、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn。板栗花粉中Fe、Mn、Cu的含量较其他花粉最高。Zn的含量在梨与板栗花粉中最高，梨中的相对高一些。梨花粉中B、Cr的含量较其他花粉最高。另外，在所测花粉中锌、铜元素含量比值均呈Zn高Cu低的现象，这与癌症患者血清中Zn低Cu高的现象相反，因此花粉有利于调节体内的铜、锌平衡，可能起到抗癌作用[11]。从表2可以看出，板栗花粉中9种营养元素总含量最多，其次是青杄，白皮松最低。
3 结论
研究表明，采用ICP-AES法准确度高，且在测定花粉元素含量中应用广泛。前处理方法采用湿化法较优于干化法，元素损失量少，且较为快捷。
采用上述方法测定出板栗、梨、青杄和白皮松花粉均含有丰富的B、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn元素，其中板栗花粉Ca、Mg、Fe、Mn、Cu含量位居第1；梨花粉Zn、B、Cr位居第1，板栗次之；青杄花粉K位居第1。综合比较板栗花粉较为优秀，且国内对其元素含量的研究较少。本试验结果可为4种花粉的研究提供一定的科学依据。
4 讨论
（1）试验方法。前人用ICP-AES法测定花粉中元素含量，同时还有ICP-OES、X射线荧光分析法等，可根据材料的不同与所测定的元素选择适宜的方法。前处理干化法所需的试剂比湿化法少，且空白值低，但是干化法易造成元素损失，湿化法消解相对完全，一般认为湿消解法在处理样品精密度上整体较优于干灰化法，且较多应用于花粉上，所以在微量元素的测定结果中，2种前处理方法测定的微量元素含量排列有变化[4，12]。目前多采用的前处理方法是微波消解法，其加热快、消解能力强、空白值低、能避免挥发损失和污染样品等优势。由于本试验条件有限，只研究了干化与湿化法，以后应予以补充、充分验证。
（2）花粉中元素的重要作用。B、Ca有助于花粉萌发、花粉管伸长生长，例如板栗缺硼导致空苞，外施适合硼、钙配比的营养液有助于提高花粉质量与萌发率，从而影响果实产量。另外，施Zn也可以促进花粉萌发，有利于花粉管伸长，增加受精作用，提高坐果率。施用Zn对生长素生成和同化物向繁殖器官运输有促进作用，使花粉内含物充足避免花粉败育[13]。被子植物花粉（板栗、梨）微量元素（B、Fe、Mn、Zn、Cu、Cr）与常量元素（Ca、Mg）含量普遍高于裸子植物（青杄、白皮松），这可能与植物生长特性、种类、地域等因素有关。而青杄中钾元素含量最高，梨次之。推断钾可能对青杄花粉萌发起到较为重要的作用。
从营养上看，花粉中富含丰富的常量和微量元素，为人体正常发育所需，或起重要的保健作用。钙、锌可促进生长发育、抗衰老、抗癌以及安神健脑。铁是人体细胞生长必需的微量元素，缺铁会造成机体贫血，免疫力下降，引发白血病和肝癌等疾病。锰是体内酶的组成成分，也是酶的激发剂，是重要的抗衰老元素。而缺铬易患糖尿病和高血脂等症[15]。4种花粉中板栗的钙、铁和锰含量最高；青杄的钾含量最高，青杄花粉是松花粉中较优秀的品种之一，可作为富钾食品[14]。梨花粉锌含量最高，可作为补锌保健品。矿物质元素需通过饮食进入体内，但有些元素食用过量会适得其反，应根据需要选择，因此，保持人体内的元素平衡，有助于维持人体健康。同时，应考虑花粉品种和营养之间的关系，有效利用花粉。
（3）目前对松花粉与梨花粉的营养成份研究相对较多，且松花粉保健品应用广泛。支崇远等[14]研究发现在油松、青杄和白皮松中，青杄为较优秀的花粉。贾兵等[10]发现砀山酥梨、丰水梨花粉中K、Ca、Fe 、Zn、B 含量分别又比花柱高。凌裕平等[17]发现不同品种梨花粉K含量高于Ca，与本研究相符，但不同品种元素含量有差异。板栗花粉的研究开发相对较少，本文中板栗花粉的营养元素含量最高，可以作为营养保健品进行开发利用。未来可以通过测定氨基酸、维生素等，进一步确定花粉的营养价值。做好基础研究，才能更好地利用花粉资源。
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