廣西蠶蛹的砷汞硒銻含量測定及其安全利用探討

覃勇榮，李宏森，陸錫東，羅志勇，劉旭輝

（河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西宜州546300）

廣西蠶蛹的砷汞硒銻含量測定及其安全利用探討

覃勇榮，李宏森，陸錫東，羅志勇，劉旭輝*

（河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院，廣西宜州546300）

為了深入了解重金屬污染對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的影響，以便為當?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展提供決策依據(jù)，在廣西桑蠶主產(chǎn)區(qū)隨機采集蠶蛹樣品，用濕法消解，氫化物發(fā)生-原子熒光光度法，測定了蠶蛹中的As、Hg、Se、Sb等重金屬含量。結(jié)果表明：所測蠶蛹樣品中的As、Hg、Se、Sb含量分別為：0.60mg/kg～13.77mg/kg、0.003mg/kg～0.059mg/kg、0.56mg/kg～5.50mg/kg、0.000～0.072mg/kg。參照相關(guān)的食品安全國家標準，廣西蠶蛹樣品中的As含量全部超標（≥0.5mg/kg）；Se的含量相對較高，均超出了肉類和蛋白類食品的安全標準（≤0.5mg/kg）；大部分蠶蛹樣品（92.6%）中的Hg含量沒有超標（≤0.05mg/kg），但有2個蠶蛹樣品的Hg含量達到臨界值，1個蠶蛹樣品的Hg含量超標；蠶蛹樣品中的Sb含量均非常低。采自礦區(qū)及其鄰近縣市的蠶蛹樣品，其重金屬含量超標情況尤為嚴重。因為廣西蠶蛹樣品中的As和Se含量偏高，所以在金屬礦區(qū)或工礦企業(yè)周圍發(fā)展桑蠶產(chǎn)業(yè)應(yīng)合理規(guī)避環(huán)境風(fēng)險，開發(fā)利用蠶蛹等桑蠶副產(chǎn)品，應(yīng)對其重金屬進行有效清除或進行無害化處理。

廣西；蠶蛹；重金屬；砷；汞；硒；銻

蠶蛹是繅絲工業(yè)的主要副產(chǎn)物，富含蛋白質(zhì)和不飽和脂肪酸，人體必需的8種氨基酸含量高，是生產(chǎn)復(fù)合氨基酸的良好原料。在我國的醫(yī)學(xué)典籍中，蠶蛹是食藥兩用、滋補強身、調(diào)和脾胃、長肌肉的食物和藥物?，F(xiàn)今，種桑養(yǎng)蠶已成為廣西農(nóng)村的重要產(chǎn)業(yè)，桑園面積達17.47萬hm2，蠶繭產(chǎn)量超過30萬t[1]。蠶蛹約占蠶繭重量的75%，其合理開發(fā)利用具有巨大的潛在經(jīng)濟效益。廣西是有色金屬之鄉(xiāng)，礦產(chǎn)資源豐富，在礦物開采和選冶過程中，礦區(qū)及其周邊環(huán)境不可避免地受到重金屬污染的影響。特別是近年來，由于礦物資源的不合理開發(fā)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題比較突出，不僅使產(chǎn)業(yè)投資風(fēng)險增加，也給桑蠶產(chǎn)品質(zhì)量安全和副產(chǎn)品的深度開發(fā)帶來諸多不利的影響[2]。因此，對廣西蠶蛹中的重金屬含量進行測定和比較分析，具有重要的現(xiàn)實意義。目前，關(guān)于蠶蛹的相關(guān)研究主要集中在以下方面：①蠶蛹油、蠶蛹蛋白的提取工藝[3]；②蠶蛹營養(yǎng)成分分析（如微量元素分析，脂肪酸的性狀及組分分析，蠶蛹水解產(chǎn)物及氨基酸組分分析等）[4-7]；③生物活性成分及藥理作用[8]；④高蛋白飼料開發(fā)（飼料添加劑及禽畜飼料開發(fā)）[9]；⑤特色食品開發(fā)（食品添加劑、功能飲料研發(fā)等）[10-12]；⑥新型藥物開發(fā)（如人工皮膚生長因子研發(fā)等）[13]；⑦有毒有害物質(zhì)檢測（重金屬及農(nóng)藥殘留量分析）[14]。雖然重金屬污染對桑蠶種養(yǎng)的影響引起了一些研究者的關(guān)注，并利用盆栽試驗研究了鉛、鋅、鎘脅迫對桑樹幼苗生長的影響，提出了一些防治措施[15-18]。但是，迄今為止，關(guān)于重金屬礦區(qū)對桑蠶的生長、產(chǎn)量及毒性機理方面的研究報道甚少，對桑蠶副產(chǎn)品開發(fā)利用的潛在風(fēng)險也鮮有報道，關(guān)于As、Hg、Se、Sb等重金屬污染對廣西桑蠶業(yè)危害的研究鮮見公開報道。本研究利用濕法消解，氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法，對采自廣西主要桑蠶產(chǎn)區(qū)蠶蛹樣品的As、Hg、Se、Sb等重金屬含量進行測定，并對其利用風(fēng)險進行分析，可以為廣西蠶業(yè)資源的合理開發(fā)利用提供必要的參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 樣品采集及處理

