食品中汞與甲基汞污染狀況與檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

李思遠(yuǎn)，黃光智，丁曉雯*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶市農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶,400716) 2(西南大學(xué) 科技處，重慶，400716)2

汞是一種有劇毒的重金屬，其對(duì)人體的毒性大小與它的存在形態(tài)密切相關(guān)。通常而言，有機(jī)汞的毒性大于無(wú)機(jī)汞，在有機(jī)汞中，甲基汞對(duì)人體的危害最強(qiáng)，目前汞單質(zhì)引起的食物中毒未見(jiàn)報(bào)道。無(wú)機(jī)汞進(jìn)入人體后主要積蓄在腎臟，對(duì)腎臟造成損傷[1-2]。甲基汞由于分子質(zhì)量小、脂溶性強(qiáng)等特點(diǎn)，極易通過(guò)血腦屏障，因此表現(xiàn)出很強(qiáng)的神經(jīng)毒性[3]。此外，有研究報(bào)道甲基汞暴露會(huì)導(dǎo)致表觀基因組改變?nèi)鏒NA甲基化等[4]。

由于汞，尤其是甲基汞對(duì)人體危害較大，世界各地對(duì)汞的污染越來(lái)越重視。世界衛(wèi)生組織(WorldHealthOrganize，WHO)將汞列為最需要關(guān)注的重金屬污染物。人體汞暴露主要是通過(guò)食品，因此對(duì)食品中汞含量與存在形式進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的監(jiān)控對(duì)提高食品質(zhì)量、保護(hù)消費(fèi)者健康具有積極意義。傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)如總汞的二硫腙比色法、冷原子吸收法、甲基汞的氣相色譜法等已不能很好地滿足對(duì)食品中汞的檢測(cè)要求。因此，越來(lái)越多的科研工作者開(kāi)始探索和尋找靈敏度、精確度更高，檢測(cè)速度更快的檢測(cè)方法，以滿足對(duì)食品中汞監(jiān)測(cè)的需求。在此背景下，本文綜述了食品中汞的來(lái)源、污染現(xiàn)狀、各國(guó)限量標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)外汞檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，為汞在各類食品中限量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)立及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展提供借鑒與參考。

1 食品中汞污染來(lái)源、污染現(xiàn)狀及限量

1.1 食品中汞的來(lái)源

土壤和水體中汞的自然來(lái)源主要是巖石風(fēng)化、森林火災(zāi)及大氣沉降等[5-6]。人類活動(dòng)如化石燃料的使用、工業(yè)生產(chǎn)中排放的“三廢”[7]，以及農(nóng)藥、化肥的使用都會(huì)導(dǎo)致汞向土壤和水體中釋放[8]。

由于汞無(wú)法降解且生物富集作用強(qiáng)，土壤和水體中的汞經(jīng)生物富集后大量進(jìn)入食品原料，進(jìn)而危害人類健康。此外，食品在加工、運(yùn)輸過(guò)程當(dāng)中也有可能被金屬容器溶出的汞和含汞食品添加劑污染。食物，尤其是魚類等水產(chǎn)品是人體中汞的主要來(lái)源。水體和土壤中的汞經(jīng)微生物的甲基化作用形成甲基汞，經(jīng)食物鏈逐級(jí)在魚類中富集，因此魚類食品中的甲基汞濃度較環(huán)境中高;植物性食品通常因?yàn)榱追屎娃r(nóng)藥的濫用而被汞污染，在微生物作用下，這些汞也會(huì)被轉(zhuǎn)化成甲基汞[9-12]。目前研究發(fā)現(xiàn)，硫酸鹽還原菌、鐵還原菌、產(chǎn)甲烷菌為主要的甲基化微生物，它們都為厭氧菌，含有將Hg2+甲基化所需的hgcA和hgcB基因，其中硫酸鹽還原菌甲基化能力較強(qiáng)，且廣泛存在于海水、河水、土壤中[13-14]，因此甲基汞也可能不僅僅存在于海產(chǎn)品中。

