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      5種普洱熟茶中14種元素的測定及重金屬的健康風(fēng)險評價

      2020-03-12 02:10:30陳偉祥楊亞麗伍賢學(xué)史云東李亮星
      玉溪師范學(xué)院學(xué)報 2020年6期
      關(guān)鍵詞:種元素普洱金屬元素

      陳偉祥,楊亞麗,伍賢學(xué),史云東,李亮星

      (1、云南佳匯檢測技術(shù)有限公司,云南 玉溪,653100;2、玉溪師范學(xué)院 化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院,云南 玉溪,653100)

      普洱茶是在地理標(biāo)志保護范圍內(nèi)采用特定的加工工藝將云南大葉種曬青茶制成具有獨特品質(zhì)特征的茶葉[1].普洱茶有生茶與熟茶之分,普洱熟茶加工主要采用“渥堆”方法,其實質(zhì)是一個固態(tài)發(fā)酵過程[2,3].普洱熟茶茶性溫和,具有護胃養(yǎng)胃、抗疲勞、降血脂等功效,孟憲鈺[4]等從普洱熟茶中分離出多種功能性成分,對普洱熟茶的功效進行了驗證.飲茶有助于人體對微量元素的吸收,對人體起到營養(yǎng)、保健的作用[5].如:鋅參與體內(nèi)多種酶的合成,促進細胞的正常分化和發(fā)育,參與免疫功能,鐵參與氧的運輸和造血過程等[6].但茶葉的微量元素中還包括一些重金屬元素,其對人體健康有一定的影響[7,8].茶葉中的微量元素一定程度上反應(yīng)了茶葉的品質(zhì)[9].呂文英和馬蔚青等通過實驗研究茶葉中微量元素含量,結(jié)果表明人們?nèi)粘o嬘玫牟枞~中Zn、Cu、Ni等微量元素含量豐富,而對人體有危害的Pb、As含量較少[10,11].

      1 材料與方法

      1.1 實驗材料

      茶樣為2018年度景邁生態(tài)茶、景邁有機茶、景邁古樹茶、西雙版納茶和紫娟茶,由云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所提供.

      儀器:電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS,美國PE公司NexION 300X)、原子吸收分光光度計(AAS,北京普析通用TAS-990F)、微波消解儀(美國CEM公司MARS6)、微控數(shù)顯電熱板(北京萊伯泰科EG37B)、萬分之一分析天平(奧豪斯AR1140).

      試劑:硝酸(HNO3,65%,GR)、高氯酸(HClO3,AR)、超純水及K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 μg/mL(國家有色金屬及電子材料分析測試中心)、多元素混標(biāo)100 mg/L(美國PE公司)

      1.2 樣品預(yù)處理

      將5種熟茶茶樣于60℃烘箱中烘干至恒重,用超微粉碎機研碎,保存于干燥器中備用.

      1.3 樣品前處理

      濕法消解:準(zhǔn)確稱取處理后的茶樣約2.000 0 g于150 mL錐形瓶中,加混合酸30 mL(硝酸:高氯酸=5∶1,V/V)于盛樣錐形瓶中,在溫度為160~170℃的電熱板上消煮4~5 h,此過程中溶液保持微沸,反應(yīng)初始時產(chǎn)生大量NO2棕色氣體.當(dāng)棕色氣體不再產(chǎn)生,將錐形瓶放在電陶爐上攪拌1~2 min趕酸,將消煮液過濾轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中定容,用AAS法測定K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的待測液.

      微波消解:準(zhǔn)確稱取處理后的茶樣0.250 0 g于聚四氟乙烯消解罐中,加入5 mL硝酸和2 mL過氧化氫,待樣品反應(yīng)不劇烈后放入微波消解儀,按程序進行消解(表1).消解完成后,將消解罐放入石墨趕酸儀中,以130℃趕酸,待液體體積約為1~2 mL時取出,以超純水轉(zhuǎn)移定容至50 mL塑料容量瓶中定容,用ICP-MS法測定Cr、Ni、As、Se、Cd、Pb的待測液.

      表1 微波消解程序

      為去除試劑誤差,在濕法消解和微波消解的同時做3個試劑空白對照試驗.

      1.4 數(shù)據(jù)處理與安全性評價方法

      采用Excel 2019軟件進行數(shù)據(jù)分析和圖表繪制.

      安全性評價方法采用單因子污染指數(shù)法和Nemerow綜合污染指數(shù)法[12].其計算公式如下:

      Pi=Ci/Li

      式中:Pi為重金屬i的單因子污染指數(shù);Ci為重金屬i的實測濃度;Li為重金屬i的評價標(biāo)準(zhǔn).

      式中:P綜合為綜合污染指數(shù);Pimax為重金屬i的單項污染指數(shù)的最大值;Piave為重金屬i的單項污染指數(shù)的平均值.

      1.5 潛在健康風(fēng)險評估方法

      采用目標(biāo)危險系數(shù)(target hazard quotients,THQs)評價茶葉中重金屬元素對人體健康的潛在風(fēng)險.具體計算公式如下:

      式中,EF為暴露頻率(365 d/a),ED為平均暴露時間(通常取平均壽命70 a),F(xiàn)IR為食品攝入率(g/d,《中國居民膳食指南(2016)》[13]建議每日飲水量為1 500~1 700 mL,假設(shè)成人每日飲用茶湯1 700 mL,則對應(yīng)的茶葉干重為10.88 g[14]),C為茶葉中的重金屬含量(mg/kg),RfD為口服參考劑量(mg/kg/d,依據(jù)USEPA(2009)[15]的標(biāo)準(zhǔn),As、Cd、Cr、Pb的RfD分別為3×10-4、0.001、1.5、0.004 mg/kg/d),WAB為人體平均體重(kg,60 kg),TA為非致癌性暴露平均時間(d),取值為365 ED.