本研究的試驗材料為蠶蛹。樣品采自廣西壯族自治區(qū)河池市、百色市、玉林市、貴港市等主要桑蠶產(chǎn)區(qū)，共采集了27個不同產(chǎn)地的蠶蛹樣品。蠶蛹樣品采集點的地域分布及數(shù)量統(tǒng)計見表1。

表1 廣西蠶蛹樣品的采集地分布Table1 Distribution of the silkworm pupa sam ples collected from Guangxi

2013年3月至2014年5月，在廣西各地市的主要養(yǎng)蠶區(qū)隨機采集蠶蛹或蠶繭樣品，樣品采回之后，置60℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱中烘至恒重（采集前經(jīng)過烘干處理的樣品，烘24 h即可），將蠶蛹粉碎后裝入塑料封口袋中，注明蠶蛹的采集地和采集時間等有關(guān)信息，然后將其放在玻璃干燥器中，置陰涼處保存，備用。因蠶蛹的脂肪和蛋白質(zhì)含量比較高，因此需要特別注意防潮和防蟲。

1.1.2 儀器設(shè)備

AFS-9900M全自動四通道氫化物發(fā)生原子熒光光度計（附帶專用AS-2型砷、汞、硒、銻編碼空心陰極燈，以及斷續(xù)流動自動進樣系統(tǒng)）：西安科創(chuàng)海光儀器有限公司；AL204電子天平：梅特勒-托利多儀器上海有限公司；101-2-BS電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海躍進醫(yī)療器械廠；艾柯DZG-303A純水儀：臺灣艾柯成都康寧試驗專用純水設(shè)備廠；華燁HYP-1040消化爐：上海纖檢儀器有限公司；所用玻璃儀器均用5%硝酸浸泡過夜，水清洗干凈，最后用去離子水沖洗干凈。

1.1.3 試劑

硝酸；鹽酸；高氯酸；濃度為100μg/mL的砷、汞、硒、銻標準溶液（國家標準物質(zhì)研究中心，GR）；混合液：稱取15 g硫脲和15 g抗壞血酸溶解于300mL去離子水中，混勻；載流液：5%鹽酸水溶液；還原劑溶液：稱取5 g NaOH溶于去離子水，溶解后加入20 g KBH4，定容至1 000mL。

除特別說明外，試驗藥品均為分析純（AR），試驗用水均為去離子水。

1.2 試驗方法

目前，國內(nèi)關(guān)于重金屬元素檢測的主要方法有：電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-MS）、原子吸收分光光度法（AAS）、電化學(xué)極譜法、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）等。本試驗采用濕法消解、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS法）測定蠶蛹中重金屬元素As、Hg、Se、Sb的含量[19-24]。

