加工精度對(duì)大米重金屬的影響規(guī)律及品種差異

許艷霞， 倪小英， 鄧志堅(jiān)， 梅 廣， 楊 靜， 黃 衛(wèi)

(湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心1，長(zhǎng)沙 410201) (稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室2，長(zhǎng)沙 410201)

重金屬污染是當(dāng)前糧食的主要質(zhì)量安全問(wèn)題之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年有超過(guò)1 200萬(wàn)t糧食受到重金屬污染，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)200億元以上，給人民健康和社會(huì)穩(wěn)定帶來(lái)了極大的危害[1]。砷、汞、鉛、鎘4種重金屬在糧食的重金屬污染中最典型，且危害較大，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)這4種重金屬在糧食中的限量均作了嚴(yán)格規(guī)定。

稻谷作為我國(guó)四大主糧之一，其重金屬污染形勢(shì)不容樂(lè)觀。部分地區(qū)稻谷重金屬污染率超20%。我國(guó)南方地區(qū)市場(chǎng)上約10%的大米存在重金屬污染[2]。因此，在同時(shí)保障食品數(shù)量安全和減少糧食浪費(fèi)的情況下，如何對(duì)這些污染稻谷進(jìn)行有效處理，降低重金屬含量，使其能得到安全合理利用是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。其中，基于重金屬在稻谷中的分布規(guī)律，通過(guò)礱谷和碾白等大米加工工藝，最大限度降低重金屬含量，是最安全的方法之一[3-5]。但是，不同文獻(xiàn)中，這種機(jī)械加工方法降低重金屬含量的差異較大。以鎘為例，在前期研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)礱谷和碾白后，大米鎘含量較糙米僅下降7%[6]，龐敏等[7]研究表明，經(jīng)過(guò)優(yōu)化參數(shù)，物理碾磨可使大米鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低50%以上，章月瑩等[8]研究表明，加工程度對(duì)降低稻谷鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)的降低影響僅為17.8%。

為了探討這種差異產(chǎn)生的原因，進(jìn)一步揭示機(jī)械加工對(duì)稻谷重金屬的影響，本研究選取了5種不同品種的稻谷，并將稻谷經(jīng)過(guò)礱谷、3次碾白，加工成不同加工精度的大米，分析稻谷各部分總砷、汞、鉛、鎘重金屬分布情況，討論不同加工精度對(duì)不同品種大米重金屬含量的影響，從而為重金屬污染稻谷的合理處置提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷樣品：從湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心2015年收獲糧原糧衛(wèi)生調(diào)查樣中選取5個(gè)品種(7份黃花粘、5份C兩優(yōu)277、5份Y兩優(yōu)3218、5份中早39、10份天優(yōu)華占)共計(jì)32份的稻谷樣品為研究樣品，樣品信息見(jiàn)表1。32份稻谷含水量均為13.5%。

表1 樣品信息表

續(xù)表1

As、Cd、Pb、Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 μg/mL。硼氫化鉀、氫氧化鉀、碘化鉀、鹽酸：分析純；硝酸：優(yōu)級(jí)純。

1.2 儀器與設(shè)備

AFS-9700型雙道原子熒光光度計(jì)，AAS-7000型原子吸收分光光度計(jì)，MV3000微波消解儀， THU35C礱谷機(jī)，BLH-3500精米機(jī)，ME203E天平。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品制備

對(duì)稻谷樣品除雜，得到凈稻谷，以礱谷機(jī)脫殼，收集每個(gè)稻谷樣品的稻殼(編號(hào)為A)和糙米(編號(hào)為B)，將糙米分成二等份，一份保留，一份繼續(xù)以精米機(jī)碾磨至碾減率10%(碾減率為碾磨后精米(mj)與原糙米(mc)相比減少的質(zhì)量占原糙米質(zhì)量的百分比，計(jì)算公式見(jiàn)式1)，收集得到的糠粉(編號(hào)C)和精米(編號(hào)D)，將D分為二等份，一份保留，一份繼續(xù)碾磨至碾減率15%，收集得到的糠粉(編號(hào)E)和精米(編號(hào)F)，將F分為二等份，一份保留，一份繼續(xù)碾磨至碾減率20%，收集得到的糠粉(編號(hào)G)和精米(編號(hào)H)，將A、B、C、D、E、F、G、H8種編號(hào)的樣品用錐式旋風(fēng)磨磨粉，粉碎細(xì)度均過(guò)80目篩。8個(gè)部分所對(duì)應(yīng)的稻谷部位見(jiàn)表2和圖1。

