黑木耳的“鐵”證

1、黑木耳的“鐵”證補(bǔ)鐵問(wèn)卷與網(wǎng)絡(luò)報(bào)道引發(fā)的鐵元素定性定量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證張馥康天泓喬元楨范雨美于海鷹（華東師范大學(xué)附屬周浦中學(xué)，上海 201318）摘要：通過(guò)實(shí)驗(yàn)確證黑木耳含鐵，并完成了鐵含量的定量分析。對(duì)高中學(xué)生問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)僅6%學(xué)生認(rèn)為黑木耳中含豐富鐵元素。比較幾種鐵元素提取方法，發(fā)現(xiàn)仿照課本中“海帶提碘”原理，將黑木耳灼燒灰化、鹽酸提取，濾液遇硫氰化鉀明顯顯紅色，與白木耳對(duì)比后證實(shí)黑木耳中含豐富鐵?；曳纸?jīng)濃硝酸/過(guò)氧化氫處理，在pH4.7緩沖體系中用鄰二氮菲法顯色，經(jīng)便攜的三波長(zhǎng)色度傳感器測(cè)得鐵的含量為(13.93±0.68) mg/100g，是菠菜含鐵量的1535倍。數(shù)據(jù)在專業(yè)文獻(xiàn)報(bào)

2、道范圍內(nèi)，與無(wú)數(shù)據(jù)來(lái)源的網(wǎng)絡(luò)報(bào)道差異明顯。關(guān)鍵詞：黑木耳； 鐵含量； 色度傳感器； 海帶提碘； 鄰二氮菲81 關(guān)于人體補(bǔ)鐵的問(wèn)卷調(diào)查上海市高中二年級(jí)第一學(xué)期化學(xué)課本（上科版）走進(jìn)精彩紛呈的金屬世界一章出現(xiàn)了鐵等常見(jiàn)金屬的物化性質(zhì)學(xué)習(xí)，鐵和鐵的化合物不光在社會(huì)生產(chǎn)生活中非常有用1，鐵元素還與人體健康息息相關(guān)。為調(diào)查教學(xué)對(duì)象對(duì)人體中鐵元素的認(rèn)知，我們?cè)O(shè)計(jì)了一份名為“關(guān)于補(bǔ)鐵需要知道的事兒”的問(wèn)卷，以選擇題形式對(duì)80名學(xué)生進(jìn)行相關(guān)調(diào)查（見(jiàn)附錄），共收到有效調(diào)查問(wèn)卷77份。問(wèn)卷設(shè)計(jì)的問(wèn)題如表1所示：表1 補(bǔ)鐵問(wèn)卷主要內(nèi)容與結(jié)果問(wèn)題內(nèi)容選擇率最高的答案一我們需要多少鐵？微量二人體中的鐵以何種形式存在？復(fù)

3、雜離子三如果缺鐵，哪種補(bǔ)鐵方式最高效？攝入足量含鐵豐富的食物四下列食物含鐵哪一種含鐵最豐富？菠菜五缺鐵可能有哪些癥狀？（多項(xiàng)）面色蒼白、記憶力差應(yīng)該說(shuō)學(xué)生對(duì)鐵元素之于人體健康的重要性有一定了解，而且充分意識(shí)到可用飲食補(bǔ)鐵（問(wèn)題三正確答案補(bǔ)鐵劑的選擇率并不是最高）。77%的學(xué)生選擇含鐵最豐富的食品是菠菜，這可能源自普通公民的口口相傳，甚至是童年“大力水手”中對(duì)菠菜的神話夸大，僅6%的學(xué)生選擇黑木耳。2 問(wèn)題的提出*本文實(shí)驗(yàn)獲2016年全國(guó)化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用及創(chuàng)新設(shè)計(jì)一等獎(jiǎng)*通訊作者部分學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索2，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)上報(bào)道黑木耳含鐵量比菠菜要高出二三十倍，比動(dòng)物性食品中豬肝還高出好幾倍，是各種葷素

