六安產(chǎn)綠茶及茶湯中有害元素的測定和安全性評價(jià)

張 艦，包 磊，王廣林，甘 偉，傅緒成

(1.皖西學(xué)院 材料與化工學(xué)院，安徽 六安 237012；2.皖西學(xué)院 分析測試中心，安徽 六安 237012)

綠茶具有提神健腦、抗氧化、降血糖、降血脂等多種功效[1-2]，備受國內(nèi)外人民喜愛，是日常生活中重要的生活物資。茶葉在自然界生長過程中，可能會(huì)因土壤、水源、大氣以及施肥等引入有害元素，在茶葉加工過程中的操作不當(dāng)也會(huì)引入有害元素，這些有害元素通過茶葉的飲用向人類進(jìn)行富集。其中，鉛、鉻、鎘、汞、砷等元素是值得重點(diǎn)關(guān)注的有害元素[3-4]。為了保證廣大人民群眾的身體健康，對市場上銷售茶葉中有害元素含量必須進(jìn)行嚴(yán)格地限量，國家出臺(tái)了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量(NY 659—2003)》和《食品中污染物限量(GB2762—2017)》等標(biāo)準(zhǔn)對茶葉中這些有害元素進(jìn)行了明確限量[5-6]。

安徽省六安市位于大別山北麓的長江與淮河之間，山區(qū)面積大、風(fēng)景秀美、氣候溫和、雨量充足，非常適宜茶樹的生長。當(dāng)?shù)爻霎a(chǎn)六安瓜片、霍山黃芽、金寨翠眉和舒城小蘭花等名優(yōu)綠茶。目前對六安產(chǎn)綠茶的種植、加工工藝、品質(zhì)等方面有著較為廣泛的研究[7-9]，但是對茶葉、特別是茶湯中有毒有害元素的系統(tǒng)性測定，以及安全性評價(jià)所做的研究工作報(bào)道較少。采用微波消解法處理茶葉后并通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)可以快速測定茶葉中的元素含量[10-12]，但在日常生活中茶葉一般都是采取浸泡法飲用，因而測定茶湯中的元素含量會(huì)更具現(xiàn)實(shí)意義[13-14]。

本研究通過ICP-MS法測定茶葉及茶湯中鉛、鉻、鎘、汞、砷等有害元素含量，然后通過標(biāo)準(zhǔn)限值、單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法以及靶向危害系數(shù)法(THQ)對這些元素的污染情況以及潛在健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行安全性評價(jià)[15-17]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國賽默飛iCAP RQ)，微波消解儀(美國CEM MARS6)，超純水系統(tǒng)(美國密理博Mili-Q，電阻率為18.2 MΩ·cm)。

待測元素標(biāo)樣購買于國家有色金屬電子材料分析測試中心，質(zhì)譜調(diào)諧液由美國賽默飛公司提供。樣品消解處理中所使用優(yōu)級純的硝酸和過氧化氫從國藥集團(tuán)購買。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中所用水均為超純水。

1.2 茶葉樣品

在六安本地市場上購買六安瓜片、霍山黃芽、金寨翠眉和舒城小蘭花等4種茶葉，每種茶葉隨機(jī)購買5份，并按照①—⑤進(jìn)行編號(hào)，共收集樣品20份，在60 ℃烘箱干燥至恒重后置于干燥器中暫存。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 茶葉測試樣品的制備

首先準(zhǔn)確稱取0.5 g左右的茶葉，依次加入8 mL濃硝酸和2 mL過氧化氫，經(jīng)微波消解后趕酸至1～2 mL殘液，將殘液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，并對消解罐中殘液進(jìn)行3～5次洗滌，最后將殘液和洗滌液混合并定容于50 mL容量瓶。

