電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定蜂膠和蜂膠膠囊中17種金屬元素

鄶婉寧 趙發(fā) 管蕊 王駿 耿越

（1 山東師范大學(xué)食品營養(yǎng)和安全重點實驗室，山東省動物抗性生物學(xué)重點實驗室，山東師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，濟南 250014；2 山東省食品藥品檢驗研究院，濟南 250101）

研究表明，蜂膠中含有豐富的礦物質(zhì)和微量元素。錳（Mn）、鉬（Mo）、鈷（Co）和硒（Se）四種元素被稱為“長壽元素”，在蜂膠中都能找到[1]。目前一些蜂農(nóng)的粗放式經(jīng)營、采集地的氣候和環(huán)境因素、加工不當(dāng)?shù)榷紩斐煞淠z的污染，影響蜂膠的質(zhì)量安全，甚至?xí)斐扇梭w損傷。蜂膠中重金屬超標(biāo)，如鉛（Pb）、砷（As）、鉻（Cr）、鎘（Cd）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋁（A1）等元素會在人體的某些器官中累積，造成慢性中毒。

造成蜂膠污染可能有以下原因：國內(nèi)有些蜂農(nóng)為了避免高溫天氣對蜂群的不利影響，沿用了鐵紗覆蓋蜂箱的舊方法，而高溫下，鐵的氧化物會對蜂膠造成污染，容易向蜂膠中引入Pb、Fe 和Cd 等元素[1]；蜂農(nóng)用廢舊報紙或塑料瓶包裹蜂膠，也會對蜂膠進行二次污染，使油墨中的Pb、Cd、汞（Hg）、As 等重金屬污染物向蜂膠中遷移[2]；蜂膠采集地背靠工廠，如鋇場等會造成蜂膠易受鋇（Ba）的污染；蜜蜂在不采蜜源時會采食瀝青，會向蜂膠中引入Fe、Pb 和Cu 等金屬污染物，使金屬元素在蜂膠中富集[3]；產(chǎn)品加工過程中添加劑的使用，如明膠的使用，也都會向蜂膠中引入金屬污染物[4]，比如A1 元素；蜂膠采集地的土壤水源遭受污染也會向蜂膠中引入某種元素。

目前針對蜂膠中重金屬的測定，主要依靠微波消解—原子吸收光譜法[5]和熒光光譜法[6]等，但存在實際操作復(fù)雜、檢測限偏高、基體干擾大且難以做到同一時間對多種元素進行測定等問題。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）可以不受以上缺點的限制，可同時對多種元素進行測定，且檢測時間短、精密度高、準(zhǔn)確性良好和先進性高[7]。本文采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定了原蜂膠及蜂膠膠囊中17 種金屬元素的含量，以便了解目前國內(nèi)市場蜂膠原膠與加工過的蜂膠產(chǎn)品（蜂膠膠囊）中金屬離子的污染情況，確保消費者使用蜂膠產(chǎn)品的安全，為蜂膠產(chǎn)品的開發(fā)和品質(zhì)評價提供一定的理論依據(jù)。

1 實驗材料

1.1 樣品來源

本實驗所用的原蜂膠為蜂農(nóng)親自采集（表1），原蜂膠和網(wǎng)購蜂膠研磨至100 目的粒度，蜂膠膠囊由網(wǎng)絡(luò)電商平臺購入，儲存條件為4℃。

表1 樣品信息表

1.2 實驗試劑

硝酸（GR），雙氧水（GR）購自國藥集團化學(xué)試劑公司；超純水，Mi11i-Q-A-11 制備。

1.3 實驗儀器設(shè)備

Agi1ent 7900 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國安捷倫公司）；Mi11i-Q 超純水機（美國Mi11ipore 公司）；165500 酸純化儀，CEM Mars6 微波消解儀（美國CEM 公司）；聚四氟乙烯消解罐。

2 實驗方法與步驟

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

配制17 種元素的混合標(biāo)液，各元素濃度分別為：A1：50、100、200、300、400、500、1000、2000 μg/L；Mo：2.5、5、10、15、20、25、50、100 μg/L；Fe：100、200、400、600、800、1000 μg/L，其他元素均為：0.5、1、2、4、6、8、10、20 μg/L。

