铁是人体内所必需的微量元素，也是人体最重要的矿物质元素之一，在人体内是运送氧和利用氧的核心物质，主要参与氧的转运、交换和组织呼吸过程，同时也会参与人体的代谢和免疫调节，对人体的健康起着至关重要的作用[1-4]。当今世界，铁营养的缺乏仍是人类严重的营养缺乏症之一[5]，世界卫生组织的报告显示，全世界有10%～30%的人群具有不同程度贫血症状，其中大多数的贫血症状是由缺铁引起的[2]。
我国的膳食结构以谷物、薯类、蔬菜等为主，加以少量肉类[6]，如水稻、马铃薯、菠菜、猪肉、牛肉、鸡肉等，其中水稻糙米、精米、马铃薯、菠菜、猪肉、牛肉、鸡肉含铁量分别为 10 mg/kg～25 mg/kg[7]、2 mg/kg～28 mg/kg、1.50 mg/kg～9.63 mg/kg[8-9]、27.10 mg/kg[10]、8 mg/kg ～30 mg/kg[11]、16 mg/kg～32mg/kg[11]、6 mg/kg[11]，这些食源的含铁量不高，难以满足人体对铁的需求。据《本草纲目》记载，藕粉具有补铁功效，《食物成分表（全国代表值）》中曾记录浙江杭州的藕粉每100 g含41.8 mg的铁[12]，含量较高；但目前对莲藕的研究主要集中在营养成分、活性物质、保鲜贮藏技术、加工品开发方面[13-14]，而对莲藕中铁元素的研究涉及甚少，因此开展对莲藕中铁元素含量及其赋存形态的检测分析十分重要。本试验以湖北仙桃地区的鄂莲5号莲藕为研究对象，采用湿法消化-火焰原子吸收分光光度法测定不同月份鄂莲5号莲藕中总含铁量，分析该莲藕的铁元素含量周年变化，并研究铁元素的赋存形态，以期为合理开发利用鄂莲5号莲藕铁元素提供数据支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
鄂莲5号莲藕：湖北仙桃地区，采收时间1月、3月、4月、8月、10月、11月。
硝酸（优级纯）、高氯酸（优级纯）、氢氧化钠、冰醋酸、无水乙醚（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司；铁标准溶液（1 000 μg/mL）：北京坛墨质检科技有限公司。
1.2 仪器与设备
智能数显电热板（DB-2A）：天津工兴实验室仪器有限公司；搅拌机（MX-101SG1）：厦门建松电器有限公司；高速冷冻离心机（Sorvall ST16R）：美国Thermo公司；超纯水仪（Direvt-u8*）：贝徕美生物科技有限公司；分析天平（BSA 124S）：德国赛多利斯集团；pH计（FE28-Meter）：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；真空冷冻干燥机（LGJ-30F）：北京松源华兴科技发展有限公司；数显恒温水浴锅（SHJ-A）：江苏金坛市亿通电子有限公司；火焰原子吸收分光光度计（AA-6300CF）：日本岛津公司。
1.3 方法
1.3.1 样品处理
鄂莲5号鲜藕清洗干净，切成厚度为1 cm～2 cm的藕片，装袋，置于-20℃条件下预冻，之后用真空冷冻干燥机冻干，打碎、磨粉制成莲藕冻干粉末，用于莲藕淀粉、蛋白、藕渣的提取。
1.3.2 莲藕淀粉提取
称取一定质量的莲藕冻干粉末，过80目筛，超纯水浸泡20 h～24 h后，倾去上清液，用0.1%的NaOH溶液浸泡至分层，以除去蛋白质、小分子糖类等，静置后倾去上清液，再加入超纯水浸泡到分层，倾去上清液，如此反复用0.1%NaOH溶液和超纯水浸泡至上清液变澄清后，将沉淀用乙醚浸泡进行脱脂，再用水洗数次至上清液清澈透明，将沉淀进行冷冻干燥、搅碎成粉状，得莲藕淀粉冻干粉末，进行称量[15]。
1.3.3 莲藕蛋白提取
称取一定质量的莲藕冻干粉末，过80目筛，按1∶20（g/mL）的料液比（按过80目筛之前的莲藕冻干粉末质量计算）加入超纯水，调节溶液pH值至11，15℃条件下恒温磁力搅拌提取2 h，9 200 r/min离心15 min，取上清液，弃去残渣，调节上清液pH值为5，再以转速9 200 r/min离心15 min后得沉淀，用超纯水将沉淀洗涤几次后，将蛋白质沉淀进行冷冻干燥、搅碎，得莲藕蛋白冻干粉末，进行称量[16]。
1.3.4 藕渣制备
