香榧微量元素和重金屬含量的測定與聚類分析

王巧，夏欣欣，沈維維，陳瑞敏，周瑾，孫小紅

（紹興文理學(xué)院元培學(xué)院，浙江紹興312000）

香榧（Torreya grandis cv‘Merrillii’）是榧樹中的變異類型，經(jīng)人工培育（嫁接）而成的優(yōu)良品種[1]，也是目前榧樹中惟一進(jìn)行人工栽培的品種。香榧種仁含油率高，脂肪酸組成以亞油酸和油酸為主，種仁含有19種礦物元素。鉀、鈣、磷、鎂含量豐富，此外香榧還含有Ca、Fe和Se等微量元素[2-4]。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，微量元素是人體的重要組成部分，參與人體許多生化反應(yīng)，提高酶的活性，具有增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能，是維持生命活動(dòng)不可缺少物質(zhì)[5-8]。近年來，食品的營養(yǎng)價(jià)值與其含有的微量元素關(guān)系[9]以及對人體具有毒性的Pb、Cd、Hg和As等元素的分析檢測評價(jià)已引起人們的普遍關(guān)注。

紹興作為香榧的原產(chǎn)地，會稽山區(qū)是香榧的主產(chǎn)區(qū)，紹興會稽山古香榧群更是全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)，也是全國香榧種質(zhì)資源的自然保存中心。目前，紹興全市有香榧面積2萬hm2，投產(chǎn)面積5 667 hm2，全市香榧干果產(chǎn)量3 800 t，約占全國香榧產(chǎn)量的60%

紹興香榧產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，種植面積與產(chǎn)量快速增加，香榧享譽(yù)全國，人們也越來越關(guān)注香榧的內(nèi)在品質(zhì)的研究[10]。然而關(guān)于香榧中金屬元素，特別是鉛、鎘、汞和銅等重金屬含量水平卻鮮有系統(tǒng)研究報(bào)道。因此，分析香榧果實(shí)中有益礦質(zhì)元素的含量，評價(jià)其元素營養(yǎng)價(jià)值，對指導(dǎo)果農(nóng)科學(xué)、合理的施肥和保障區(qū)域果業(yè)優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展具有要的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，本研究對浙江紹興主產(chǎn)區(qū)所產(chǎn)香榧中5種重金屬元素（Pb、Cu、Hg、As、Cd）含量進(jìn)行了檢測，以了解其污染狀況，為香榧的質(zhì)量安全評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2016年9月中旬香榧采摘季節(jié)，在浙江紹興、諸暨、嵊州3市（縣）39處具有代表性的香榧生產(chǎn)基地進(jìn)行樣品采集，具體來源見表1。

表1 香榧來源Table 1 The source of Torreya grandis cv‘Merrillii’

每樣地選取30株～40株樹，在每株樹冠的南面中上部隨機(jī)采20個(gè)充分成熟的青果（未去掉假種皮的香榧種蒲），樣品采集后用清潔食品袋包裝，避免樣品間交叉污染，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行處理。放于通風(fēng)、干燥處，腐熟后剝?nèi)デ嗥?，晾曬過程中要隨時(shí)翻動(dòng)，使其干燥均勻，當(dāng)堅(jiān)果的含水量＜8%時(shí)即可，放于0～4℃干燥、密閉處進(jìn)行保存，待測。

1.2 儀器

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，ICP-AES）：美國Leeman公司。

1.3 檢測方法

取各香榧樣品，種子去殼，于105℃烘箱中烘干至恒重，隨機(jī)選取30顆，粉碎。每個(gè)樣品取粉末約0.5 g，按質(zhì)量比例1∶1稱取硝酸鎂，兩者置于坩堝中混合。坩堝加蓋置于電爐上加熱（逐漸升溫），3小時(shí)后不再冒煙，停止加熱。坩堝冷卻，將其按一定順序放入馬弗爐中，于550℃下加熱2 h。冷卻，按順序取出樣品，用硝酸進(jìn)行溶解（不能完全溶解的情況下可適當(dāng)于通風(fēng)櫥中電爐加熱），蒸餾水進(jìn)行定容至25 mL（酸度不超過7%），采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定，根據(jù)微量元素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出香榧中各微量元素以及重金屬含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件的歐氏距離法進(jìn)行聚類分析。香榧的重金屬含量水平評價(jià)采用單因子污染指數(shù)評價(jià)：公式（1）Pi=Ci/Si（Pi為香榧中第i種重金屬元素的污染指數(shù)；Ci為香榧中第i種重金屬元素的實(shí)測含量，mg/kg；Si為香榧中第i種重金屬元素的限量標(biāo)準(zhǔn)值）。當(dāng)Pi≤1時(shí)，表示香榧未受污染；當(dāng)Pi＞1時(shí)，表示香榧受到污染，且其值越大則污染越嚴(yán)重。

