微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定 辣椒中Pb、As、Cd、Cr及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

◎ 熊小輝，黎申英，黃宗蘭，劉 濤，李 彪，戴瑞平

（江西省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證總院食品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，江西 南昌 330200）

辣椒（Capsicum annumL.）是茄科（Solanaceae）辣椒屬（Capsicum）農(nóng)作物，在全球許多國(guó)家有種植和銷售[1-2]。長(zhǎng)期以來辣椒由于具有高產(chǎn)、價(jià)格高、易于栽培等突出特征而受到農(nóng)戶喜愛，成為農(nóng)戶創(chuàng)收主要支柱之一。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織及海關(guān)總署數(shù)據(jù)分析，辣椒作為全球僅次于豆類、番茄的第3大經(jīng)濟(jì)作物，2020年全球栽培面積接近20 000 km2，同比增長(zhǎng)3.3%，產(chǎn)量達(dá)到3 928萬t，同比增長(zhǎng)0.4%；我國(guó)栽培面積達(dá)到8 140 km2，同比增長(zhǎng)1.9%，產(chǎn)量接近1 960萬t，同比增長(zhǎng)3.1%，成為栽培面積和產(chǎn)量最多的國(guó)家。辣椒成為我國(guó)一些省份重要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)區(qū)主要分布于江西、貴州、湖南、河南、新疆、河北和山東等地[3]。辣椒成分豐富，主要包括礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、維生素、色素和有機(jī)酸[4]等；具有抑制腫瘤[5]、抗菌[6]、延緩炎癥[7]和抗氧化[8]等功效。目前，辣椒主要用于加工辣椒干、腌制辣椒、辣椒醬、辣椒面和辣椒粉等產(chǎn)品[9-12]。

重金屬污染主要是指鉛（Pb）、砷（As）、鎘（Cd）和鉻（Cr）等毒性大的元素進(jìn)入大氣、土壤或水等環(huán)境，通過富集于農(nóng)作物被攝入，從而對(duì)人體造成毒性效應(yīng)[13-14]。辣椒在生長(zhǎng)過程中，會(huì)從環(huán)境中吸取重金屬，其累積量受環(huán)境影響較大[15]；當(dāng)富集重金屬辣椒進(jìn)入人類食物鏈中，對(duì)人體會(huì)造成一定危害。因此，對(duì)辣椒重金屬研究及其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來關(guān)于辣椒重金屬研究國(guó)外報(bào)道很少，國(guó)內(nèi)部分科技工作者也僅限于對(duì)辣椒重金屬污染及辣椒成分研究，主要集中在重金屬吸收和辣椒提取物上。黎佳佳等[16]通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，辣椒對(duì)土壤中Pb和Cd有吸收作用，Pb和Cd也會(huì)影響彼此吸收。趙志燊等[17]對(duì)貴陽市紅尖椒重金屬分析表明，Pb和Cd平均值含量高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定限量值，但通過評(píng)估發(fā)現(xiàn)，其符合聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織規(guī)定的可耐受攝入量；鐘肖瓊等[18]通過對(duì)比干辣椒中Cd含量也發(fā)現(xiàn)，鎘元素暴露風(fēng)險(xiǎn)極低，但面臨的Cd污染問題不容忽視。辣椒成分研究主要有辣椒油[19]、辣椒素[20-21]和辣椒籽蛋白[22]等。關(guān)于辣椒的研究取得了一定進(jìn)展，但對(duì)于鮮辣椒中多種重金屬元素研究及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還沒有詳細(xì)的研究報(bào)道。本文通過微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Microwave Digestion-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，MD-ICP-MS）分析辣椒中的Pb、As、Cd和Cr，采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)局（United States Environmental Protection Agency，USEPA）建立的人體攝入重金屬健康安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[23-24]對(duì)4種重金屬進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而對(duì)辣椒產(chǎn)業(yè)加工以及食用提供一定的指導(dǎo)意義；也為其他科技工作者對(duì)其他物質(zhì)重金屬研究提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