1.2.1 標準工作液的配制

用濃度為100μg/mL的As、Se、Sb、Hg標準溶液，分別配制成濃度為1.0μg/mL的As、Se、Sb標準儲備液和濃度為0.1μg/mL的Hg標準儲備液。分別移取0、0.5、1.0、2.0、4.0、5.0mLAs或Se標準儲備液，然后加入體積比為1∶1的硝酸10mL、混合液40mL，定容至100mL，配制成濃度分別為0、5.0、10.0、20.0、40.0、50.0 ng/mL的As或Se標準工作液；分別移取0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0mLSb標準儲備液，然后加入體積比為1∶1的硝酸10mL、混合液40mL，定容至100mL，配制成濃度分別為0、1.0、2.0、4.0、8.0、10.0 ng/mL的Sb標準工作液；分別移取0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、1.2mL Hg標準儲備液，然后加入1∶1硝酸10mL，定容至100mL，配制成濃度分別為0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、1.2 ng/mL的Hg標準工作液。Hg、Se標準系列工作溶液可以直接測定，As、Sb的標準系列工作溶液在室溫下放置30min后，置于自動進樣盤內(nèi)，按儀器條件測定。

1.2.2 重金屬元素測定條件的選擇

本試驗用HG-AFS法測定蠶蛹中重金屬元素As、Hg、Se、Sb的含量，混合液、載流液、還原劑溶液、儀器的工作條件見表2。

表2 儀器工作條件Table2 W orking conditionsof the instrument

1.3 試驗步驟

1.3.1 樣品溶液的制備

稱取粉碎后的蠶蛹樣品約0.5000 g置于消化管內(nèi)（每個樣品均做3個重復(fù)），加入10mLHNO3-HClO4混合酸（6∶1，體積比），再加入1mL 30%的H2O2，蓋上表面皿過夜（12 h以上），讓其緩慢氧化。次日在通風(fēng)櫥中用消化爐恒溫130℃加熱至紅棕色氣體變淡后，將溫度升至180℃，在此溫度持續(xù)加熱樣品，至消化管內(nèi)冒出大量的HClO4白煙為止，取下稍冷卻，加入5mL 6mol/LHCl，煮沸，取下冷卻。將消化好的樣品溶液無損失地移入50mL容量瓶中，加水定容，搖勻。Hg、Se可用樣品制備液直接進行測定；而As、Sb的測定則要從制備好的樣品溶液中分取10mL，再加入2mL混合液，搖勻，放置30min，然后用HG-AFS法進行測定。

1.3.2 樣品測定

在表2的儀器工作條件下，分別用As、Hg、Se、Sb的標準系列工作液制作標準曲線，然后在相同的條件下測定試劑空白和樣品溶液中各元素的相應(yīng)值，記錄儀器所測得的元素含量。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的處理及相關(guān)分析，主要使用Excel 2003、SPSS 19.0和Origin 7.0等數(shù)理統(tǒng)計軟件進行，用最小顯著差數(shù)法（LSD法）對廣西區(qū)內(nèi)不同產(chǎn)地蠶蛹樣品中的重金屬含量進行多重比較的方差分析（α=0.01）。

蠶蛹樣品中的被測重金屬元素含量：M/（mg/kg）= C×V/（m×1 000）

式中：C為從標準曲線中查到的被測重金屬元素的質(zhì)量濃度，ng/mL；V為濕法消化后定容體積，mL；m為烘干后的蠶蛹樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 校準曲線及回歸方程

As、Hg、Se、Sb等4個被測元素的回歸方程和相關(guān)系數(shù)分別為：Y=86.756C-66.067，R=0.999 4；Y=228.48C-4.465 4，R=0.999 6；Y=23.625C-10.855，R=0.999 8；Y= 199.98C+9.053 6，R=0.999 2。檢出限分別為：0.020、 0.002、0.020、0.020 ng/mL。