表1 微波消解程序

1.3.2 茶湯測試樣品的制備

準(zhǔn)確稱取3.0 g左右的茶葉放入100 mL燒杯中，加入90 mL 剛煮沸的超純水并浸泡10 min后，取茶湯待測。

1.4 污染水平評價(jià)方法

茶葉和茶湯采用單因子污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法進(jìn)行污染評價(jià)[3，18]。單因子污染指數(shù)的計(jì)算方法見式(1)。

(1)

式(1)中，Ps為有害元素的單因子污染指數(shù)，C為有害元素的實(shí)測濃度，L為該有害元素的限值濃度。

而綜合污染指數(shù)法計(jì)算方法見式(2)。

(2)

式(2)中，Pcom為綜合污染指數(shù)，Pmax為單因子污染指數(shù)最大值，Pave為單因子污染指數(shù)平均值。

單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表2和表3。

表2 單因子污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表3 綜合污染指數(shù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.5 潛在健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法

參照相關(guān)文獻(xiàn)[3，18]，采用靶向危害系數(shù)(THQ)評價(jià)有害元素對人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)，具體計(jì)算公式如下：

(3)

式(3)中，Ef為食物攝入的頻率(按照最大值，取365 d/a)，Ed為食物攝入總時(shí)間(取人均壽命為70 a)，Eir為食物攝入量(根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[18]，茶葉消耗量取日均10.88 g/d)，C為食物中限量元素含量(mg/kg)，Rfd為食物中限量元素允許的日均攝入量(mg/kg/d)，依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道[3，18]，Pb、Cr、Cd、As和Hg的Rfd值分別為0.004、1.5、0.001、3×10-4和0.00057(mg/kg/d)，Wab為成人平均體重(kg，取60 kg)，Ta為攝入食物的天數(shù)。計(jì)算得到的THQ值越小，說明健康風(fēng)險(xiǎn)性就越小。一般認(rèn)為如果THQ值小于1，長期食用該食物無明顯健康風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶葉樣品中5種有害元素的測定及評價(jià)

參考閆葉寒等人的方法[10]，對收集到的六安瓜片、霍山黃芽、金寨翠眉以及舒城小蘭花4種20份茶葉樣品進(jìn)行檢測，依據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，并將結(jié)果匯總在表4。

表4 茶葉中5種有害元素測定結(jié)果及評價(jià)

2.1.1 茶葉樣品中5種有害元素的限值評價(jià)

從Pb、Cr、Cd、As和Hg等5種有害元素的檢測結(jié)果可知，對應(yīng)的含量最高的樣品分別為舒城小蘭花①(Pb：1.76 mg/kg)，六安瓜片④(Cr：1.04 mg/kg)，六安瓜片④和霍山黃芽③(Cd：0.55 mg/kg)，六安瓜片⑤(As：1.01 mg/kg)以及金寨翠眉⑤(Hg：0.15 mg/kg)。依據(jù)GB2762—2017和NY 659—2003兩個(gè)現(xiàn)行有效標(biāo)準(zhǔn)對茶葉中的有害元素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)所有樣品的5種有害元素均小于限量值，說明在市場上隨機(jī)購買的20份六安產(chǎn)綠茶全部符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值要求。

2.1.2 茶葉樣品中5種有害元素的污染評價(jià)

用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)對茶葉樣品中的Pb、Cr、Cd、As和Hg等5種有害元素進(jìn)行污染水平評價(jià)，發(fā)現(xiàn)污染等級均為最優(yōu)的1 級，表明所測20份茶葉樣品基本不受待測元素的污染，或污染物水平較低。

2.1.3 茶葉樣品中5種有害元素的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

選取5種有害元素在20份茶葉樣品中的最大濃度進(jìn)行計(jì)算，得到最大THQ值分別為0.0798，0.0001，0.0997，0.6105和0.0477，均小于1，說明長期飲用六安產(chǎn)綠茶，不會(huì)有所測5種有害元素帶來潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.4 茶葉樣品中5種有害元素的加標(biāo)收回測試

選取六安瓜片①茶葉樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收測試，測試結(jié)果如表5所示。從樣品的加標(biāo)回收結(jié)果來看，