称取一定质量的莲藕冻干粉末过80目筛，收集目筛上面的藕渣，并称量。
1.3.5 鄂莲5号莲藕总含铁量及其淀粉、蛋白、藕渣含铁量测定
铁含量的测定参考文献[17]以及GB5009.90—2016《食品安全国家标准食品中铁的测定》第一法[18]，采用湿法消化-火焰原子吸收光谱法，硝酸∶高氯酸=4∶1（体积比）。称取适量不同月份的莲藕、莲藕淀粉、莲藕蛋白冻干粉末及藕渣，分别置于三角瓶中，按照表1的比例加酸，常温下放置过夜，于数显电热板上加热消解（及时补加硝酸），当溶液变为清亮无色并伴有白烟时，继续加热至近干，再向三角瓶中加入少量超纯水继续加热以赶尽多余的高氯酸[19]，直至消化液剩余体积为1 mL～2 mL时，停止加热，切不可蒸干。冷却后，用0.5%稀硝酸洗涤并定容至25 mL容量瓶，双层滤纸过滤，进行火焰原子吸收测定。同时按消解样品步骤制备试样空白，待火焰原子吸收测定。
表1 样品的加酸比例
Table 1 Acid addition ratio of samples
样品 质量/g 硝酸/mL 高氯酸/mL莲藕冻干粉末 0.1 2.5 0.625莲藕淀粉冻干粉末 0.1 2.5 0.625莲藕蛋白冻干粉末 0.1 10 2.5莲藕藕渣 0.1 5 1.25
1.3.6 测试条件
火焰原子吸收分光光度计仪器参数：波长248.3nm；狭缝宽0.2 nm；灯电流12 mA；燃烧器高度9 mm；燃气流量2.2 L/min；助燃气流量15.0 L/min。
1.3.7 鄂莲5号莲藕淀粉、蛋白、藕渣的得率计算
莲藕淀粉、蛋白、藕渣的得率按照公式（1）计算。
式中：m为提取样品质量，g；M为莲藕冻干粉末质量，g。
1.3.8 鄂莲5号莲藕中铁的赋存形态计算
按照公式（2）～公式（5）计算鄂莲5号莲藕中淀粉、蛋白、藕渣、无机及其他有机结合态铁[20]，分析铁元素的赋存形态。
淀粉结合态铁、蛋白结合态铁、藕渣结合态铁简称为淀粉铁、蛋白铁、藕渣铁。
1.4 数据处理与分析
试验数据采用Excel软件处理，结果以平均值±标准差表示，并采用SPSS Statistics 20.0软件进行显著性分析，所有图形采用Excel绘制。
2 结果与分析
2.1 标准曲线测定和检出限
取1 000 μg/mL铁标准溶液，以0.5%稀硝酸逐级稀释为系列标准溶液 1、2、3、4、5 μg/mL。按照 1.3.6设置火焰原子吸收分光光度计的仪器参数，测定标准系列溶液，绘制标准工作曲线，得标准曲线方程A=0.041 680C-0.003 400 0，相关系数（r）=1.000 0，线性关系良好。
取1.3.5处理过的空白溶液，连续测定12次，求得标准偏差（standard deviation，SD），按照公式 DL=3SD/K[21]（其中K为标准系列线性关系斜率）可计算出方法检出限（detection limit，DL）为 0.115 2 μg/mL，灵敏度高，检出限低。
2.2 精密度检验
取3个采收时间的鄂莲5号冻干粉末，按照1.3.5的试验方法进行3次重复测定，结果见表2。
表2 精密度试验结果
Table 2 Precision test results
采收时间测定结果/（mg/kg）平均值/（mg/kg）相对标准偏差/%重复1 重复2 重复3 4月 67.50 66.78 65.90 66.73 1.20 8月 116.12 110.48 117.20 114.60 3.15 10月 60.46 59.90 59.74 60.03 0.63
表2结果显示相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）均小于5%，满足分析测定痕量铁的准确度要求。
2.3 鄂莲5号莲藕总含铁量及其淀粉、蛋白、藕渣含铁量测定结果
取 1月、3月、4月、8月、10月、11月的鄂莲 5号莲藕，冻干后搅碎成粉末，并提取莲藕淀粉、蛋白冻干粉及藕渣，测定含铁量。
经预试验确定试验样品的称样质量（g），使测定浓度落在标准曲线范围内，按照1.3.5方法测定试验样品的含铁量，同一样品设置3个平行，结果见表3。
表3 不同月份鄂莲5号莲藕及其淀粉、蛋白、藕渣含铁量
