茶葉中重金屬鉛、鎘的研究進(jìn)展

向素雯,劉素純,*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410128;2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410128)

茶葉中重金屬鉛、鎘的研究進(jìn)展

向素雯1,2,劉素純1,2,*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙 410128;2.食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖南長(zhǎng)沙 410128)

茶在我國(guó)具有悠久的歷史,也是我國(guó)人們?cè)谌粘Ｉ钪凶畛ｏ嬘玫娘嬃?因此茶葉的質(zhì)量安全問題需要得到重視。本文主要闡述重金屬鉛、鎘污染對(duì)茶葉影響及對(duì)茶葉中重金屬鉛、鎘的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了較全面的綜述,為進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

茶葉,重金屬,鉛鎘污染,檢測(cè)技術(shù)

茶葉是中國(guó)人的主要飲料之一,中國(guó)有5000多年的栽茶史,是茶的故鄉(xiāng),種茶、制茶、喝茶的歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。我國(guó)民間一直流傳著這樣一句諺語:“清晨一杯茶,餓死賣藥人”,可見茶的保健功效[1]非同一般。直到上世紀(jì)90年代以前,茶葉中重金屬鉛等含量較低。據(jù)韓文炎等[2]報(bào)道,1989年第一屆中國(guó)農(nóng)業(yè)博覽會(huì)的名優(yōu)茶樣品,鉛含量在痕量～4.1 mg/kg之間,平均值和中值分別為0.70 mg/kg和0.44 mg/kg,超過原國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)2 mg/kg的茶樣為4.8%。

近年來隨著現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展,在造福人類的同時(shí),也使得大氣和土壤污染加重,直接影響是使茶葉中重金屬鉛、鎘含量超標(biāo)危及人們的身體健康,因此對(duì)茶葉中重金屬鉛、鎘的污染情況調(diào)查顯得尤為重要。

1 重金屬鉛、鎘對(duì)茶葉影響

土壤被重金屬污染[3]后,會(huì)使茶樹的生長(zhǎng)發(fā)育受阻,使茶葉呈棕色、葉片褪綠,表現(xiàn)出嚴(yán)重缺鐵癥狀并且使茶樹生長(zhǎng)緩慢,產(chǎn)量明顯下降[4]。據(jù)報(bào)道[5]鉛、鎘元素在茶樹體內(nèi)由高到低的分布秩序?yàn)?吸收根>嫩莖>成熟葉片>新梢(一芽?jī)扇~);茶樹各部位(吸收根、嫩莖、成熟葉片)鉛、鎘含量與土壤鉛、鎘間有明顯的正相關(guān)關(guān)系;復(fù)合污染下,鎘對(duì)吸收根、嫩莖、春茶、夏茶累積鉛具有協(xié)同作用,鉛對(duì)吸收根累積鎘具有協(xié)同作用,對(duì)茶樹其他部位累積鎘具有拮抗作用。

1.1 污染途徑

鉛、鎘是環(huán)境中重要的有毒金屬污染物,近年被越來越多地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,空氣、水體、土壤中不同程度受到污染[6]。茶葉中重金屬鉛的污染來源[7]主要包括:一是土壤基質(zhì)中的鉛、鎘含量高,由于化肥施用量的增大[8],重金屬在土壤中的長(zhǎng)期積累可改變其在土壤中的存在形態(tài)和生物有效性[9],同時(shí)使得土壤中的鉛、鎘易被茶樹根系所吸收;二是茶園周圍大氣中的鉛濃度增高,這和汽車量的增加有密切關(guān)系,汽車排放出的尾氣中含有大量的鉛[10],構(gòu)成茶園中茶樹的污染;三是茶葉加工機(jī)械中含有的鉛在茶葉加工過程中轉(zhuǎn)移到茶葉上[11]。