4、食品中含鐵量最多的。黑木耳藥食同源，具有較高含量的粗蛋白、氨基酸、多糖，能起到清理消化道、降血壓的作用3,4?？墒呛诓涣锴?、名不見(jiàn)經(jīng)傳的黑木耳竟然含有大量的鐵元素？網(wǎng)上的報(bào)道屬實(shí)嗎？我們決定引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行黑木耳的“鐵”證實(shí)驗(yàn)。黑木耳中的鐵顯然不會(huì)是單質(zhì)，如果鐵元素能轉(zhuǎn)變成Fe3+，就能用硫氰化鉀試劑進(jìn)行顯色檢驗(yàn)。但是直接用蒸餾水并未溶出可檢測(cè)到的鐵離子，表明在木耳中鐵元素可能是以復(fù)雜形式存在。聯(lián)系到高一化學(xué)學(xué)生實(shí)驗(yàn)“海帶提碘”，海帶中的碘元素也是以有機(jī)碘形式存在，通過(guò)灼燒去除有機(jī)物，并將碘轉(zhuǎn)變成無(wú)機(jī)碘離子形式而進(jìn)入水中再進(jìn)一步提取。我們也嘗試對(duì)黑木耳灼燒后的灰分進(jìn)行酸浸、過(guò)濾后再

5、用于鐵離子檢驗(yàn)，以白木耳作為對(duì)比，找到“鐵”證。進(jìn)一步查閱文獻(xiàn)知道利用鄰二氮菲與Fe2+的顯色反應(yīng)可以進(jìn)行鐵元素濃度的定量測(cè)定，檢出限低。利用便攜的三波長(zhǎng)光源色度傳感器結(jié)合數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及電腦，我們得出了市售黑木耳中鐵元素的平均含量，網(wǎng)上報(bào)道的每百克黑木耳中鐵含量數(shù)據(jù)與本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有明顯出入。3實(shí)驗(yàn)試劑與儀器3.1 藥品與試劑：黑木耳（產(chǎn)地黑龍江伊春），白木耳（產(chǎn)地福建寧德），濃硝酸，30%過(guò)氧化氫，鹽酸，硫氰化鉀溶液，六水合硫酸亞鐵銨，鄰二氮菲，鹽酸羥胺，無(wú)水醋酸鈉，冰醋酸。3.2 儀器：家用榨汁機(jī)（九陽(yáng)），電子天平，三波長(zhǎng)光源色度傳感器（LW-C803，朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)）。4主要溶液配制4.

6、1 10 g/mL鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取0.3511 g六水合硫酸亞鐵銨，用15mL 2mol/L HCl溶解，加水定容至500mL，從中取10.00 mL加水定容至100mL。4.2 100 g/L的鹽酸羥胺溶液：稱取10 g鹽酸羥胺固體溶于水并定容至100mL。4.3 1.5 g/L的鄰二氮菲溶液：稱取0.15 g鄰二氮菲固體溶于50mL乙醇，并用水定容至100mL。4.4 HAc-NaAc緩沖溶液（pH約為4.7）：取8.3 g 無(wú)水NaAc溶于水中，加入6mL冰醋酸，加水定容至100mL。以上溶液需現(xiàn)配現(xiàn)用。5主要實(shí)驗(yàn)過(guò)程5.1木耳中鐵元素的提取市售木耳在家用榨汁機(jī)中粉碎，稱取一定質(zhì)量粉碎木

7、耳，在坩堝或蒸發(fā)皿中灼燒半小時(shí)至灰白色，將灰分轉(zhuǎn)移至干燥器中冷卻后，稱取一定質(zhì)量于小燒杯中。加入4mL濃硝酸，電熱板上微熱10 min，逐滴加入1 mL 30%的過(guò)氧化氫。反應(yīng)1 h后，加入10 mL 4 mol/L鹽酸，過(guò)濾，并用少量鹽酸洗滌燒杯與沉淀，濾液與洗滌液一并轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶，加水定容?；蛘邔⒒曳謨H用15 mL 4 mol/L鹽酸浸泡20 h后過(guò)濾，濾液用于定性檢驗(yàn)。5.2木耳中鐵元素的定性驗(yàn)證在白色點(diǎn)滴板中滴加四滴木耳鹽酸提取液，再加一滴硫氰化鉀溶液，觀察現(xiàn)象。5.3木耳中鐵元素的定量分析在六個(gè)50 mL容量瓶中，分別加入10 g/mL的Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、1.00、2.