1.2 食品中汞的污染現(xiàn)狀

歷史上曾發(fā)生過(guò)多次汞中毒事件，其中影響最大的是1953年發(fā)生在日本熊本縣的水俁病，是一種由有機(jī)汞慢性中毒引起的神經(jīng)系統(tǒng)障礙疾病，患者病癥表現(xiàn)為手足不協(xié)調(diào)、運(yùn)動(dòng)及言語(yǔ)障礙，重者意識(shí)不清、神經(jīng)錯(cuò)亂甚至死亡，該事件造成1 000多人死亡，10 000多人患病。經(jīng)調(diào)查確認(rèn)，該病是由甲基汞污染當(dāng)?shù)鼐用窠?jīng)常食用的水產(chǎn)品所致[15]。1972在伊拉克有459人由于食用被汞污染的面包而死亡[16]。汞污染食品造成中毒的事件在我國(guó)也有發(fā)生，如2004年青海省某單位飲用水被汞污染，導(dǎo)致78人慢性汞中毒[17]；2009年11月、2010年1月，北京2市民飲用被汞污染的雪碧而中毒[18]。

盡管我國(guó)政府加強(qiáng)了對(duì)食品中汞的監(jiān)控，由于汞污染的廣泛性，不少地區(qū)抽檢的食品樣品中仍存在汞超標(biāo)的現(xiàn)象。如2017年寶雞市疾病預(yù)防控制中心從當(dāng)?shù)卮笮娃r(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、超市等地購(gòu)買176份食品樣品，用直接測(cè)汞儀進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示蔬菜和禽畜肉中汞超標(biāo)率分別為9.4%和9.1%[19]；2015年呼和浩特市疾病預(yù)防控制中心對(duì)當(dāng)?shù)厥称愤M(jìn)行抽檢，結(jié)果顯示乳品中汞檢出率55%，合格率 75%；食用菌汞檢出率96.7%，合格率 76.7%，這2種食品汞超標(biāo)率較高[20]。2013年平頂山市疾病預(yù)防控制中心對(duì)當(dāng)?shù)厥卟诉M(jìn)行汞污染檢測(cè)，結(jié)果顯示當(dāng)?shù)厥卟斯瑯?biāo)率為10.17%[21]。由此可見(jiàn)，食品中汞污染的現(xiàn)狀不容樂(lè)觀。

1.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)食品汞污染的限量標(biāo)準(zhǔn)

由于汞對(duì)人體健康的危害較大，世界各國(guó)都對(duì)食品中汞的含量進(jìn)行嚴(yán)格限制。各國(guó)對(duì)食品中汞的殘留限量值見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外食品中汞限量標(biāo)準(zhǔn)[22-23]Table 1 Domestic and international limitation standard of mercury in food

注：“-”表示沒(méi)有此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

如表1所示，水產(chǎn)動(dòng)物產(chǎn)品中汞的限量標(biāo)準(zhǔn)以甲基汞表示，其余產(chǎn)品以總汞表示。我國(guó)對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物及肉食魚類食品中甲基汞限量與歐盟和國(guó)際食品法典委員會(huì)(Codex Alimentarius Commission，CAC)相應(yīng)的限量一致，分別不超過(guò)0.5、1.0 mg/kg；歐盟、CAC及日本僅對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物產(chǎn)品中的汞作出限量，美國(guó)僅對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物和小麥中的汞作出限量，說(shuō)明我國(guó)對(duì)食品中汞的限量要求比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)更廣泛。

袁曉博等[24]測(cè)定了我國(guó)9省市303份大米樣品中甲基汞含量，結(jié)果顯示樣品中甲基汞含量在0.13～18μg/kg之間，占總汞比例的1.7%～97%。需要指出的是，大米占我國(guó)居民日常飲食大部分，食用量大、頻率高，且甲基汞在人體中的積蓄性強(qiáng)、毒性大，其對(duì)大米的污染應(yīng)當(dāng)引起足夠重視，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該被設(shè)立。

2 食品中汞的檢測(cè)方法

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.17—2014《食品中總汞及有機(jī)汞的測(cè)定》[25]中規(guī)定了食品中總汞的測(cè)定方法，方法一為原子熒光光譜分析法(atomic fluorescence apectrometry， AFS)，樣品前處理采用酸加熱消解；方法二為冷原子吸收光譜法(cold vapor atomic adsorption spectrometry, CV-AAS)，前處理為酸消解或催化酸消解。該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了食品中甲基汞的測(cè)定方法為液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用法(liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry，LC-AFS)，樣品前處理為超聲輔助酸提取法。除了國(guó)標(biāo)規(guī)定的測(cè)定方法外，不少科技人員也在探索其他的方法以達(dá)到食品中汞與甲基汞檢測(cè)要求的方便、快速、準(zhǔn)確的要求。