1.2 茶葉中重金屬鉛、鎘對(duì)人體危害

據(jù)研究沒有喝完或放得時(shí)間較長(zhǎng)的茶水暴露在空氣中,茶葉中的茶多酚與茶銹中的金屬元素就會(huì)發(fā)生氧化,形成茶垢,附著在杯子內(nèi)壁,而“茶垢”就是危害人體健康的罪魁禍?zhǔn)?。茶垢中含有鎘、鉛、汞、砷等有毒重金屬物質(zhì),這些物質(zhì)進(jìn)入人們的消化系統(tǒng),與食物中的蛋白質(zhì)、脂肪酸、維生素等相結(jié)合,不僅阻礙了人體對(duì)這些營(yíng)養(yǎng)素的吸收和消化,還會(huì)使腸胃等器官受到損害[12]。此外,經(jīng)常不清洗的茶杯,還留有更多水垢,其中也含有大量的重金屬,重金屬的污染范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染隱蔽性、無法被生物降解,并可能通過食物鏈不斷地在生物體內(nèi)富集,甚至可轉(zhuǎn)化為毒害性更大的甲基化合物,對(duì)食物鏈中某些生物產(chǎn)生毒害,或最終在人體內(nèi)蓄積對(duì)健康極為不利。眾所周知,1931年日本富山發(fā)生的“痛痛病”就是由于鎘中毒引起的。

2 茶葉中重金屬鉛、鎘的檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

2.1 樣品的預(yù)處理

預(yù)處理一般是除去茶葉中的有機(jī)成分,保留包括所需檢測(cè)的重金屬元素在內(nèi)的無機(jī)成分,方法主要包括傳統(tǒng)的灰化法,消化法及微波消解法[13-15],酸提取法和懸浮液直接進(jìn)樣法等[16],樣品前處理技術(shù)不斷發(fā)展,還有如激光濺射技術(shù)和超聲輔助技術(shù)等。

2.2 原子吸收光譜法(Atomic Absorption Spectroscopy,AAS)在茶葉重金屬去鉛、鎘檢測(cè)中的應(yīng)用

原子吸收光譜分析是基于從光源輻射出待測(cè)元素的特征光波,通過樣品的蒸汽時(shí),被蒸汽中待測(cè)元素的基態(tài)原子所吸收,由輻射光波強(qiáng)度減弱的程度,可以求出樣品中待測(cè)元素的含量。原子吸收光譜法已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,具有分析項(xiàng)目多、速度快、準(zhǔn)確度高、檢出限低、選擇性好、抗干擾能力強(qiáng)和用樣量少等特點(diǎn)[17-18]。原子吸收光譜法主要包括:火焰原子吸收光譜法(FAAS)和石墨爐原子吸收光譜法(GFAAS)。

火焰原子吸收光譜法具有靈敏度較高,費(fèi)用相對(duì)較低,易實(shí)現(xiàn)在線分析等有點(diǎn)。是測(cè)定鉛、鎘的常用方法。但對(duì)鉛、鎘含量較低的樣品,其檢測(cè)限一般難以滿足分析的要求,難以實(shí)現(xiàn)直接測(cè)定,需要樣品的分離富集。

石墨爐原子吸收光譜法應(yīng)用較多[19-22],鎘低溫易揮發(fā),原子化溫度較低,測(cè)定時(shí)灰化溫度一般不能超過300 ℃。測(cè)定時(shí)一般采用磷酸二氫銨作基本改進(jìn)劑來提高鎘的穩(wěn)定性,操作簡(jiǎn)單,靈敏度高,有較好的精密度和準(zhǔn)確度。張艷鈞等[23]采用微波消解樣品,石墨爐原子吸收法測(cè)定茶葉中鉛、鎘等元素,選擇磷酸銨作為基體改進(jìn)劑,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到鉛的特征量為13 pg,檢出限為8 pg,鎘的特征量為0.5 pg,檢出限為0.4 pg。對(duì)茶葉樣品進(jìn)行測(cè)定并做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),連續(xù)測(cè)定茶葉樣品6次,統(tǒng)計(jì)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為鉛4.8%、鎘4.6%。根據(jù)研究結(jié)果提出一種快速、靈敏、準(zhǔn)確測(cè)定茶葉中鉛鎘等的分析方法。