2.2 樣品前處理

取山東、四川和河北三個省份的蜂膠以及網(wǎng)購蜂膠樣品和膠囊內(nèi)容物0.3 g 于聚四氟乙烯消解罐中，加入8 mL 純化硝酸以及1 mL 雙氧水，放入微波消解儀中進行消解，消解具體程序見表2，消解完成后用少量超純水沖洗消解罐內(nèi)壁及蓋子，使其溶液充分混勻后，將消解罐放置于趕酸電熱板上，設(shè)置溫度為110℃，時間為105 min。趕酸完成后待消解罐溫度降低至室溫后，將消解罐內(nèi)的溶液轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，用超純水淋洗消解罐內(nèi)壁，后用超純水定容混勻備用。

表2 微波消解條件

2.3 儀器條件

霧化室溫度2℃，射頻功率1,490 W，載氣流速 1.00 L/min，冷卻氣流速 15 L/min，輔助氣流速1.00 L/min，蠕動泵采集轉(zhuǎn)速0.1 r/s，蠕動泵快速提升轉(zhuǎn)速0.3 r/s，蠕動泵快速提升時間40 s，蠕動泵穩(wěn)定時間30 s，積分時間0.3 s，測定次數(shù)3 次，采樣深度10.0mm；碰撞模式: CCT，碰撞氣流速5 mL/min；提取透鏡1 電壓為0 V；提取透鏡2 電壓為-205 V；Omega 偏轉(zhuǎn)電壓-100 V；Omega 透鏡電壓7.8 V；碰撞池入口電壓-40 V；碰撞池出口電壓 -60 V。

2.4 方法驗證

為了證明此金屬測定方法真實可信，能夠準(zhǔn)確地反映蜂膠樣品及膠囊中被分析金屬元素的含量，我們對此方法的檢出限、定量限、線性范圍、相關(guān)系數(shù)和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD 進行了評估。實驗結(jié)果見表3。

表3 線性范圍及相關(guān)系數(shù)、檢出限、定量限及RSD

2.4.1 線性范圍及線性相關(guān)系數(shù)

因為元素鋁在地殼中含量較高排名第三，含量僅次于氧元素和硅元素，所以鋁在樣品中的本底值會偏高，且鋁的相對分子質(zhì)量較低為45，ICP-MS 測定時容易產(chǎn)生質(zhì)量歧視，使低質(zhì)量數(shù)的元素響應(yīng)值偏低。以各元素的標(biāo)準(zhǔn)濃度為橫坐標(biāo)，對應(yīng)的元素信號強度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。表3所示為17 種元素經(jīng)ICP-MS 的測定結(jié)果，結(jié)果顯示17 種元素線性關(guān)系良好且標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)均在0.9993～1.0000之間。

2.4.2 檢出限和定量限

根據(jù)IUPCA 的定義，連續(xù)測量11 次微波消解儀的空白液，得到標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后利用L=KS/B 的檢出線公式并將其折合上樣品前處理時的稀釋倍數(shù)，最后得出樣品的檢出限以及定量限，最后得到蜂膠等樣品的范圍為0.001～0.3 mg/kg，定量限為0.002～0.154 mg/kg 之間。

2.5 蜂膠實際樣品檢測

44 種蜂膠及蜂膠膠囊樣品中的17 種金屬元素的測定檢驗結(jié)果如表4所示。

表4 17種金屬元素的測定結(jié)果(mg/kg)

3 分析討論

2015 版《藥典》[8]新增藥材標(biāo)準(zhǔn)中僅對蜂膠原膠中Pb 的含量作出限定為8 mg/kg，對其他元素均未作出限定。蜂膠制品中金屬污染物限量標(biāo)準(zhǔn)參照GB 2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[9]，但標(biāo)準(zhǔn)中也僅對其他類蜂產(chǎn)品中Pb 的含量作出限定為≤1.0 mg/kg，對其他元素均未作出限定。

3.1 不同金屬元素含量

蜂膠中金屬污染物含量會隨采集地周圍的氣候、地理位置的差異而改變，因此蜂膠中金屬污染物的含量具有明顯的地區(qū)依賴性。表5為不同分組金屬污染物含量平均值±SD 值，圖1為5 種主要金屬元素的平均含量。