2.2 精密度試驗

從配制的As、Hg、Se、Sb標準系列工作液中任選一個濃度的待測溶液，在相同的試驗條件下分別重復(fù)測定6次，具體結(jié)果見表3。

表3 儀器的精密度試驗結(jié)果Table3 Precision testof themethod

由表3可知，As、Hg、Se、Sb四種元素標準工作液濃度測定的相對標準偏差（RSD）遠小于5%，由此可見，本試驗所使用的儀器精密度非常高。

2.3 蠶蛹樣品中的重金屬含量

蠶蛹樣品重金屬元素As、Hg、Se、Sb含量測量的結(jié)果見表4。

表4 廣西蠶蛹樣品重金屬含量的測定結(jié)果Table4 Resultsof heavym etalcontent in silkworm pupa samplescollected from Guangxi mg/kg

通過對廣西區(qū)內(nèi)27個蠶蛹樣品重金屬含量的測定，從表4可知，As的含量為0.60mg/kg～13.77mg/kg，Se的含量為0.56mg/kg～5.50mg/kg。參照食品安全國家標準GB 2762-2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》和GB 2762-2005《食品中污染物限量》，總砷≤0.5mg/kg，總汞≤0.05mg/kg，總硒≤0.5mg/kg。如果將所測蠶蛹樣品與肉類或蛋白類食品的重金屬含量標準進行比較，從試驗結(jié)果來看，所測蠶蛹樣品的砷和硒含量均超出了相應(yīng)的食品安全國家標準。金城江、東蘭、貴港、環(huán)江、羅城、平南等地的蠶蛹樣品，As含量超標比較嚴重，均在2.4mg/kg以上；在27個蠶蛹樣品中，有21個樣品的砷含量超標1倍以上，占樣品總數(shù)的77.78%。在平果和環(huán)江采集的蠶蛹樣品，Se含量最高的超出食品安全國家標準7倍～9倍以上，約有93%的蠶蛹樣品硒含量是食品安全標準的兩倍以上。本試驗測得的蠶蛹樣品的Hg含量在0.003mg/kg～0.059mg/kg之間，96.3%的蠶蛹樣品Hg含量符合食品安全相關(guān)要求（總汞≤0.05mg/kg），只有采自環(huán)江的一個蠶蛹樣品（HJ-2）Hg含量超標，采自柳城縣和平果縣的蠶蛹樣品Hg含量達到或接近臨界值（分別為0.050mg/kg和0.049mg/kg）。所測蠶蛹樣品的Sb含量均比較低（0～0.072mg/kg），因為找不到食品安全的相關(guān)標準（如礦泉水中Sb的限量為0.005mg/L），所以無法判斷其是否超標。

3 討論

本試驗采用低溫濕法對蠶蛹樣品進行消化，避免了在高溫條件下，干灰化法處理樣品時，揮發(fā)性元素汞和砷易揮發(fā)的問題。采用HG-AFS法測定蠶蛹中的微量元素，具有分析靈敏度高、干擾少、線性范圍寬、可進行多元素同時分析等特點，是一種優(yōu)良的痕量分析技術(shù)。從實驗測定結(jié)果來看，廣西不同產(chǎn)地蠶蛹的重金屬含量有較大差異，其原因可能與各地不同重金屬元素的土壤背景值和工礦企業(yè)布局有一定的關(guān)系。