隨機(jī)在農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)和超市采集小米椒、紅泡椒、螺絲椒、朝天椒及線椒樣品，每個(gè)樣本在500 g基數(shù)中選取50 g樣品用食品級(jí)干凈包裝袋取回后進(jìn)行洗滌，自然晾干后備用。

68%UP級(jí)硝酸，蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司；1 000 μg·mL-1Pb、As、Cd、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液及鍺（Ge）、銦（In）、鉍（Bi）內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)物，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；Pb、As、Cd質(zhì)控樣，大連中食國(guó)實(shí)檢測(cè)技術(shù)有限公司；Cr質(zhì)控樣，中國(guó)檢驗(yàn)檢疫科學(xué)研究院；10 μg·mL-1調(diào)諧液，美國(guó)安捷倫公司；試驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

7900 ICP-MS儀，美國(guó)安捷倫公司；ETHOS ONE微波消解儀，意大利MILESTONE公司；GS25-20A趕酸儀，天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司；QUINTIX124-1CN分析天平，賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；Synergy純水儀，美國(guó)Millipore公司；JYL-C16V粉碎機(jī)，九陽股份有限公司；HYC-310冰箱，青島海爾特種電器有限公司；試驗(yàn)用玻璃儀器經(jīng)過硝酸（1+4）溶液浸泡24 h以上，并用水沖洗滌干凈烘干后備用。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

將洗凈晾干后的樣品用粉碎機(jī)粉碎均勻，精確稱取2 g樣品于聚四氟乙烯消解管中，加入6 mL硝酸，放置1 h后加蓋擰緊，將消解管放置于微波消解儀中消解；冷卻后用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解管在100 ℃趕酸儀上趕酸30 min，用水定容至50 mL，搖勻備用，同時(shí)進(jìn)行空白試驗(yàn)。微波消解儀消解程序參數(shù)見表1。

表1 微波消解參數(shù)表

1.3.2 樣品上機(jī)測(cè)定

（1）標(biāo)準(zhǔn)溶液及內(nèi)標(biāo)液配制。將Pb、As、Cd和Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液分別吸取50 μL于50 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度搖勻，配制成1 μg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。分別吸取Pb、As、Cd和Cr標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液0.05 mL、0.10 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL和2.50 mL于同一容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度搖勻，配制成 1 μg·L-1、2 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、20 μg·L-1和 50 μg·L-1一系列的 Pb、As、Cd和 Cr混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別吸取Ge、In、Bi標(biāo)準(zhǔn)溶液25 μL于同一500 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度搖勻，配制成50 μg·L-1的混合內(nèi)標(biāo)液。

（2）ICP-MS儀器參數(shù)條件。參數(shù)對(duì)ICP-MS儀器的精密度、靈敏度和檢出限影響很大，因此儀器開機(jī)后采用1 μg·L-1調(diào)諧液對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧，在儀器調(diào)整到最佳狀態(tài)后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品進(jìn)行上機(jī)分析，并使用儀器配置軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，ICP-MS儀具體參數(shù)見表2。

表2 ICP-MS儀條件參數(shù)表

（3）加標(biāo)回收試驗(yàn)及精密度、準(zhǔn)確度、檢出限。選取一個(gè)辣椒品種（小米椒）中一個(gè)樣品精確稱取2 g，稱6個(gè)平行，按上述方法處理好后上機(jī)測(cè)定，測(cè)量樣品4種重金屬含量；同時(shí)對(duì)選取的樣品再次稱2 g，加入4種重金屬各 0.1 μg、0.25 μg、0.5 μg 3 個(gè)梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液做加標(biāo)回收試驗(yàn)，每個(gè)梯度加標(biāo)6個(gè)樣品，按樣品處理方法處理好后上機(jī)測(cè)定，計(jì)算加標(biāo)回收率及精密度。精確稱取4種已知重金屬元素含量的質(zhì)控樣各6個(gè)，按上述方法處理好后上機(jī)測(cè)定，測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確度。對(duì)空白值進(jìn)行20次測(cè)定，根據(jù)其標(biāo)準(zhǔn)偏差和回歸方程斜率計(jì)算檢出限。