2.1 食品樣品汞與甲基汞測(cè)定的前處理技術(shù)

要測(cè)定食品中汞與甲基汞含量，首先要對(duì)樣品進(jìn)行前處理。因?yàn)楣丶靶螒B(tài)汞不穩(wěn)定[26]，樣品的前處理過(guò)程需要十分注意。目前常用的前處理方法有超聲輔助酸處理法、超聲輔助堿處理法、微波輔助處理法、酶處理法等。

王林裴等[27]用5mol/L HCl超聲輔助處理水產(chǎn)動(dòng)物樣品，用AFS測(cè)定，加標(biāo)回收率分別為80.1%～95.8%(Hg2+)、92.1%～105%(甲基汞)、80.3%～97.6%(乙基汞)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation， RSD)≦5.0%，該法能夠較好地防止形態(tài)汞的損失。趙凱等[28]利用超聲輔助堿處理2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用高效液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用(high performance liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry， HPLC-AFS)測(cè)定甲基汞，結(jié)果顯示測(cè)定值分別為給定值的(97.1±1.4)%和(99.1±1.2)%，說(shuō)明該處理技術(shù)能夠較好地防止甲基汞的損失。

微波輔助消解技術(shù)是近幾年發(fā)展起來(lái)的一種高效、節(jié)能的樣品前處理技術(shù)。微波消解技術(shù)主要分為封閉式和開(kāi)放式2種。開(kāi)放式微波消解系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于可以隨時(shí)添加試劑以及可以排除消解過(guò)程釋放的氣體，缺點(diǎn)是易被污染。封閉式消解系統(tǒng)相較于開(kāi)放式系統(tǒng)更加方便、快速，但由于不能及時(shí)排除氣體，因而存在一定的安全隱患。微波輔助消解技術(shù)測(cè)定總汞時(shí)通常用酸性消解劑如硝酸、鹽酸，測(cè)定甲基汞時(shí)通常選用堿性提取劑如四甲基氫氧化銨、氫氧化鉀[29]。CUNHA等[30]用封閉式微波輔助濃硝酸處理樣品，利用AFS測(cè)定牛奶總汞含量，用含有(9.4±1.7)ng/g總汞的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證可行性，結(jié)果顯示標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定值的不確定度為0.94ng/g，RSD為9.9%，表明該前處理技術(shù)對(duì)樣品的消化效率較高。JIMENEZ-MORENO等[31]分別利用封閉式微波輔助硝酸和微波輔助四甲基氫氧化銨消解處理大米樣品，氣相色譜-原子熒光分光光度法聯(lián)用(gas chromatography-atomic fluorescence spectrometry, GC-AFS)測(cè)定甲基汞，回收率分別為(99±5)%和(81±6)%，認(rèn)為微波輔助硝酸處理對(duì)大米樣品中甲基汞的提取率較高。CARRASCO等[32]采取傳統(tǒng)烘箱加熱消解、堿消解、微波輔助酸消解、微波輔助堿消解、酶催化消解分別處理海產(chǎn)品，并用GC-AFS測(cè)定其中的甲基汞，比較結(jié)果得出堿(氫氧化鉀-甲醇溶液)消解(回收率97%)、微波輔助鹽酸消解(回收率94%)和酶促消解(回收率99%)對(duì)甲基汞的提取效率好。REYES等[33]分別用微波輔助堿處理、微波輔助酸處理、超聲輔助堿處理、超聲輔助酸處理、蛋白酶處理魚類樣品，然后用高效液相色譜與電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry, HPLC-ICP-MS)測(cè)定甲基汞含量，結(jié)果顯示微波輔助堿處理和超聲輔助堿處理使甲基汞的損失率低于6%，提取效果較好，該研究還指出微波輔助硝酸處理會(huì)導(dǎo)致魚類樣品中甲基汞大量損失，影響測(cè)定結(jié)果。

2.2 食品中汞的測(cè)定方法

2.2.1 色譜與光譜/質(zhì)譜技術(shù)聯(lián)用

近年來(lái)，對(duì)食品中汞的檢測(cè)已經(jīng)不局限于某單一技術(shù)的應(yīng)用，而是趨向于多種技術(shù)聯(lián)用。例如，為了對(duì)食品中的形態(tài)汞進(jìn)行測(cè)定，GC、HPLC都是常用的分離手段，將分離得到的形態(tài)汞利用AFS、AAS、ICP-MS進(jìn)行定量測(cè)定。幾種常見(jiàn)色譜與光譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)見(jiàn)表2。