由于諸多原因，我國農(nóng)業(yè)環(huán)境污染問題突出，形勢嚴峻，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，環(huán)境污染對桑蠶產(chǎn)業(yè)的影響不容忽視。廣西的桑蠶種養(yǎng)主要集中在河池、百色、貴港和玉林、賀州等地市，上述地區(qū)也是廣西有色金屬加工冶煉或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)比較發(fā)達的地區(qū)。工業(yè)三廢的排放，尤其是廢水、廢氣對桑園影響比較嚴重。家蠶食用污染物含量超標的桑葉，重金屬元素在其體內(nèi)累積下來，使得蠶蛹中的重金屬含量偏高，通過食物鏈和生物的富集效應(yīng)，或通過桑蠶副產(chǎn)品的開發(fā)，影響人體健康和生態(tài)安全。蠶蛹在食品和保健領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[25]，因此，蠶蛹食品的安全問題備受關(guān)注。砷的毒性很大，食物中過量的砷，還會使人患糖尿病。硒是人體必需的微量元素，對防治癌癥[26]、克山病、大骨節(jié)[27-29]、心腦血管疾病及提高人體免疫力[30]均有重要影響，但攝入過量也會導(dǎo)致中毒。汞對人的神經(jīng)及多個系統(tǒng)均有毒性[31-32]，極易通過食物途徑進入人體，其生物放大作用使汞中毒問題更加復(fù)雜，因此，食物中汞的限量標準非常嚴格[33-34]。

廣西礦產(chǎn)資源豐富，在礦石開采和金屬冶煉時，如果管理不善或技術(shù)方法處理不當，三廢偷排，對環(huán)境的危害極大，環(huán)境事件時有發(fā)生[35-36]。從本研究結(jié)果看，所采集的蠶蛹樣品As和Se含量全部超標，Hg含量大多沒有超標。采自河池的蠶蛹樣品，其砷含量普遍超標，編號為JChJ的蠶蛹樣品砷含量高達13.77mg/kg，超出食品安全國家標準的26倍之多，編號為DL和HJ的蠶蛹樣品的砷含量也超標5倍以上。劉旭輝等（2009）曾對宜州桑葉中的11種微量元素進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：被測樣品中Mn、Cu、Co、Ni、Cr等重金屬元素含量較高，均超出了食品安全的國家標準[37]，由此可見當?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量狀況可能有待改善。但是，劉旭輝等人當時并沒有對宜州桑葉中的As、Hg、Se、Sb等重金屬元素含量進行檢測，也沒有對宜州桑葉采樣點的桑園土壤重金屬含量進行比較分析，因此，無法說明宜州桑園土壤重金屬污染的狀況及桑葉重金屬超標的主要原因。所測蠶蛹樣品中的硒含量普遍超標，可能與桑蠶的主要食物來源（桑葉）有關(guān)。桑葉中的硒主要來源于土壤和水源，桑樹比一般的植物具有更強的富硒能力[38]。所以，筆者的試驗結(jié)果，從另一個側(cè)面說明了廣西重金屬污染問題的嚴重性，也說明了廣西桑蠶業(yè)發(fā)展所面臨的生態(tài)風(fēng)險。遺憾的是，關(guān)于重金屬污染對廣西桑蠶產(chǎn)業(yè)影響的相關(guān)研究和公開報道并不多見。因為人力物力所限，筆者的該研究也未能從生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和食物鏈的角度，對廣西桑蠶主產(chǎn)區(qū)桑園土壤、桑樹及蠶蛹中的As、Hg、Se、Sb等重金屬含量進行比較分析，以便深入了解桑樹對桑園土壤中相關(guān)重金屬元素的吸收、轉(zhuǎn)運及其在蠶蛹中分配和遷移的規(guī)律，為合理規(guī)避重金屬污染的生態(tài)風(fēng)險提供理論依據(jù)。諸多工作有待日后進一步深入和完善。

因為硒是一種對人體健康有重要影響作用的微量元素，富硒食品和保健品開發(fā)有廣闊的市場前景，因此，利用蠶蛹進行桑蠶副產(chǎn)品開發(fā)時，重金屬含量檢測和產(chǎn)品質(zhì)量控制（重金屬污染處理）是一個關(guān)鍵的技術(shù)問題。

河池市的鳳山和巴馬是遠離工業(yè)區(qū)的縣域，污染少、土質(zhì)及水質(zhì)好，從對鳳山、巴馬所產(chǎn)的蠶蛹的重金屬含量來看，其所測的重金屬元素含量遠低于其他產(chǎn)區(qū)的蠶蛹，就重金屬污染程度來看，其質(zhì)量優(yōu)于其他地區(qū)的蠶蛹。