Table 3 Iron content in the starch，protein，residue and total iron content of Elian No.5 lotus root in different months
注：同行小写字母不同表示差异显著（P＜0.05）。
月份含铁量/（mg/kg）莲藕 淀粉 蛋白 藕渣1 月 35.60±1.41 36.06±0.80c 393.31±9.25a 95.04±4.79b 3 月 56.14±1.57 35.19±1.74c 209.32±7.47a 71.74±4.69b 4 月 70.36±3.22 58.62±3.08c 273.19±5.02a 116.68±6.67b 8 月 116.40±2.86 126.51±3.13b159.33±14.07a170.73±2.35a 10 月 57.25±1.60 90.26±3.47b 333.96±8.69a 79.38±1.96c 11 月 50.62±2.46 37.37±2.16c 100.12±7.09a 50.34±1.95b
由表3可知，在整个莲藕周年生长期间，鄂莲5号莲藕总含铁量呈先上升后下降趋势，并在8月达到最大，为（116.40±2.86）mg/kg，1 月最小，为（35.60±1.41）mg/kg。在1月和3月，鄂莲5号淀粉中含铁量较稳定，基本持平，随后呈先上升后下降趋势，其中8月淀粉含铁量最大，达（126.51±3.13）mg/kg，3 月最小，为（35.19±1.74）mg/kg。鄂莲5号藕渣含铁量呈先下降后上升再下降的变化趋势，在 8 月含铁量达到峰值，为（170.73±2.35）mg/kg，11月含铁量最小，为（50.34±1.95）mg/kg。在鄂莲 5号周年生长期内蛋白中含铁量总体呈波动性下降的变化趋势。其中，蛋白含铁量在1月达到全年最高，为（393.31±9.25）mg/kg，之后出现下降-上升-下降-上升-下降的交替变化现象，且增、降幅度较大，并于11月降至全年最低（100.12±7.09）mg/kg。经 SPSS Statistics 20.0 显著性分析表明，在 1、3、4、11 月，蛋白中含铁量均显著高于淀粉、藕渣中含铁量（P＜0.05），藕渣中含铁量均显著高于淀粉中含铁量（P＜0.05）；在8月，蛋白、藕渣中含铁量均显著高于淀粉中含铁量（P＜0.05），蛋白中含铁量和藕渣中含铁量无显著性差异（P＞0.05）；在10月，蛋白中含铁量显著高于淀粉、藕渣中含铁量（P＜0.05），淀粉中含铁量显著高于藕渣中含铁量（P＜0.05）。总体上，莲藕蛋白中含铁量较高，可能是因为莲藕属双子叶植物，遵循机理Ⅰ[22]植物铁吸收机制，体内部分蛋白质承担还原、转运铁的功能，如根部膜联的三价铁氧化还原酶FRO2，铁调控转运蛋白1等，其中铁的结合位点较多[5，22]。
2.4 鄂莲5号莲藕中铁的赋存形态
不同月份鄂莲5号莲藕淀粉、蛋白、藕渣的得率结果见表4。
表4 鄂莲5号莲藕不同组分得率
Table 4 Extraction rate of different components in Elian No.5 lotus root
采样时间 淀粉得率/% 蛋白得率/% 藕渣得率/%1月 49.30 2.88 2.25 3月 57.47 4.20 23.12 4月 45.85 2.95 11.58 8月 43.92 2.60 9.73 10月 42.70 2.47 10.49 11月 69.87 3.08 23.83
根据1.3.8中的公式计算，铁元素在不同月份鄂莲5号莲藕中对应的赋存形态及其占总含铁量的比例见图1～图6。
图1 1月份不同铁形态占总含铁量的比例
Fig.1 Proportion of different iron forms to total iron content in January
图2 3月份不同铁形态占总含铁量的比例
Fig.2 Proportion of different iron forms to total iron content in March
图3 4月份不同铁形态占总含铁量的比例
Fig.3 Proportion of different iron forms to total iron content in April