表2 常見(jiàn)的色譜與光譜/質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)之間的比較Table 2 Comparison between chromatographic and spectral/mass spectrometry techniques

2.2.2 非色譜法

盡管技術(shù)聯(lián)用允許在線分析食品中汞含量，并且具有較低的檢測(cè)限，但所需的儀器大多數(shù)昂貴且操作復(fù)雜，如果要測(cè)定形態(tài)汞則在色譜分離過(guò)程要消耗大量時(shí)間[39]，因此不少科技人員開(kāi)始研究用非色譜法來(lái)分離測(cè)定形態(tài)汞。COVACI等[40]采用非色譜法測(cè)定魚類產(chǎn)品中的形態(tài)汞，利用HBr提取甲基汞，用甲苯萃取、L-半胱氨酸反萃取甲基汞后，在紫外光照射下用0.6mol/L甲酸進(jìn)行衍生，用電容耦合等離子體發(fā)射光譜法(capacitively coupled plasma optical emission spectrometry, CCP-OES)測(cè)定甲基汞回收率為(100±8)%，精確度為2.4%～11.9%，檢出限為2 μg/kg。

2.2.3 汞直接測(cè)定儀

汞直接測(cè)定儀也是近幾年的研究熱點(diǎn)。有研究表明，汞直接測(cè)定儀可以很好地測(cè)定諸如食品這樣的成分復(fù)雜的樣品中汞含量[41]。MARTINS等[42]利用汞直接測(cè)定儀對(duì)87種嬰幼兒食品中總汞進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示檢出限為0.1 μg/kg，重復(fù)性和中間精密度分別為0.7%、1.0%，不確定度為4.3%，表明汞直接測(cè)定儀具有較高的精確度和準(zhǔn)確度。VIEIRA等[43]比較了直接汞測(cè)定儀與CV-AAS，得到的結(jié)果表明直接汞測(cè)定儀能夠快速處理多個(gè)樣本，檢出限相比較于AAS要低，主要缺點(diǎn)是對(duì)樣本的質(zhì)量限制在100 mg以下，樣本質(zhì)量較大時(shí)需多次測(cè)量。

2.2.4 熒光法

熒光探針技術(shù)由于其高敏感性、高選擇性以及易操作性而備受關(guān)注。近年來(lái)有研究報(bào)道利用羅丹明類衍生物作為熒光探針檢測(cè)食品中的汞含量，其原理是在PVA-124表面活性劑存在的條件下，Hg2+與KI反應(yīng)生成I3-，I3-與羅丹明6G形成締合物使其熒光猝滅，熒光猝滅值在8～100 ug/L與Hg2+濃度呈良好線性關(guān)系，利用這種方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行測(cè)定，RSD為2.3%～3.8%，回收率97.5%～102%[44]。

LASHGARI等[45]設(shè)計(jì)了一種經(jīng)靛紅修飾的納米多孔二氧化硅材料，發(fā)現(xiàn)該材料的熒光強(qiáng)度與Hg2+離子濃度之間具有良好的線性關(guān)系且對(duì)Hg2+具有顯著的特異性，用其檢測(cè)自來(lái)水中的Hg2+，結(jié)果顯示該法檢測(cè)限為3.7×10-6mol/L，回收率96.5%，可用于水中Hg2+的檢測(cè)。

LI等[46]利用富含胸腺嘧啶的單鏈寡脫氧核糖核苷酸適配體修飾碳量子點(diǎn)作為熒光探針，以MnO2納米片作為猝滅劑，測(cè)定湖水中的Hg2+，其原理是當(dāng)不存在Hg2+時(shí)，探針吸附在猝滅劑表面發(fā)生熒光猝滅，當(dāng)存在Hg2+時(shí)，適配體與Hg2+形成T-Hg2+-T配合物，探針從猝滅劑表面分離而發(fā)出熒光。熒光強(qiáng)度在Hg2+濃度為2～200 nmol/L，隨Hg2+濃度增加而增加，該法檢測(cè)限為0.67 nmol/L，RSD<5%，回收率98.7%～103.6%，具有高靈敏度和高選擇性。