由表5可知，A1、Cr、Mn、Fe、Ba 和Pb 等元素在蜂膠中含量較多，且A1、Fe 和Ba 3 種元素組內(nèi)、組間差異較大，說明不同產(chǎn)地的蜂膠中重金屬含量存在較大差異。Finger 等[10]通過研究表明蜂膠可以作為金屬污染環(huán)境的指標(biāo)，它在一定程度上可以作為地域性污染的依據(jù)，與本實驗得到的結(jié)論相吻合。

3.2 蜂膠中鋁（Al）元素分析

據(jù)研究，A1 是人體非必需微量元素，在居民膳食中的平均膳食量為每周每千克體重1.795 mg，其作為一種慢性、蓄積性的精神毒素，毒副作用多體現(xiàn)在大腦及神經(jīng)細(xì)胞的損害，攝入過度會致使腦萎縮、癡呆等癥狀[11]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織于1989年正式將A1 確定為污染物加以管理[12]。由表5可知，經(jīng)過超臨界流體萃取、超聲波法、膜分離法、吸附等工藝處理的蜂膠膠囊中A1 含量最低（28.89±18.18 mg/kg），其余樣品中A1 含量均相對較高，其中以山東省蜂膠原膠A1 含量最為突出，平均含量高達(dá)552.96±456.73 mg/kg，其次是網(wǎng)購蜂膠、四川和河北蜂膠。蜂膠中A1 超標(biāo)原因可能為蜂膠采集地濰坊土壤水土中A1 的本底含量高，有研究表明濰坊市2013年食品抽檢中普遍存在鋁含量超標(biāo)情況[13]，2014年、2015年畜肝檢出均值為72.67 mg/kg，某些葉菜類檢出均值為62.23 mg/kg[14]。其次，A1 為地殼中含量第三的元素，在土壤中本底值偏高，造成蜂膠原膠和網(wǎng)購蜂膠中A1 的含量也相對較高。

表5 蜂膠中金屬元素的平均含量(mg/kg)（±SD）

表5 蜂膠中金屬元素的平均含量(mg/kg)（±SD）

（SD 為山東蜂膠，SC 為四川蜂膠，HB 為河北蜂膠，F(xiàn)J 為網(wǎng)購蜂膠，JN 為蜂膠膠囊）

含量 SD SC HB FJ JN 27 A1 552.96±456.73 277.25±73.96 221.95±54.99 302.18±99.72 28.89±18.18 51 V 1.10±0.90 0.57±0.14 0.48±0.12 0.65±0.21 0.23±0.14 52 Cr 2.23±1.76 2.01±1.50 0.90±0.13 1.89±1.11 1.45±2.31 55 Mn 14.67±10.60 10.35±3.03 6.65±0.64 10.47±4.86 0.51±0.60 56 Fe 1,271.46±1,255.45 502.95±240.94 749.05±98.57 561.19±299.00 84.07±47.18 59 Co 0.41±0.55 0.13±0.03 0.18±0.04 0.17±0.04 0.03±0.03 60 Ni 0.97±0.66 0.61±0.20 0.47±0.05 0.72±0.18 0.56±0.60 63 Cu 1.74±1.00 1.15±0.49 0.84±0.04 1.62±0.68 0.87±0.31 71 Ga 0.27±0.22 0.12±0.03 0.11±0.03 0.14±0.05 0.02±0.01 75 As 0.43±0.32 0.20±0.04 0.16±0.03 0.26±0.11 0.09±0.10 85 Rb 1.81±1.16 1.57±0.42 1.14±0.13 1.66±0.34 0.22±0.43 88 Sr 4.15±3.70 2.28±0.78 1.32±0.28 2.71±0.72 0.31±0.31 95 Mo 0.13±0.06 0.06±0.01 0.12±0.01 0.19±0.15 93.86±293.29 111 Cd 0.04±0.02 0.03±0.01 0.13±0.08 0.06±0.03 0.03±0.07 133 Cs 0.10±0.09 0.07±0.01 0.04±0.01 0.05±0.02 0.00±0.00 137 Ba 116.54±157.19 4.62±1.52 24.23±9.57 14.74±17.13 0.21±0.18 208 Pb 3.00±3.11 4.43±5.59 1.00±0.29 2.91±1.96 0.14±0.08

