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

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.