1.3.3 重金屬健康安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

（1）重金屬污染物限量評(píng)價(jià)。根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中的規(guī)定，辣椒重金屬最高允許限量分別為Pb 0.1 mg·kg-1、As 0.5 mg·kg-1、Cd 0.05 mg·kg-1以及 Cr 0.5 mg·kg-1。

（2）重金屬污染物健康安全評(píng)估模型。根據(jù)USEPA建立的目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)法（Target Hazard Quotients，THQ；Total Target Hazard Quotients，TTHQ）對(duì)辣椒中4種重金屬進(jìn)行評(píng)估[25]。該模型前提是假設(shè)人體重金屬攝入量與吸收量相等，將吸收劑量與設(shè)定的參考劑量的比值作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值。計(jì)算公式如下：

式中：FIR為食品攝入率，根據(jù)調(diào)查走訪和統(tǒng)計(jì)取值216 g·d-1；C為樣品中重金屬含量，mg·kg-1；ED為暴露時(shí)間，一般取30 a[25]；EF為人群暴露頻率（365 d·a-1）[25]；TA為非致癌性暴露平均時(shí)間，一般取值10 950 d[25]；WAB為人體平均體重，取值63.45 kg[26]；RFD為口服參考劑量，根據(jù)USEPA制定的值，Pb、As、Cd和Cr分別為 0.004 mg·（kg·d）-1、0.000 3 mg·（kg·d）-1、0.001 mg·（kg·d）-1和 1.5 mg·（kg·d）-1[25]；THQ表 示單個(gè)重金屬風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；TTHQ表示多種重金屬風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

當(dāng)THQ＜1時(shí)，表示該物質(zhì)中單個(gè)重金屬對(duì)人體無明顯健康風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)THQ≥1時(shí)，表示該物質(zhì)中某種重金屬可能引起人體健康風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)TTHQ＜1時(shí)，表示該物質(zhì)中多種重金屬對(duì)人體無明顯健康風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)TTHQ≥1時(shí)，表示該物質(zhì)中多種重金屬可能引起人體健康風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用OriginPro 2017與SPSS 26軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并繪制成圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 ICP-MS法測(cè)定辣椒中Pb、As、Cd和Cr 4種重金屬

2.1.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

在上述儀器最佳條件下對(duì)4種重金屬元素所配制的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)量，以重金屬元素質(zhì)量濃度作為橫坐標(biāo)，響應(yīng)值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)（R2）。以空白標(biāo)準(zhǔn)偏差（20次空白值所得）與標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值3倍作為檢出限值。4種重金屬元素的線性范圍均在0～50 μg·L-1，線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限和內(nèi)標(biāo)元素見表3。

根據(jù)表3可知，4種重金屬元素線性方程都具有較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)都在0.999 6～0.999 9，儀器的檢出限也比較低，靈敏度高。

表3 線性參數(shù)及檢出限表

2.1.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)及精密度

本研究中加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果及精密度如表4所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，3個(gè)梯度的加標(biāo)回收率均在92.0%～109.0%，說明本研究方法穩(wěn)定性好，可靠性強(qiáng)；而且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）都小于5%，表明本研究方法重現(xiàn)性好，精密度高，辣椒基質(zhì)對(duì)加標(biāo)回收結(jié)果影響很小。

表4 加標(biāo)回收結(jié)果及精密度表（n=6）

2.1.3 質(zhì)控樣方法驗(yàn)證分析

采用已知重金屬含量的質(zhì)控樣進(jìn)行質(zhì)量控制，其測(cè)定結(jié)果見表5。從表中可以看出，4種重金屬質(zhì)控樣的測(cè)定平均值均在證書推薦的范圍內(nèi)，回收率結(jié)果良好，進(jìn)一步表明了方法的測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度高、可靠性強(qiáng)，數(shù)據(jù)可信度高。