2.3 電化學(xué)法在茶葉重金屬鉛、鎘檢測(cè)中的應(yīng)用

電化學(xué)法[24]是根據(jù)電極與水樣接觸后引起氧化還原反應(yīng),其電流的變化與有機(jī)物的濃度相關(guān),間接測(cè)量出COD(化學(xué)需氧量)值。電化學(xué)法有包括伏安分析法、離子選擇性電極法、極譜分析法及電位溶出法等。該類分析儀主要有二種技術(shù)原理:羥基及臭氧氧化-電化學(xué)測(cè)量法和臭氧氧化-電化學(xué)測(cè)量法。電化學(xué)法靈敏度、準(zhǔn)確度高,測(cè)量范圍寬,儀器設(shè)備簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,但條件苛刻,測(cè)定結(jié)果重現(xiàn)性差。目前鎘測(cè)定中主要的電化學(xué)方法有溶出伏安法和極譜法。

楊蘭增等[25]采用微波消解結(jié)合同位鍍汞陽極溶出伏安法,對(duì)于茶葉中的鉛、鎘等進(jìn)行同時(shí)測(cè)定,根據(jù)微波消解-溶出伏安法對(duì)于茶葉中鉛、鎘等的測(cè)定結(jié)果,與原子吸收光譜法對(duì)于鉛、鎘等測(cè)定結(jié)果相比,表明微波消解-溶出伏安法不僅測(cè)定方法簡(jiǎn)便、快速,并且測(cè)定過程中具有較高的靈敏度以及較好選擇性、可靠性等特征,具有突出的實(shí)際檢測(cè)應(yīng)用價(jià)值。

由于方波溶出伏安法[26]是測(cè)定痕量金屬離子的一種高靈敏度的電化學(xué)方法,趙廣英等[27]對(duì)方波溶出伏安法檢測(cè)茶葉中鉛的5種常用(茶葉)樣品前處理方法進(jìn)行比較,結(jié)果表明微波消解是5種常用茶葉樣品前處理方法中最適用方波溶出伏安法快速測(cè)定痕量鉛的方法。

2.4 電感耦合等離子體質(zhì)譜法(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry,ICP-MS)在茶葉重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

電感耦合等離子體質(zhì)譜法[28]是以電感耦合等離子體為離子源,以質(zhì)譜計(jì)進(jìn)行檢測(cè)的無機(jī)多元素分析技術(shù)。ICP-MS具有靈敏度高、背景低、檢出限低10×10-15g/g(ppq)、線性范圍寬108～109、干擾少,圖譜簡(jiǎn)單,210條單電荷離子線、分析精密度高等特點(diǎn)。魯照玲等[29]采用濕法和微波消解在不同條件下對(duì)茶葉進(jìn)行前處理,對(duì)不同方法消除茶葉中有機(jī)碳的效果進(jìn)行了研究[30],并通過GBW10016茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Pb、Cd等重金屬分析結(jié)果的驗(yàn)證,建立了茶葉基體中6種重金屬定量適宜的前處理方法和電感耦合等離子體質(zhì)譜定量測(cè)定方法。陳紅梅等[31]建立了微波消解茶葉樣品,ICP-MS測(cè)定茶葉中鉛、鎘等多種重金屬的方法,該方法消解快速,污染損失少,且可多種元素同時(shí)測(cè)定,操作簡(jiǎn)便快速,靈敏度高,準(zhǔn)確度好。

2.5 原子熒光光譜法(Atomic fluorescence spectroscopy,AFS)在茶葉重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