表2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)等價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Pollution index ranking of Nimerlo composite index

2 結(jié)果與分析

2.1 香榧中有益礦質(zhì)元素含量的測定結(jié)果

測定的7個(gè)產(chǎn)地39份香榧樣品有益礦質(zhì)元素如下列表3所示。

表3 香榧中有益微量元素含量的測定結(jié)果Table 3 Content of benefit elements in Torreya grandis cv‘Merrillii’

7個(gè)地方的香榧都含有豐富的有益礦質(zhì)元素。鉀的平均含量為7 374.11 mg/kg，鈣為1 956.55 mg/kg，含量都較其他堅(jiān)果高。同一元素不同產(chǎn)區(qū)之間含量差異顯著。有益礦質(zhì)元素中含量最高的元素是Ca和K，尤其是K。其中鉀元素含量最高的是嵊州小昆的香榧，鈣含量最高的是諸暨趙家的香榧，硒含量最高的是嵊州竹溪的香榧。所有產(chǎn)地香榧都含有豐富的Se，F(xiàn)e和Zn。說明會稽山區(qū)香榧富含Se，屬于富硒堅(jiān)果。魏國濤[11]指出花生、核桃、榛子、板栗、杏仁、松子、開心果、葵花籽這8種堅(jiān)果中鈣元素相對于其他元素相對含量較高，其中相對含量最高的是開心果為1 070.5 μg/g。而本研究結(jié)果表明香榧在Ca元素含量上遠(yuǎn)超于其他堅(jiān)果，同時(shí)含有一定量的硒。因此認(rèn)定香榧屬于高鈣、高鉀，富硒堅(jiān)果。

2.2 香榧中重金屬含量水平及分析

7個(gè)產(chǎn)地39個(gè)香榧樣品重金屬含量檢測結(jié)果見表 4、表 5。

表4 香榧中重金屬元素含量比較Table 4 Content of harmful elements in Torreya grandis cv‘Merrillii’

表5 香榧樣品中重金屬含量檢測結(jié)果Table 5 Content of harmful elements in Torreya grandis cv‘Merrillii’

從表4、表5中可以看出：銅、汞這2種重金屬元素在香榧中是普遍存在的，檢出率分別達(dá)到100%、69.23%，不同產(chǎn)區(qū)差異顯著。其中個(gè)別香榧樣品還存在鎘元素，但所有樣品均不含砷和鉛元素。香榧樣品中重金屬元素含量平均值分別為銅5.897 mg/kg，汞0.002 6 mg/kg和鎘0.000 93 mg/kg。與DB 33/340.3-2006《無公害香榧》標(biāo)準(zhǔn)相比較，5種重金屬元素含量的相對高低順序?yàn)椋恒~＞汞＞鎘＞砷=鉛，以銅最高，但含量未超過限量值。其中以砷和鉛元素最低，基本沒有，各地香榧樣品基本都檢測有汞元素，嵊州竹溪所產(chǎn)香榧汞含量總體較高。根據(jù)DB33/340.3-2006標(biāo)準(zhǔn)可對表4、表5的檢測結(jié)果進(jìn)行如下判定：浙江主產(chǎn)區(qū)香榧重金屬含量總體處于安全水平。但本研究檢測的汞元素檢出率較高，應(yīng)引起生產(chǎn)單位的高度重視。

2.3 香榧中重金屬元素的污染指數(shù)

根據(jù)公式（1）計(jì)算單因子污染指數(shù)，結(jié)果見表6。

表6 會稽山區(qū)香榧中重金屬內(nèi)梅羅指數(shù)Table 6 Nimerlo composite index of heavy metal in Torreya grandis cv‘Merrillii’from Kuiji Mountain area

表6表明：所有香榧樣品中的重金屬元素的污染指數(shù)均未超標(biāo)，其中以Pb和As的污染指數(shù)最小，各元素污染指數(shù)排序?yàn)殂~＞汞＞鎘＞鉛=砷?？梢姳驹囼?yàn)中香榧的銅和汞污染指數(shù)相對突出，但未達(dá)到污染范圍。根據(jù)公式（2）計(jì)算重金屬的綜合污染指數(shù)，結(jié)果表明：從浙江紹興地區(qū)抽取的香榧中重金屬的綜合污染指數(shù)P均低于1，香榧未受到重金屬的綜合污染。

2.4 香榧中 K、Ca、Zn、Se、Fe元素的聚類分析

以 7 個(gè)產(chǎn)區(qū)有益元素 K、Ca、Zn、Se、Fe 的含量為變量，運(yùn)用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，采用歐氏距離進(jìn)行聚類分析研究，結(jié)果見圖1。