表5 質(zhì)控樣測(cè)定結(jié)果表（n=6）

2.1.4 辣椒中4種重金屬含量

ICP-MS法測(cè)定5種辣椒品種試樣中Pb、As、Cd和Cr的含量，每個(gè)測(cè)定6次，其測(cè)定結(jié)果見表6。圖1表示的是辣椒中4種重金屬含量與《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中限量值的比較。

表6 辣椒中4種重金屬含量表

圖1 辣椒中4種重金屬含量分布圖

結(jié)合表6和圖1可知，同一種重金屬在不同辣椒中的含量分布有差異，Cd在小米椒含量最大，達(dá)到了0.088 mg·kg-1，螺絲椒中含量最低；而且小米椒中Cd超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值，而其他4個(gè)品種辣椒Cd含量都在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格范圍內(nèi)；Pb的含量差異不是很大，除小米椒外，其他4種辣椒中的Pb在4種重金屬中占比最高，而且所有辣椒品種的Pb都遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值；As和Cr在小米椒中的含量高于其他辣椒品種，但也均小于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定值。

2.2 健康安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)式（1）和式（2），計(jì)算辣椒中不同重金屬元素對(duì)人體安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的THQ和TTHQ值，結(jié)果見表7。

表7 5種辣椒中4種重金屬的THQ和TTHQ表

從表7可以看出，不同辣椒品種的每一種重金屬元素其THQ值均小于1，說明每個(gè)品種辣椒重金屬元素含量雖有差異，但單一重金屬元素對(duì)人體健康安全風(fēng)險(xiǎn)較低。對(duì)于小米椒、紅泡椒、朝天椒以及線椒來說，其4種重金屬元素THQ值由高到低排列都是As＞Cd＞Pb＞Cr；而螺絲椒4種重金屬元素THQ值由高到低排列為As＞Pb＞Cd＞Cr；這說明僅從4種重金屬元素相對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)性分析，5種辣椒中都是As的危害性最大，而Cr危害性最小。對(duì)辣椒中多種重金屬風(fēng)險(xiǎn)性分析可以看出，5種辣椒的TTHQ大小為小米椒＞紅泡椒＞螺絲椒＞朝天椒＞線椒，而且小米椒的TTHQ值為0.975，接近于1；說明人體長(zhǎng)期攝入小米椒對(duì)身體會(huì)有一定的風(fēng)險(xiǎn)，而其他4種辣椒風(fēng)險(xiǎn)性相對(duì)較低。

3 結(jié)論

本研究采用MD-ICP-MS法測(cè)定了辣椒中的Pb、As、Cd和 Cr 4種重金屬含量，在 0～ 50 μg·L-1方程有很好的線性，4種重金屬相關(guān)系數(shù)均在0.999 6以上；通過加標(biāo)回收和質(zhì)控樣測(cè)定試驗(yàn)，用該方法測(cè)定辣椒中重金屬含量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度好、精密度高。通過測(cè)定5種辣椒品種4種重金屬含量得出，小米椒中Cd含量最大，超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值，其他重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限量值，但含量值均高于其他辣椒品種；其他辣椒品種Pb、As、Cd和Cr 4種重金屬含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限量值，而且Pb和Cr所占比例較高。通過THQ和TTHQ研究得出，小米椒、紅泡椒、朝天椒以及線椒4種重金屬元素THQ值由大到小排列為As＞Cd＞Pb＞Cr；螺絲椒4種重金屬元素THQ值由大到小排列為As＞Pb＞Cd＞Cr，所有重金屬的THQ值均小于1；5種辣椒品種的TTHQ值也均小于1，但小米椒的TTHQ值為0.975，接近于1，攝入量過多可能會(huì)對(duì)人體健康帶來潛在風(fēng)險(xiǎn)，5種辣椒的相對(duì)健康安全風(fēng)險(xiǎn)為小米椒＞紅泡椒＞螺絲椒＞朝天椒＞線椒。本研究結(jié)論將對(duì)辣椒加工業(yè)健康發(fā)展提供一定的理論基礎(chǔ)，對(duì)人們食用辣椒及其加工品提供一定的指導(dǎo)；同時(shí)也為科技工作者探索其他物質(zhì)重金屬元素提供系統(tǒng)研究方法。