8、00、3.00、4.00、5.00 mL，每個(gè)瓶中繼續(xù)加入1 mL鹽酸羥胺，搖勻，放置2min后，繼續(xù)加入5mLHAc-NaAc緩沖溶液和3mL鄰二氮菲，加水定容至50mL，放置10min后用色度傳感器測(cè)定吸光度。從已定容至50 mL的木耳提取液中取2.00 mL，同上方法加入試劑顯色、加水定容至50 mL并進(jìn)行相同檢測(cè)，平行三份。繪制吸光度Fe濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線，從線性擬合方程中計(jì)算提取液中Fe的濃度，并折算成100g市售木耳中所含的鐵元素質(zhì)量。5.4 色度傳感器的使用將色度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦正確連接，打開(kāi)朗威DISlab 8.0軟件，選擇“有色溶液濃度測(cè)定”界面（見(jiàn)圖1）。用1 cm玻璃比

9、色皿裝入待測(cè)溶液，選擇G波長(zhǎng)（約565 nm）光源，待穩(wěn)定后讀取吸光度數(shù)據(jù)并記錄。以加Fe 0.00 mL的容量瓶中溶液作為空白。圖1 色度傳感器的連接6結(jié)果與討論6.1 黑木耳中鐵的定性驗(yàn)證酸性條件下用KSCN試劑可以檢驗(yàn)溶液中的Fe3+，生成一系列顏色深淺不同的血紅色配離子Fe(SCN)n3-n (n=16)，此反應(yīng)檢出限量為0.25 g，最低濃度為5 g/mL。向2g打碎的黑木耳末中直接加入15 mL水或4 mol/L的鹽酸浸泡20 h，發(fā)現(xiàn)液體被木耳吸收。干木耳有較強(qiáng)的吸水性，直接提取需加大量溶液或減少木耳量。經(jīng)水或鹽酸浸泡后濾液與KSCN溶液顯色結(jié)果如圖2所示。由圖可知，直接用水提取

10、無(wú)法溶出Fe3+，用鹽酸提取的溶液本身具有明顯的顏色，滴入KSCN后有極淡的紅色出現(xiàn)。由于木耳等生物體含有大量多糖、膠質(zhì)等有機(jī)物5，鐵元素以復(fù)雜的有機(jī)鐵的形式存在于木耳中，直接浸取鐵離子溶出率太低。圖2黑木耳直接提取液與KSCN的顯色（第一排左：水浸原液，右：鹽酸浸原液；第二排：滴入KSCN）通過(guò)在酒精燈上灼燒，使木耳中的有機(jī)物轉(zhuǎn)變成二氧化碳與水，有望使有機(jī)鐵轉(zhuǎn)變成無(wú)機(jī)鐵離子或亞鐵離子。將木耳灼燒成灰分，取約0.2 g灰分加鹽酸浸泡后，濾液呈極淺的黃色，與KSCN反應(yīng)后出現(xiàn)明顯的紅色（圖3），證明提取液中含有Fe3+，則原木耳中確證含有鐵元素。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，減少提取灰分的質(zhì)量，則相同條件下呈現(xiàn)