图4 8月份不同铁形态占总含铁量的比例
Fig.4 Proportion of different iron forms to total iron content in August
图5 10月份不同铁形态占总含铁量的比例
Fig.5 Proportion of different iron forms to total iron content in October
图6 11月份不同铁形态占总含铁量的比例
Fig.6 Proportion of different iron forms to total iron content in November
由图1可知，在1月的鄂莲5号莲藕中，淀粉铁＞蛋白铁＞无机及其他有机结合态铁＞藕渣铁。淀粉中所富集的铁元素最多，淀粉铁是莲藕中铁的主要赋存形态，含量为17.78 mg/kg，占莲藕总含铁量的49.94%，藕渣铁含量最少，为2.14 mg/kg，占总含铁量的6.01%。
由图2可知，在3月的鄂莲5号莲藕中，淀粉铁＞藕渣铁＞无机及其他有机结合态铁＞蛋白铁。淀粉铁是莲藕中铁的主要赋存形态，含量为20.22 mg/kg，占总含铁量的36.02%，其次是藕渣铁，含量为16.59 mg/kg，占总含铁量的29.55%，而铁在蛋白中的赋存量最少，含量为8.79 mg/kg，占总含铁量的15.66%。
由图3可知，在4月的鄂莲5号莲藕中，淀粉铁＞无机及其他有机结合态铁＞藕渣铁＞蛋白铁。淀粉铁是莲藕中铁的主要赋存形态，含量为26.88 mg/kg，占总含铁量的38.20%。其次是无机及其他有机结合态铁，含量为21.91 mg/kg，占总含铁量的31.14%。还有部分铁与蛋白和藕渣结合存在。
由图4可知，在8月的鄂莲5号莲藕中，淀粉铁＞无机及其他有机结合态铁＞藕渣铁＞蛋白铁，淀粉铁是莲藕中铁的主要赋存形态，含量为55.56 mg/kg，占总含铁量的47.73%，其次是无机及其他有机结合态铁，含量为40.09 mg/kg，占总含铁量的34.44%，而蛋白中的铁富集量最少，仅占总含铁量的3.56%，铁元素主要赋存在淀粉中。
由图5可知，在10月的鄂莲5号莲藕中，淀粉铁＞藕渣铁＞蛋白铁＞无机及其他有机结合态铁。淀粉铁含量为38.54 mg/kg，远高于其他铁形态，占总含铁量的67.32%，是铁元素的主要赋存形态，而无机及其他有机结合态铁含量最少，为2.13mg/kg，仅占总含铁量的3.72%。
由图6可知，在11月的鄂莲5号莲藕中，淀粉铁＞藕渣铁＞无机及其他有机结合态铁＞蛋白铁。淀粉铁是莲藕中铁的主要赋存形态，含量为26.11 mg/kg，占总含铁量的51.58%。其次是藕渣铁，含量为12.00 mg/kg，占总含铁量的23.71%。蛋白中的铁富集量最少，仅占总含铁量的6.08%。
3 结论
本研究以鄂莲5号莲藕为试材，运用原子吸收光谱分析技术，研究其周年生长期内铁元素含量动态变化，并分析了该莲藕中铁的赋存形态。试验结果表明：鄂莲5号莲藕总含铁量及其淀粉、藕渣含铁量在全年生长期内总体呈现先升高后降低的趋势，并都在8月达到最大。蛋白中含铁量于1月达到全年最高，随后波动较大，但总体呈下降趋势。鄂莲5号莲藕全年含铁量处于较高水平，铁含量为（35.60±1.41）mg/kg～（116.40±2.86）mg/kg，高于水稻、马铃薯、菠菜等膳食。莲藕淀粉、蛋白、藕渣全年含铁量范围分别为（35.19±1.74）mg/kg～（126.51±3.13）mg/kg 、（100.12±7.09）mg/kg～（393.31±9.25）mg/kg、（50.34 ±1.95）mg/kg～（170.73 ±2.35）mg/kg。全年中，淀粉铁为鄂莲5号莲藕的铁元素主要赋存形态，占总含铁量的36.02%～67.32%，高于蛋白铁、藕渣铁和无机及其他有机结合态铁。经试验得出鄂莲5号莲藕铁元素丰富，淀粉中富集铁最多，因此合理利用鄂莲5号莲藕，研发补铁产品，对于减轻缺铁性贫血症状，促进人体身体健康，发展鄂莲5号莲藕种植地带特色农业具有重大意义。
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