表2 各樣品所對(duì)應(yīng)稻谷部位

圖1 稻谷各部位分解情況

1.3.2 樣品消解方法

稱(chēng)取0.35 g(精確至0.001 g)左右樣品于消解罐中，加入4 mL硝酸和1 mL過(guò)氧化氫，蓋好安全閥后，將消解罐放入MV3000微波消解儀中，30 min內(nèi)將功率從0 W升至1 200 W，然后在700 W保持30 min，消解1 h；樣品冷卻30 min，取出，于190 ℃加熱趕酸，直至溶液揮發(fā)至綠豆大小，用去離子水定容至25 mL，作為總As、Pb、Cd、Hg元素的待測(cè)溶液。

1.3.3 樣品測(cè)定1.3.3.1 Cd、Pb測(cè)定

采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定。

1.3.3.2 Hg、總As測(cè)定

采用氫化物-原子熒光光譜法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均采用Excel 2020和SPSS 11處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種重金屬在稻谷中的分布

2.1.1 重金屬的籽粒分布

根據(jù)樣品制備情況，稻谷從外到內(nèi)分為A、C、E、G、H5個(gè)部分，此5部分的總As、Hg、Pb、Cd含量見(jiàn)圖2。

圖2 稻谷中總As、Hg、Pb、Cd的分布

從圖2可看出，4種重金屬在稻谷不同部位分布極不均勻。鉛在稻殼中的含量略高于其在其他部位的含量，而總As、Hg、Cd在稻殼中的含量略低于在其他部分的含量。糙米為稻谷的可食部分，稻谷中重金屬含量一般以糙米計(jì)。在糙米中，這四種重金屬的分布規(guī)律基本一致，由外到內(nèi)(C、E、G、H)4種重金屬含量均逐漸下降。

為了進(jìn)一步明確4種重金屬在稻谷可食部分的分布情況，本論文將32份稻谷每個(gè)部位的每種重金屬含量均取平均值，按糙米從外到內(nèi)的順序，依次計(jì)算相鄰兩部分重金屬含量的比值(靠?jī)?nèi)部的重金屬含量除以靠外部的重金屬含量)，作為分配比，考察四種重金屬由內(nèi)到外分配比的變化，結(jié)果見(jiàn)圖3。

由圖3可看出，4種重金屬的cE/cC、cG/cE、cH/cG均小于1，且呈下降趨勢(shì)，糙米由外到內(nèi)，分配比均小于1。且除Hg外，其他3種重金屬由外到內(nèi)分配比逐漸下降，說(shuō)明4種重金屬均由外到內(nèi)濃度逐漸下降，且除Hg外，其他3種重金屬下降幅度越來(lái)越高。這可能與稻谷中重金屬的存在狀態(tài)有關(guān)。根據(jù)相關(guān)報(bào)道[8-10]，稻谷中的重金屬一般與蛋白質(zhì)結(jié)合，而蛋白質(zhì)主要存在于糠粉中，糙米由外到內(nèi)，隨著碾減磨率的提高，糠粉所占比例越來(lái)越低，蛋白質(zhì)含量也逐漸下降。