定量分析應(yīng)用于冶金、地質(zhì)、醫(yī)藥和環(huán)境保護(hù)部門中痕量元素的測(cè)量。元素有各自的特征原子熒光光譜,根據(jù)記錄的熒光譜線可判斷哪些元素存在。原子熒光光譜法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、各元素相互之間的光譜干擾少和多元素可以同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn),是一種有潛力的痕量分析方法。今后的任務(wù)是發(fā)展新的光源和尋找更理想的原子化器。

因?yàn)椴枞~中的重金屬是通過水和土壤在整個(gè)生長(zhǎng)過程中逐步滲入的,并不存在于表面,所以不能通過水洗、浸泡等方法來減少。原子熒光光譜法測(cè)定茶葉中的鉛,簡(jiǎn)便,穩(wěn)定性好,此方法可以滿足科研和環(huán)境監(jiān)測(cè)分析的需要。陳興利[32]探討茶葉中鎘的蒸氣發(fā)生-原子熒光光譜法于樣品處理前期離線進(jìn)行基體分離,干擾消除徹底,利用優(yōu)化鎘蒸氣發(fā)生體系,操作簡(jiǎn)便,設(shè)備簡(jiǎn)單,用于實(shí)際樣品測(cè)定,方法準(zhǔn)確可靠。丁宇清[33]采用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定茶葉中鉛的含量,充分利用此兩種儀器的消化容易、用酸量小、譜線簡(jiǎn)單、光譜干擾少的特點(diǎn),取得了較好的精密度和準(zhǔn)確度。董正榮等[34]采用硝酸-高氯酸混合酸消解試樣,加入鹽酸、草酸、鐵氰化鉀及2%的鹽酸作為載流介質(zhì);用氫化物-原子熒光光譜法測(cè)定茶葉中鉛,線性范圍為0.037～80 ng/mL,檢出限為0.021 ng/mL。證明該方法是一種靈敏度高、線性范圍寬、檢出限低、干擾少、操作簡(jiǎn)單的方法。

2.6 毛細(xì)管離子分析法(Capillary Ion Analysis,CIA)在茶葉重金屬檢測(cè)中的運(yùn)用

毛細(xì)管電泳(CE)是一種高效分離技術(shù),具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[35]。CE有多種模式,毛細(xì)管離子分析法(CIA)是用于小分子離子分析的一種新模式。舒友琴等[36]用毛細(xì)管離子分析法測(cè)定茶葉中的鉛、鎘等五種元素,在10 mmol/L咪唑,10 mmol/L α-羥基乙酸,pH4.0的電泳介質(zhì)中,離子在10 min內(nèi)得到了分離,用間接紫外法檢測(cè),以外標(biāo)法定量,元素的線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)為0.9973～0.9997,平均回收率在96.4%～104.2%之間,相對(duì)平均偏差為2.1%～3.3%,檢測(cè)限為0.02～0.2 μmg/mL。此方法快速簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確度高、測(cè)定成本低。

2.7 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry,ICP-AES)在茶葉重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法是近幾十年發(fā)展起來的一種新的分析技術(shù),具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、線性范圍寬及同時(shí)測(cè)定或順序測(cè)定多元素等優(yōu)點(diǎn)。傅明等[37]研究了用微波消解前處理樣品,ICP-AES法同時(shí)測(cè)定茶葉中鉛、鎘、鐵、鋅、硒等12個(gè)元素含量的方法,并對(duì)樣品前處理、酸度及茶葉中共存元素干擾的影響等因素進(jìn)行了探討,該方法的回收率在84.5%～115%之間,精密度RSD均小于9%,該方法能滿足茶葉測(cè)定要求。

2.8 分光光度法在茶葉檢測(cè)中的應(yīng)用

分光光度法所需儀器常見,測(cè)定成本低,方法簡(jiǎn)單,穩(wěn)定性好。不足之處是對(duì)低含量的重金屬檢測(cè)達(dá)不到要求,且測(cè)定中有時(shí)需要使用有機(jī)溶劑,操作繁瑣。