圖1 樣品有益微量元素聚類分析Fig.1 Cluster analysis of benefit elements in Torreya grandis cv‘Merrillii’

由圖1可知，7個(gè)產(chǎn)地香榧樣品可分為2類，其中3，5是一類，屬于嵊州小昆和嵊州谷來的香榧，其有益微量含量相對較低。其他地區(qū)是一類，其有益礦質(zhì)元素相對較高。

2.5 香榧中有害微量元素的聚類分析

以香榧中 As、Hg、Cd、Pb、Cu 5 種有害礦質(zhì)元素的含量為變量，運(yùn)用SPSS 19.0數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，采用歐氏距離進(jìn)行聚類分析研究，結(jié)果見圖2。

圖2 樣品有害微量元素聚類分析Fig.2 Cluster analysis of harmful elements in Torreya grandis cv‘Merrillii’

由圖2可知，7個(gè)產(chǎn)地香榧樣品可分為3類，其中諸暨東白湖和嵊州竹溪是一類，其有害元素含量較高，諸暨趙家是一類，其有害元素含量相對較低。其他幾個(gè)地區(qū)是一類，其有害元素含量一般。

3 討論

本研究的香榧樣品主要來自于浙江省紹興、諸暨和嵊州，并對其進(jìn)行了大量的檢測和分析，因此其結(jié)果基本上能反映浙江省紹興地區(qū)香榧有益礦質(zhì)元素以及重金屬含量水平的現(xiàn)狀。香榧堅(jiān)果礦質(zhì)元素含量豐富，供試香榧樣品均含有Fe、Zn、K、Ca和Se 5種有益礦質(zhì)元素，其中K的含量最高，Ca、Fe、Zn等元素含量較高，Se元素也普遍存在，富硒食品是一種具有多種保健功效的流行食品，硒組成谷胱甘肽過氧化酶，防止克山病和骨節(jié)病，并能促進(jìn)生長。因此對于香榧富硒新功效的研發(fā)值得關(guān)注。這些香榧含有多種豐富的微量元素，這與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果基本一致，含量的高低與人體的需求量基本一致[13]。但不同地域微量元素之間含量存在一定的差異性，這可能與栽培地域環(huán)境（氣候條件、土壤中可利用元素含量）和栽培管理等因素有關(guān)。

重金屬檢測結(jié)果則表明：會稽山區(qū)香榧5種重金屬含量均未超標(biāo)，且所有樣品均不含砷和鉛元素。嚴(yán)睿文[7]研究表明黃山香榧中有害重金屬 Cr、Cd、Pb、As、Hg的含量較低。蔣步云[14]研究了浙江省可食干果類林產(chǎn)品（板栗、香榧、山核桃、銀杏）中重金屬（鉛、鎘、砷、汞）的含量水平，發(fā)現(xiàn)香榧2014年有一批次鉛不合格，總體合格率為96%，其余兩年均為100%，除鉛元素以外，鎘、砷和汞元素3年的檢測合格率均為100%。而本次試驗(yàn)結(jié)果主要是重金屬銅和汞檢出率較高，但含量都在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。這可能與生產(chǎn)環(huán)境相關(guān)。廢氣、廢水、廢渣等對當(dāng)?shù)氐耐寥?、水質(zhì)及大氣產(chǎn)生污染，香榧樹通過吸附、吸收等途徑進(jìn)行富集重金屬，導(dǎo)致其種子中污染物升高。另外，近幾年來，干果香榧市場行情很好，價(jià)格較高，由于受市場利益的驅(qū)使，種植戶對香榧的生產(chǎn)管理相當(dāng)重視，但沒有嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)。特別是在各種肥料的施用上片面地追求產(chǎn)量產(chǎn)值，過量地施用各種化肥、復(fù)合肥甚至是有機(jī)肥，也沒有采取平衡配方施肥，忽視了隨之帶來的產(chǎn)品質(zhì)量安全問題?；省⒂袡C(jī)肥特別是垃圾肥中的塑料、油漆中含有Hg，造成Hg的累積；還有有機(jī)肥的增施，可以通過螯合作用提高重金屬元素的有效性[12]。如嵊州竹溪所產(chǎn)香榧汞含量相對較高?？赡芘c竹溪海拔較低，香榧分布多在公路兩側(cè)，受環(huán)境影響較大有關(guān)。

要獲得優(yōu)良品質(zhì)的香榧，在今后的生產(chǎn)和管理中，生產(chǎn)者首先應(yīng)該選擇合適的環(huán)境條件，同時(shí)在香榧生長期間，更應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行施肥和生產(chǎn)管理，確保香榧的質(zhì)量安全，并實(shí)時(shí)監(jiān)控產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量的變化，從而促進(jìn)香榧產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。