表5 茶葉中5種有害元素的加標(biāo)回收結(jié)果

加標(biāo)回收率在91.50%～103.65%之間，說明該方法所測的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的準(zhǔn)確度。

2.2 茶湯中5種有害元素的測定及評價(jià)

日常生活中，茶葉主要是通過泡飲的方式被人們食用，所以測定茶湯中有害元素的含量，并以此為依據(jù)進(jìn)行安全性評價(jià)更具有現(xiàn)實(shí)的意義。模擬常規(guī)的飲茶過程，提取茶湯進(jìn)行檢測，并對檢測結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，結(jié)果列于表6。

表6 茶湯中5種有害元素測定結(jié)果及評價(jià)

2.2.1 茶湯中5種有害元素的限值評價(jià)

由于目前尚無針對茶湯的食品安全標(biāo)準(zhǔn)，本研究中Pb、Cd、As和Hg的限量標(biāo)準(zhǔn)參照 GB2762—2017中飲料有害元素限量標(biāo)準(zhǔn)。因GB2762—2017標(biāo)準(zhǔn)沒有Cr元素作為飲料時(shí)有害元素的限量標(biāo)準(zhǔn)，本文參考《生活飲用水衛(wèi)標(biāo)準(zhǔn)(GB5749—2006)》進(jìn)行安全性分析[19]。從表中可以看出，所測有害元素的含量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

另外根據(jù)茶湯和茶葉有害元素測定數(shù)據(jù)，計(jì)算出茶葉中有害元素溶出率，見表7。Pb、Cr、Cd、As和Hg等5種有害元素溶出率平均值從大到小分別為Hg (12.67%)>Cd(5.61%)>As(2.46%)>Cr(2.03%)>Pb(1.55%)，從溶出率結(jié)果可以看出，除Hg元素的溶出率較大外，其他4種有害元素的溶出率較低。元素的溶出率不同可能與該元素在茶葉中的形態(tài)有關(guān)，該結(jié)果與洪欣等人報(bào)道結(jié)果類似[20]。

表7 茶湯中5種有害元素的溶出率

2.2.2 茶湯中5種有害元素的污染評價(jià)

根據(jù)茶湯中5種有害元素含量，計(jì)算出茶湯中相應(yīng)的最大單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)。Pb、Cr、Cd、As和Hg等5種元素的單因子指數(shù)和綜合指數(shù)都較小，污染等級為1，污染水平為無污染～輕微污染，或無污染。其中，Hg元素的單因子指數(shù)和綜合指數(shù)分別為0.5600和0.4746，相對較高，可能是Hg元素在茶湯中的平均溶出率遠(yuǎn)高于其他4種元素，高的溶出率導(dǎo)致了Hg元素在茶湯中具有較高的污染水平，這種現(xiàn)象在評價(jià)茶葉中的有害元素含量時(shí)值得關(guān)注。

2.2.3 茶湯中有害元素的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

采用與茶葉中有害元素相同的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，使用靶向危害系數(shù)對茶湯中5種有害元素進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，在計(jì)算過程中取日均飲用茶水2 L進(jìn)行計(jì)算，靶向危害系數(shù)在1.58×10-5～0.0956之間，說明在茶湯中這5種有害元素的污染程度對人體不具有顯著的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

本研究采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對六安瓜片、霍山黃芽、金寨翠眉以及舒城小蘭花等4種六安產(chǎn)綠茶的茶葉和茶湯中有害元素進(jìn)行了快速測定。測試結(jié)果表明，在茶葉和茶湯中5種元素含量存在顯著的差異性。采用標(biāo)準(zhǔn)限量值、單因子污染指數(shù)、綜合污染指數(shù)和靶向危害系數(shù)對茶葉和茶湯中有害元素進(jìn)行安全性評價(jià)，發(fā)現(xiàn)對所測元素來說，不論是茶葉還是茶湯的污染等級都很低，長期飲用無明顯的健康風(fēng)險(xiǎn)。