11、紅色也稍淺（圖3最右列），這結(jié)果也與該顯色反應(yīng)紅色深淺與Fe3+離子濃度成正比一致6。圖3黑木耳灰分鹽酸浸取后的KSCN檢驗(yàn)（第一排：浸取原液，第二排：滴入KSCN）鐵元素的鑒定也可以用鄰二氮菲顯色法。在pH<9的溶液中，F(xiàn)e2+與鄰二氮菲反應(yīng)生成穩(wěn)定的橙紅色配離子。在加入顯色劑前，用鹽酸羥胺將Fe3+全部還原成Fe2+。用Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液及黑木耳灰硝酸/H2O2提取液分別進(jìn)行鄰二氮菲顯色反應(yīng)，后者呈現(xiàn)出與前者相同的橙紅色，再次證明了黑木耳中含有鐵元素，并且能夠通過(guò)鄰二氮菲分光光度法測(cè)定具體含量（見(jiàn)下文）。是不是木耳都含有較高的鐵元素呢？取市售黑木耳與白木耳在相同條件下處理，其灰分的鹽酸提取

12、液用KSCN檢驗(yàn)，對(duì)比如圖4所示。與黑木耳提取液相比，白木耳提取液基本無(wú)色，加入KSCN后呈現(xiàn)極淡的紅色，表明白木耳中所含鐵元素遠(yuǎn)低于黑木耳。圖4 黑木耳灰（左列）與白木耳灰（右列）的KSCN顯色（第一排：原液；第二排：滴入KSCN）6.2 黑木耳中鐵元素的定量分析6.2.1實(shí)驗(yàn)測(cè)定原理根據(jù)朗伯-比爾定律：A=abc式中A為吸光度，b為溶液層厚度，c為溶液的濃度，a為吸光系數(shù)。其中吸光系數(shù)與溶液的本性、溫度以及波長(zhǎng)等因素有關(guān)。溶液中其他組分（如溶劑等）對(duì)光的吸收可用空白液扣除。由上式可知，當(dāng)溶液層厚度b和吸光系數(shù)a固定時(shí)，吸光度A與溶液的濃度成線性關(guān)系，使用分光光度計(jì)或色度傳感器可以讀取溶液特

13、定波長(zhǎng)的吸光度。食品中鐵元素的測(cè)定方法有硫氰酸鉀法、鄰二氮菲法、原子吸收分光光度法等，鄰二氮菲法靈敏度高、選擇性好，顯色物質(zhì)穩(wěn)定。而使用的色度傳感器系列具有便攜、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)7，兩者相結(jié)合可以準(zhǔn)確快速測(cè)定試樣中的微量鐵。亞鐵離子與鄰二氮菲結(jié)合形成的有色物質(zhì)在510 nm處有最大吸收，本色度傳感器有三種不同波長(zhǎng)的單色光（B：藍(lán)；G：綠；R：紅）可以選擇，本實(shí)驗(yàn)選用G波長(zhǎng)使吸光度最大。顯色時(shí)加入緩沖液使體系pH 在5.0左右，使顯色反應(yīng)進(jìn)行完全。6.2.2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液系列濃度與吸光度記錄如表2，用Origin 6.0軟件作圖并線性擬合如圖5所示，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.38295x-0.

14、01145，線性擬合常數(shù)R²=0.99985，表明在所測(cè)濃度范圍內(nèi)，在該波長(zhǎng)下，鐵元素濃度與吸光度具有良好的線性關(guān)系。將樣品吸光度代入方程計(jì)算得到濃度數(shù)值，每100 g干黑木耳中鐵元素含量計(jì)算公式如下：m(mg/100g)=c(濃度)×50×25÷m(稱取干木耳質(zhì)量)×100×10-3表2 Fe標(biāo)液濃度-吸光度表Fe標(biāo)液濃度（g/mL）0.200.400.600.801.0吸光度（Abs）0.06610.14160.21820.29170.3740圖5鐵吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線由表3可知，待測(cè)的市售黑木耳每100克平均含鐵元素13.93&