      THQ比值小于1時認為暴露人群無明顯健康風(fēng)險,反之,則認為存在健康風(fēng)險.

      2 結(jié)果與分析

      2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

      選用Fe、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、K、Na標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 μg/mL配置8元素梯度濃度標(biāo)準(zhǔn)液,用原子吸收法測定并建立回歸方程;選用Cr、Ni、As、Se、Cd、Pb多元素混標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溶液100 mg/L配置6元素梯度濃度標(biāo)準(zhǔn)液,用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定并建立回歸方程.

      從表2可知,14種微量元素標(biāo)準(zhǔn)曲線方程線性良好,相關(guān)系數(shù)r≥0.999.

      表2 14種元素線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)

      2.2 方法驗證

      分別選用國家標(biāo)準(zhǔn)柑橘葉(GBW10020)和蒜粉(GBW10022)參考物作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行方法驗證,結(jié)果見表3.

      表3 3標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)元素含量標(biāo)準(zhǔn)值及測定值

      由表3可知,用原子吸收法測定出的Fe、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、K、Na 8種元素含量都在標(biāo)準(zhǔn)柑橘葉(GBW10020)元素含量標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi);用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定出的Cr、Ni、As、Se、Cd、Pb 6種元素含量都在標(biāo)準(zhǔn)蒜粉(GBW10022)元素含量標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi).說明選用AAS法和ICP-MS法測定植物樣品中的14種元素具有較高的準(zhǔn)確度、可靠性較高.

      2.3 5種普洱熟茶中14種元素的含量

      通過方法驗證得出準(zhǔn)確的測定方法,對樣品待測液進行測定得出景邁生態(tài)茶、景邁有機茶、景邁古樹茶、西雙版納茶和紫娟茶5種熟茶中8種微量元素的含量,結(jié)果如圖1和表4.

      圖1 5種普洱熟茶中的8種微量元素含量

      表4 5種普洱熟茶中的6種重金屬元素含量( mg/kg)

      從圖1中5種普洱熟茶K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的含量看,所有樣品中元素的含量均表現(xiàn)為K>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Na>Cu.其中,西雙版納茶的Cu、Zn、Fe、Mg含量最低,景邁有機茶的Cu(22.91 mg/kg)、Na(44.07 mg/kg)含量最高,景邁古樹茶的Mn(1 180 mg/kg)和Ca(3 950 mg/kg)含量最高,景邁生態(tài)茶的K(28 691 mg/kg)、Fe(143 mg/kg)最高,紫娟茶的Mg(2 359 mg/kg)、Zn(51.14 mg/kg)最高.從測定和分析結(jié)果看,不同產(chǎn)地和不同種植方式的茶葉所含元素的量有一定差異,這與不同產(chǎn)地間溫度、濕度、土壤背景[16]和茶葉種植過程中灌溉用水、化肥純度、有機肥品質(zhì)等對茶葉本質(zhì)的影響有關(guān)[17~20].

      其中,5種普洱茶的6種重金屬中,Ni的含量最高,為4.830~7.433 mg/kg,其次是Cr(1.270~4.905 mg/kg),Cd和As的含量較低,分別為0.018~0.034 mg/kg和0.059~0.150 mg/kg.紫娟茶的Cr最高,景邁有機茶的Ni、As、Cd和Pb均高于其他茶葉,景邁古樹茶Se元素含量最高,為1.802 mg/kg.

      2.4 重金屬元素的安全性評價

      參照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《NY 659-2003茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》[21]和國家標(biāo)準(zhǔn)《GB 2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[22]對人體有害的重金屬元素As、Cd、Cr和Pb進行安全性評價,茶葉中重金屬元素的限量標(biāo)準(zhǔn)為As≤2.0 mg/kg、Cd≤1.0 mg/kg、Cr≤5.0 mg/kg、Pb≤5.0 mg/kg,5種普洱熟茶均未超過標(biāo)準(zhǔn)限量.通過綜合污染指數(shù)分析,僅紫娟茶的重金屬含量處于警戒線(0.719>0.7)水平,其他茶葉均處于安全水平(0.239~0.291)

      表5 5種普洱熟茶中重金屬污染狀況

      2.5 重金屬元素的健康風(fēng)險評價

      不同普洱熟茶中重金屬元素As、Cd、Cr、Pb的目標(biāo)風(fēng)險系數(shù)(THQs)如表6所示.5種普洱熟茶中4種重金屬的THQs為0.000 2~0.091,均小于1,暴露人群無明顯健康風(fēng)險.

      表6 5種普洱熟茶中重金屬的健康風(fēng)險評價

      3 結(jié) 論

      此次實驗采用濕法消解和微波消解對茶葉樣品進行前處理并結(jié)合原子吸收分光光度法和電感耦合等離子質(zhì)譜法測定5種普洱熟茶中14種元素的含量,測定結(jié)果表明,茶葉中含有豐富的礦質(zhì)元素和有益元素,5種普洱熟茶中14種元素含量順序為:K>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Na>Cu>Ni>Cr>Se>Pb>As>Cd,不同產(chǎn)地的普洱熟茶中元素含量存在差異.

      5種普洱熟茶的As、Cd、Cr、Pb含量均未超過標(biāo)準(zhǔn)限量,其綜合污染指數(shù)為0.239~0.719,5種普洱熟茶中4種重金屬的THQs均小于1,暴露人群無明顯健康風(fēng)險.

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