3.3 蜂膠中鉻（Cr）元素分析

Cr 作為生物體所需的微量元素，缺乏可引起動脈粥樣硬化，過量則會對哺乳動物造成危害。Cr 的含量參照GB 2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[9]中最高限量標(biāo)準(zhǔn)為2.0 mg/kg，由表5可知，山東和四川蜂膠原膠中Cr的含量均已超過最高標(biāo)準(zhǔn)（分別為2.23±1.76 和2.01±1.50 mg/kg），網(wǎng)購蜂膠和蜂膠膠囊中Cr 也接近最高限量標(biāo)準(zhǔn)。說明蜂膠原膠中可能存在重金屬Cr 超標(biāo)的情況，原因可能為膠源植物生長環(huán)境（主要是土壤，其次是水）中Cr 的背景值本身就高，也可能是蜂膠原膠在收集和存儲不當(dāng)造成。

3.4 蜂膠中鐵（Fe）元素分析

Fe 作為微量元素，食用過多會影響小腸對Zn、Mg 等其他微量元素的吸收，使機體免疫功能降低，易受病菌感染。目前一些蜂農(nóng)仍采取鐵紗覆蓋蜂箱的舊方法致使蜂膠中Fe 元素含量偏高。實驗數(shù)據(jù)表明，山東省的蜂膠原膠中Fe 含量最高，高達(dá)1,271.46±1,255.45 mg/kg，其次是河北、網(wǎng)購蜂膠、四川蜂膠和蜂膠膠囊，遠(yuǎn)超已經(jīng)廢止的GB 15200-1994《食品中鐵限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中最高限量標(biāo)準(zhǔn)70 mg/kg。楊理[16]在2008年研究河南蜂膠中Fe 的含量為638.3 mg/kg，趙光升[1]測得蜂膠原膠中Fe 含量也相對偏高為774～1922 mg/kg，與本實驗得到的結(jié)果吻合。目前暫無針對蜂膠產(chǎn)品中Fe 元素的限量標(biāo)準(zhǔn)，對其限量缺乏相應(yīng)理論支持，從而使蜂膠質(zhì)量控制的難度加大。

3.5 蜂膠中鎳（Ni）元素分析

Ni 的含量參照GB 2762-2017[9]中的最高限量1 mg/kg，所有樣品均符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 蜂膠中銅（Cu）元素分析

銅參與人體內(nèi)銅蛋白和多種酶的構(gòu)成，在人體內(nèi)發(fā)揮維持正常造血功能和神經(jīng)系統(tǒng)健康等重要作用，銅會在肝臟聚集，引發(fā)肝臟結(jié)構(gòu)和功能的改變。參考已廢止GB 15199-1994《食品中銅限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中的最低限量5 mg/kg 可知，所有的樣品中Cu 均未過量。

3.7 蜂膠中砷（As）元素分析

As 含量參照GB 2762-2017[9]的總As 最低限量標(biāo)準(zhǔn)0.5 mg/kg，所有樣品均符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.8 蜂膠中鎘（Cd）元素分析

Cd 的含量參照GB 2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[9]中最高限量0.05 mg/kg，除了河北蜂膠外，其余的蜂膠原膠及制品均符合標(biāo)準(zhǔn)。張威[17]研究發(fā)現(xiàn)由于河北礦產(chǎn)的開采、冶煉和工業(yè)的發(fā)展，河北土壤存在嚴(yán)重Cd 污染，土壤中Cd 的平均本底值為1.17g/g，含量偏高，與本實驗結(jié)果相吻合。

3.9 蜂膠中鋇（Ba）元素分析

Ba 易引起過敏，接觸過多易引起呼吸系統(tǒng)的刺激，嚴(yán)重時會造成腹痛、血便、脈搏減慢、心律不齊等慢性疾病。在國標(biāo)中未對Ba 的含量做出限定，由表5可知，山東蜂膠中Ba 的含量最高為116.54±157.19 mg/kg，其次是河北、網(wǎng)購蜂膠、四川蜂膠和蜂膠膠囊。Ba 在蜂膠中的含量相對偏高，可能由于蜂膠采集地背靠Ba 鹽場，土壤水源中的高Ba 濃度通過轉(zhuǎn)化進入蜂膠中造成個別采集地蜂膠中的Ba值高。