15、#177;0.68毫克，專業(yè)文獻(xiàn)報(bào)道的每百克黑木耳總鐵含量一般在9.9417.79毫克之間8,9，這表明本文的測(cè)定方法可行，數(shù)據(jù)可靠。文獻(xiàn)報(bào)道利用類似方法測(cè)得每100克菠菜中鐵元素平均含量為：葉子0.4毫克10或0.9毫克11，莖0.7毫克10或0.9毫克11。與菠菜相比，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的黑木耳含鐵量是其1535倍（見(jiàn)圖6），與本文開(kāi)頭所寫的網(wǎng)絡(luò)報(bào)道比菠菜高出二三十倍2一致。不同品種或產(chǎn)地的黑木耳含鐵量，因菌種自身對(duì)鐵的攝取能力及黑木耳的栽培環(huán)境差異而可能呈現(xiàn)不同。但通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索引擎發(fā)現(xiàn)不少網(wǎng)頁(yè)上報(bào)道每百克黑木耳中鐵含量高達(dá)185毫克（無(wú)數(shù)據(jù)來(lái)源），與本文及專業(yè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)差異過(guò)大，可能是以訛傳訛，對(duì)

16、此表示強(qiáng)烈質(zhì)疑。表3 黑木耳中鐵元素含量檢測(cè)表內(nèi) 容樣品1#樣品2#樣品3#黑木耳質(zhì)量(g)5.0005.0506.725灰分質(zhì)量(g)0.2350.2020.269吸光度（Abs）0.19120.21440.2771提取液Fe元素濃度（g/mL）0.530.590.75Fe含量(mg/100g)13.2514.6013.94圖6 黑木耳與菠菜含鐵量比較在定量測(cè)鐵中，本實(shí)驗(yàn)使用的木耳灰提取體系是強(qiáng)氧化性的硝酸/過(guò)氧化氫混合體系。它能保證將所有存在的亞鐵全部氧化成鐵離子，再經(jīng)鹽酸羥胺全部還原成亞鐵離子進(jìn)行顯色，且在酸性環(huán)境中，鐵離子或亞鐵離子不易水解。作為對(duì)比，改用4 mol/L鹽酸提取過(guò)夜，相

17、同條件下測(cè)得每100克黑木耳含14.9毫克鐵元素，兩種對(duì)灰分的酸浸方式對(duì)結(jié)果影響并不大。7結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)黑木耳中豐富鐵元素的存在進(jìn)行了驗(yàn)證，并用鄰二氮菲分光光度法結(jié)合色度傳感器測(cè)得每百克黑木耳含鐵13.93±0.68毫克，是菠菜葉的1535倍，菠菜莖的2035倍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果擊破了高中生對(duì)“高”含鐵菠菜的迷信，更對(duì)某些網(wǎng)絡(luò)報(bào)道中黑木耳高達(dá)185毫克的含鐵量提出質(zhì)疑。通過(guò)本次課題研究，學(xué)生們還深刻體會(huì)到，在科學(xué)研究與實(shí)踐的過(guò)程當(dāng)中，應(yīng)不畏艱難困阻，積極、及時(shí)進(jìn)行反思與改進(jìn)，大膽質(zhì)疑“以訛傳訛”、“來(lái)源可疑”的數(shù)據(jù)，勇敢地在通往真理的道路上前進(jìn)。參考文獻(xiàn)1王星喬，騰瑛巧，汪紀(jì)苗，包朝龍. 基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)以“鐵及其化合物的應(yīng)用”為例J. 化學(xué)教學(xué)，2017，(5): 51-55.2 3 劉雅靜，袁延強(qiáng). 黑木耳營(yíng)養(yǎng)保健研究進(jìn)展J. 中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2010，(10): 66-69.4 李琦，侯麗華，劉鑫等. 黑木耳黑色素鑒定及提取工藝優(yōu)化J. 食品科學(xué)，2010，31(16): 87-92.5 王獻(xiàn)友，陳培云，吳廣臣等. 黑木耳多糖提取及其藥理活性的研究進(jìn)展J. 南方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2012，43(5): 683-687.6蔡雪梅. 紫菜中鐵與碘元素檢驗(yàn)的研究J. 運(yùn)城學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，28(