李方等[38]利用分光光度法,將四(4-磺酸苯基)卟啉與Pb(Ⅱ)、鎘(Ⅱ)等形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,實(shí)現(xiàn)了樣品中干擾離子的分離以及痕量Pb(Ⅱ)、鎘(Ⅱ)等的富集和相互分離。該法簡(jiǎn)便、易操作、不需使用大量有毒有機(jī)試劑及具有選擇性吸附的巰基棉富集分離法,用于茶葉測(cè)定重金屬可以獲得良好的結(jié)果。

2.9 高效液相色譜法(High Performance Liquid Chromatography,HPLC)在茶葉重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

近幾年來高效液相色譜法在無機(jī)分析中的應(yīng)用研究取得了迅速發(fā)展,痕量金屬離子與有機(jī)試劑形成穩(wěn)定的有色絡(luò)合物,用高效液相色譜分離,紫外-可見光度檢測(cè)器測(cè)定金屬離子,克服了光度分析選擇性差的缺點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定,方法簡(jiǎn)便[39]。至目前為止還未見報(bào)道用高效液相色譜法檢測(cè)茶葉中的鉛、鎘,但該法簡(jiǎn)便易操作,發(fā)展前景廣闊。

2.10 茶葉重金屬鉛速測(cè)儀在茶葉重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

茶葉安全速測(cè)儀檢測(cè)成本低、方法簡(jiǎn)便,并且結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室方法具有良好的相關(guān)性,適用于基層監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)單位質(zhì)控使用?；鶎庸ど毯托l(wèi)生等部門通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)可對(duì)我國(guó)城鄉(xiāng)普遍存在的大量小規(guī)模、零散的茶葉店進(jìn)行監(jiān)控,同時(shí)茶葉生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)單位通過自律自檢也可有效地減少問題茶、垃圾茶的流通,從而為茶葉消費(fèi)者身體健康提供了有力的保障。

3 展望

隨著人們生活水平的不斷提高,人們?cè)谌找骊P(guān)注茶葉營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí),也開始重視茶葉中微量的有害重金屬鉛、鎘的含量狀況。綜上所述的幾種檢測(cè)方法:

火焰原子吸收法操作簡(jiǎn)單、分析速度快、測(cè)定高濃度元素時(shí)干擾小、信號(hào)穩(wěn)定;石墨爐原子吸收法靈敏、準(zhǔn)確、選擇性好,但基本干擾嚴(yán)重,不適合多種元素分析;電感耦合等離子體質(zhì)譜法靈敏度高,選擇性好,能同時(shí)分析多種元素,但價(jià)格昂貴,易受污染。幾種主要方法各有利弊,我們?cè)趯ふ腋硐氲臋z測(cè)方法的同時(shí),也為了減輕科研工作者繁重的檢測(cè)任務(wù),更應(yīng)該采取必要的防護(hù)措施,改善土壤及水質(zhì),從根本上減少重金屬鉛、鎘對(duì)茶樹的污染。讓更高品質(zhì)的茶葉走向世界,把我國(guó)的茶文化發(fā)揚(yáng)光大。

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Research progress in heavy metal of Plumbum and Cadmium in tea

XIANG Su-wen1,2,LIU Su-chun1,2,*

(1.College of Food Science and Technology Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China;2.Hunan Key Laboratories of Food Science and Biotechnology,Changsha 410128,China)

Tea is the most popular drink in daily life and it has a long history in China.So the quality and safety of tea must be taken seriously. This paper mainly summarized the effect of heavy metal plumbum and cadmium’s pollution on tea and overviewed the detection technologies about plumbum and cadmium.This paper can provide a foundation for further study.

tea;heavy metal;Plumbum and Cadmium pollution;detection technology

2014-11-24

向素雯(1989-),女,研究生在讀,研究方向:食品衛(wèi)生控制,E-mail:10031184@qq.com。

*通訊作者:劉素純(1966-),女,博士，教授,研究方向：食品質(zhì)量與安全控制，E-mail:liusuchun@163.com。

TS272

A

1002-0306(2015)15-0386-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.073