圖3 重金屬在稻谷不同部位的分配比

2.1.2 品種差異

為探討4種重金屬在稻谷可食部分的分布的品種差異，分品種分別對(duì)4種重金屬在糙米中的分配比進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可看出，不同品種稻谷的4種重金屬分配比存在較大差異。對(duì)總As而言，C兩優(yōu)277和Y兩優(yōu)3218的cG/cE略高于cE/cC，但cH/cG較cG/cE下降較多。其他3個(gè)品種均表現(xiàn)為分配比逐漸下降，但不同品種下降幅度有區(qū)別。對(duì)Hg而言，5個(gè)品種稻谷各部位分配比差異較大，黃花粘、Y兩優(yōu)3218和天優(yōu)華占分配比由外到內(nèi)先上升后下降，C兩優(yōu)277基本沒(méi)變化，而中早39為先下降后上升。對(duì)Pb而言，黃花粘和C兩優(yōu)277分配比由外到內(nèi)先下降后上升，Y兩優(yōu)3218現(xiàn)上升后下降，其余2個(gè)品種逐漸下降。對(duì)Cd而言，黃花粘和中早39分配比由外到內(nèi)先下降后上升，其余3個(gè)品種都是先上升后下降。不僅如此，同品種的稻谷，4種重金屬分配比的變化也各不相同。這可能是因?yàn)椴煌贩N稻谷結(jié)構(gòu)、組分等有細(xì)微區(qū)別，且不同重金屬與稻谷結(jié)合的蛋白質(zhì)也存在差異。

2.2 碾米加工后稻谷重金屬含量的下降率

2.2.1 碾減磨率的影響

4種重金屬在稻谷可食部分糙米中的含量由外到內(nèi)逐漸降低，因此，礱谷碾白后稻谷重金屬含量會(huì)有所降低。本研究對(duì)糙米進(jìn)行了3次碾白，得到3種不同碾減率的精米D、F、H。將這3種精米(cj)與糙米(cc)重金屬含量對(duì)比計(jì)算重金屬含量的下降率。

32份樣品的4種重金屬含量下降率與碾減磨率的關(guān)系見(jiàn)圖5。

圖5 碾減率對(duì)4種重金屬含量下降率的影響

由圖5可看出，隨著碾減率的提高，4種重金屬的含量均逐漸下降，即其含量的下降率逐漸增大。4種重金屬含量的下降率與碾減率呈顯著正相關(guān)。

相同碾減率下，總As得含量下降最多，其次為Pb，下降幅度最低的為Cd，說(shuō)明總As相對(duì)而言，在糙米表面分布較集中，而Cd在糙米中分布相對(duì)均勻。通過(guò)提高碾減率降低稻米中總As含量可行性最高，而提高碾減率降低稻米中Cd含量的程度有限。

2.2.2 品種影響

為探討在相同碾減率條件下重金屬含量下降率的品種間差異，對(duì)不同品種糙米的4種重金屬含量在不同碾減率的條件下進(jìn)行了比較，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同品種在不同碾減率下4種重金屬含量下降率

品種對(duì)不同重金屬含量下降率的影響有較大差異。在10%、15%和20%碾減率條件下，這5個(gè)品種稻谷總As和Hg含量的下降率均不存在顯著的品種間差異，而Cd和Pb的含量下降率則在不同品種間存在較大差別。對(duì)Cd而言，C兩優(yōu)277和Y兩優(yōu)3218下降率較高，另3個(gè)品種下降率較低。對(duì)Pb而言，Y兩優(yōu)3218、中早39和天優(yōu)華占下降率較高，另兩個(gè)品種下降率較低。這一結(jié)果表明，重金屬在稻谷中的分布與稻谷的品種存在一定的關(guān)系，且不同重金屬的品種差異也存在差異。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)5種不同品種的稻谷中總As、Hg、Pb、Cd 4種重金屬在稻谷不同部分分布規(guī)律進(jìn)行研究，結(jié)果表明，4種重金屬在稻谷中的分布均具有較大的不均勻性，除稻殼外，4種重金屬在稻谷可食部分，即糙米籽粒中從外到內(nèi)的含量逐漸下降；4種重金屬在稻谷籽粒中的分布存在差異，總As更多集中在稻米的糠粉層中，Cd的分布相對(duì)較均勻；4種重金屬在稻谷籽粒中的分布存在品種差異；通過(guò)提高碾減率可有效降低稻谷中4種重金屬的含量，其中總As含量的下降幅度最高，Cd含量的下降幅度最低；不同品種的稻谷在相同碾減率的情況下，Cd和Pb的含量下降率差異顯著，而總As和Hg含量的下降率無(wú)顯著差異。研究結(jié)果可指導(dǎo)重金屬污染區(qū)域糧食種植的品種選擇，為糧食重金屬污染提供一種有效的解決途徑。