納米銀具有很強(qiáng)的熒光特性，當(dāng)Hg2+與納米銀混合后會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，納米銀紫外特征吸收峰強(qiáng)度隨Hg2+濃度增加而降低，并在一定范圍內(nèi)呈良好線性關(guān)系。任藝[47]采用納米銀測(cè)定蔬菜中Hg2+含量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在Zn2+，F(xiàn)e3+，Mg2+，Ca2+和Mn2+等其他8種離子時(shí)，納米銀對(duì)Hg2+表現(xiàn)出高度專一性，該法加標(biāo)回收率為97.25%～100.63%，RSD<10%，檢出限為0.7 μg/L，表明該法具有很好的準(zhǔn)確度和精密度。

2.2.5 酶抑制法

酶抑制檢測(cè)技術(shù)也被應(yīng)用于汞的檢測(cè)，該方法具有檢測(cè)速度快、操作簡(jiǎn)便、適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。張寧寧[48]探究Hg2+與脲酶活性之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Hg2+濃度與脲酶活性具有良好的線性負(fù)相關(guān)，與石墨爐原子吸收光譜法相比較，顯示2種方法的測(cè)定結(jié)果沒(méi)有顯著性差異。

2.2.6 電化學(xué)法

電化學(xué)技術(shù)也因?yàn)槌杀镜停子跈z測(cè)，靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)應(yīng)用于對(duì)汞的檢測(cè)。SQUISSATO等[49]提出了一種簡(jiǎn)易的電化學(xué)方法，魚油樣品在室溫下經(jīng)超聲輔助HCl/H2O2處理15 min后以金作為電極使用陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定其中的汞，該法中汞信號(hào)隨沉積時(shí)間增加，在5～400 μg/L具有良好線性關(guān)系，檢測(cè)限為0.25 μg/L，RSD<5%，回收率為95%～105%，并且電極連續(xù)使用約100次無(wú)需更換。

電化學(xué)法通常結(jié)合納米孔技術(shù)、適配體技術(shù)、酶抑制法使用，通過(guò)在電極上修飾不同的材料以獲得更低的檢測(cè)限和更高的精密度等。幾種用于測(cè)定汞的修飾電極見(jiàn)表2。

表3 幾種用于測(cè)定汞的不同修飾電極之間的比較Table 3 Comparison between different modified electrodes for the determination of mercury

注：“-”表示文獻(xiàn)未提及。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

當(dāng)前食品中汞污染現(xiàn)狀較為嚴(yán)峻，食品中的汞主要來(lái)源于土壤、水體本身、大氣沉降及含汞農(nóng)藥、化肥、添加劑的使用。在所有的形態(tài)汞當(dāng)中，甲基汞對(duì)人體危害最大，會(huì)對(duì)肝臟及神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生較大損傷，此外還可產(chǎn)生胎兒毒性和遺傳毒性，而且，由于自然界中汞及能夠?qū)⒐谆奈⑸锓植紡V泛，甲基汞廣泛存在于各類食品當(dāng)中，因此，健全各類食品中汞及甲基汞限量標(biāo)準(zhǔn)以及建立一種對(duì)食品中汞準(zhǔn)確、快速測(cè)定的方法仍然是十分重要且必要的。

由于汞及其化合物的不穩(wěn)定性，樣品前處理必須十分謹(jǐn)慎選擇前處理方式。目前，大部分方式都應(yīng)用超聲輔助或者微波輔助，這可以提高效率并降低樣品中待測(cè)成分的損失。在測(cè)定總汞時(shí)，通常用硝酸或鹽酸與過(guò)氧化氫作為消解劑，在測(cè)定甲基汞時(shí)則選用氫氧化鉀或者四甲基氫氧化銨進(jìn)行堿提取。當(dāng)前對(duì)汞的測(cè)定主要采用技術(shù)聯(lián)用，技術(shù)聯(lián)用精確度和準(zhǔn)確度較高，并且有著較低的檢出限，但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)，部分設(shè)備昂貴，操作復(fù)雜，如果要分離形態(tài)汞則需要較長(zhǎng)的時(shí)間，并且很難實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。因此，對(duì)汞的測(cè)定方法在保留較高精確度和準(zhǔn)確度的前提下，應(yīng)該向諸如電化學(xué)法、熒光法、酶抑制法及這些方法聯(lián)用等方面發(fā)展，以建立更為快速、方便、經(jīng)濟(jì)的食品中汞的檢測(cè)方法。