4 結(jié)論

通過對以上試驗結(jié)果的分析討論，筆者認為，廣西不同產(chǎn)地的蠶蛹樣品重金屬含量差異較大，其大小排序為：Se>As>Hg>Sb，不同產(chǎn)地蠶蛹樣品中的As和Se含量差異顯著；采自工礦區(qū)及其周邊地區(qū)的蠶蛹樣品，其重金屬元素含量普遍較高；為了減少桑蠶產(chǎn)業(yè)風(fēng)險，保證產(chǎn)品質(zhì)量，桑蠶種養(yǎng)業(yè)應(yīng)盡量避免或適當遠離工礦區(qū)；在廣西等礦產(chǎn)資源較豐富的省區(qū)，以蠶蛹為主要原料的產(chǎn)品開發(fā)，應(yīng)對其重金屬含量進行嚴格監(jiān)測，并對有害重金屬進行有效去除，以降低使用風(fēng)險，消除安全隱患。

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Determ ination of Arsenic，M ercury，Selenium and Stibium in Silkworm Chrysalis Collected from Guangxiand Analysis of Its Safety Utilization

QINYong-rong，LIHong-sen，LUXi-dong，LUOZhi-yong，LIUXu-hui*
（SchoolofChemistry and Biological Engineering，HechiUniversity，Yizhou 546300，Guangxi，China）

In order to understand the impactofheavymetalpollution on the quality ofagricultural products，so as to provide decision-making basis for the developmentof local industry，silkworm chrysaliswere random collected from themain production areas in Guangxi.Heavymetal contentofarsenic，mercury，selenium and stibium in sampleswere determined bywetdigestion，hydride generation-atomic fluorescence spectrometry.The resultsshowed thatheavymetalcontentofAs，Hg，Seand Sb in sampleswere0.60mg/kg-13.77mg/kg，0.003mg/kg-0.059 mg/kg，0.56 mg/kg-5.50 mg/kg and 0.000-0.072 mg/kg respectively.Referenced to the national food safety standard related，As content in allsamplesexceeded the standard（≥0.5mg/kg）.Se contentof the sampleswere relatively high，and exceeded the national safety standards ofmeatand protein foods（≤0.5mg/kg）. Hg contentofmostsamples（92.6%）didn'texceed the standard，but two samplesof them approached the criticalvalue（0.05mg/kg），oneof the samplesexceeded the standard.Sb content in the sampleswere very low.Because ofunable to find the appropriate food or drug safety standards，whether Sb contentwasexcessiveornot，it could notbe determined.Because of heavymetal pollution，the situation of the samples collected from mining and itsneighboring countieswere particularly serious.Based on the resultsand analysis，some suggestionswere put forward by the authors.Because of Asand Se contentof the silkworm chrysalis collected from Guangxiwere relatively higher than thatof the other places，so，itshould be reasonable to avoid theenvironmental risks in theprocess of silkworm industry development in themining area or its surroundings.Furthermore，the exploitation ofsilkworm byproducts，theheavymetalelementsmustbeeffectively removed orharmless treated.

Guangxi；silkworm chrysalis；heavymetal；arsenic；mercury；selenium；stibium

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.24.027

2016-08-06

廣西高校重點學(xué)科（桂教科研[2010]6號）；廣西校地校企共建高?？萍紕?chuàng)新平臺（桂教科研[2012]9號）；廣西教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2013年度立項課題（2013B026）；廣西高校大學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新計劃項目（20121060509）

覃勇榮（1963—），男（漢），教授，碩士，主要從事桂西北巖溶地區(qū)生物資源開發(fā)利用與生態(tài)保護研究。

*通信作者：劉旭輝（1962—），女，教授，主要從事環(huán)境化學(xué)分析及巖溶地區(qū)資源開發(fā)研究。