3.10 蜂膠中鉛（Pb）元素分析

Pb 幾乎對人體的所有器官都能造成損害，具體表現(xiàn)為影響骨骼和智力發(fā)育，破壞腎功能和免疫功能，造成消化不良和內(nèi)分泌失調(diào)，導(dǎo)致貧血、高血壓和心律失常等，且受損的器官和組織不能修復(fù)，將伴隨終身。由表5可知，三個省份蜂膠其中四川省蜂膠中Pb含量最高，為4.43±5.59 mg/kg，其次是山東蜂膠原膠和河北蜂膠。三個省區(qū)蜂膠中Pb 含量均低于8 mg/kg，符合國家《藥典》中的蜂膠原膠限量標(biāo)準(zhǔn)。分析原因一可能為四川氣溫較為濕熱，蜂膠濕熱下具有一定的腐蝕性，腐蝕金屬鐵紗網(wǎng)，原因二為環(huán)境的污染如空氣土壤中的Pb 通過植物的吸收轉(zhuǎn)化進入到蜂膠的成分中。

3.11 蜂膠中其他元素分析

其他元素如釩（V）、錳（Mn）、鈷（Co）、鎵（Ga）、銣（Rb）、鍶（Sr）、鉬（Mo）、銫（Cs）等元素的含量相對較低，且國標(biāo)中未給出限量。

4 討論

ICP-MS 可用于測定不同食品樣品中的微量元素以及環(huán)境中存在的金屬污染物，在元素雜質(zhì)的識別和揭示中起著重要作用[18]。本方法采用了微波消解-碰撞/反應(yīng)池-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICPMS）測定蜂膠原膠和蜂膠膠囊等44 個樣品中的17 種金屬元素，其方法的線性相關(guān)系數(shù)在0.9998 之上，且檢出限除A1 元素外均在0.001～1.001 mg/kg 之間，RSD ≤6.45%，為蜂膠產(chǎn)品的加工開發(fā)和品質(zhì)評價提供一定的理論依據(jù)[19]。結(jié)果表明，蜂膠原膠中A1、Cr、Fe、Ba、Pb 含量較多且存在部分超標(biāo)情況，其中A1、Fe 和Ba 3 種元素組內(nèi)、組間差異較大，其他元素如釩（V）、錳（Mn）、鈷（Co）等12 種元素的含量相對較低。隨機購買的10 種市售膠囊產(chǎn)品在加工過程經(jīng)過重金屬去除工藝后，金屬元素含量較低，均未超過國家限定，污染較小。

推測蜂膠原膠中重金屬含量超標(biāo)的原因有：一為蜂農(nóng)的粗放式經(jīng)營和儲存不當(dāng)，如用鐵紗網(wǎng)覆蓋蜂膠、用生銹的金屬制具刮取蜂膠等造成污染；二為隨著工業(yè)發(fā)展和城市化進程加快，膠源地背靠工廠，工業(yè)“三廢”造成土壤中重金屬本底值過高，加重蜂膠污染。因此直接食用網(wǎng)購重金屬元素超標(biāo)的原蜂膠會造成人體蓄積性危害，嚴(yán)重?fù)p害人體健康。同時不同產(chǎn)地蜂膠原膠中重金屬含量差異也可為進一步辨別蜂膠原膠地理來源提供參考依據(jù)，巴西有研究將蜂膠作為金屬污染環(huán)境的指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)巴西巴拉那州的一些地區(qū)，A1、Ca 和Mg 的含量有統(tǒng)計學(xué)差異，可以用來確定蜂膠的地理來源[10]。

目前，我國標(biāo)準(zhǔn)中只針對蜂膠中的Pb 含量作出限定，其他元素限量均未有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。因此收集不同產(chǎn)地蜂膠進行金屬元素測定，了解不同產(chǎn)地蜂膠原膠的金屬元素污染情況，制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，進而規(guī)范蜂膠的生產(chǎn)和加工是非常必要的。