食品中汞與甲基汞污染狀況與檢測技術研究進展

李思遠，黃光智，丁曉雯*

1(西南大學 食品科學學院，重慶市農產品加工重點實驗室，重慶,400716) 2(西南大學 科技處，重慶，400716)2

汞是一種有劇毒的重金屬，其對人體的毒性大小與它的存在形態密切相關。通常而言，有機汞的毒性大于無機汞，在有機汞中，甲基汞對人體的危害最強，目前汞單質引起的食物中毒未見報道。無機汞進入人體后主要積蓄在腎臟，對腎臟造成損傷[1-2]。甲基汞由于分子質量小、脂溶性強等特點，極易通過血腦屏障，因此表現出很強的神經毒性[3]。此外，有研究報道甲基汞暴露會導致表觀基因組改變如DNA甲基化等[4]。

由于汞，尤其是甲基汞對人體危害較大，世界各地對汞的污染越來越重視。世界衛生組織(WorldHealthOrganize，WHO)將汞列為最需要關注的重金屬污染物。人體汞暴露主要是通過食品，因此對食品中汞含量與存在形式進行快速、準確的監控對提高食品質量、保護消費者健康具有積極意義。傳統的檢測技術如總汞的二硫腙比色法、冷原子吸收法、甲基汞的氣相色譜法等已不能很好地滿足對食品中汞的檢測要求。因此，越來越多的科研工作者開始探索和尋找靈敏度、精確度更高，檢測速度更快的檢測方法，以滿足對食品中汞監測的需求。在此背景下，本文綜述了食品中汞的來源、污染現狀、各國限量標準及國內外汞檢測技術的現狀，為汞在各類食品中限量標準的設立及檢測技術的發展提供借鑒與參考。

1 食品中汞污染來源、污染現狀及限量

1.1 食品中汞的來源

土壤和水體中汞的自然來源主要是巖石風化、森林火災及大氣沉降等[5-6]。人類活動如化石燃料的使用、工業生產中排放的“三廢”[7]，以及農藥、化肥的使用都會導致汞向土壤和水體中釋放[8]。

由于汞無法降解且生物富集作用強，土壤和水體中的汞經生物富集后大量進入食品原料，進而危害人類健康。此外，食品在加工、運輸過程當中也有可能被金屬容器溶出的汞和含汞食品添加劑污染。食物，尤其是魚類等水產品是人體中汞的主要來源。水體和土壤中的汞經微生物的甲基化作用形成甲基汞，經食物鏈逐級在魚類中富集，因此魚類食品中的甲基汞濃度較環境中高;植物性食品通常因為磷肥和農藥的濫用而被汞污染，在微生物作用下，這些汞也會被轉化成甲基汞[9-12]。目前研究發現，硫酸鹽還原菌、鐵還原菌、產甲烷菌為主要的甲基化微生物，它們都為厭氧菌，含有將Hg2+甲基化所需的hgcA和hgcB基因，其中硫酸鹽還原菌甲基化能力較強，且廣泛存在于海水、河水、土壤中[13-14]，因此甲基汞也可能不僅僅存在于海產品中。

1.2 食品中汞的污染現狀

歷史上曾發生過多次汞中毒事件，其中影響最大的是1953年發生在日本熊本縣的水俁病，是一種由有機汞慢性中毒引起的神經系統障礙疾病，患者病癥表現為手足不協調、運動及言語障礙，重者意識不清、神經錯亂甚至死亡，該事件造成1 000多人死亡，10 000多人患病。經調查確認，該病是由甲基汞污染當地居民經常食用的水產品所致[15]。1972在伊拉克有459人由于食用被汞污染的面包而死亡[16]。汞污染食品造成中毒的事件在我國也有發生，如2004年青海省某單位飲用水被汞污染，導致78人慢性汞中毒[17]；2009年11月、2010年1月，北京2市民飲用被汞污染的雪碧而中毒[18]。

盡管我國政府加強了對食品中汞的監控，由于汞污染的廣泛性，不少地區抽檢的食品樣品中仍存在汞超標的現象。如2017年寶雞市疾病預防控制中心從當地大型農貿市場、超市等地購買176份食品樣品，用直接測汞儀進行檢測，結果顯示蔬菜和禽畜肉中汞超標率分別為9.4%和9.1%[19]；2015年呼和浩特市疾病預防控制中心對當地食品進行抽檢，結果顯示乳品中汞檢出率55%，合格率 75%；食用菌汞檢出率96.7%，合格率 76.7%，這2種食品汞超標率較高[20]。2013年平頂山市疾病預防控制中心對當地蔬菜進行汞污染檢測，結果顯示當地蔬菜汞超標率為10.17%[21]。由此可見，食品中汞污染的現狀不容樂觀。

1.3 國內外對食品汞污染的限量標準

由于汞對人體健康的危害較大，世界各國都對食品中汞的含量進行嚴格限制。各國對食品中汞的殘留限量值見表1。

表1 國內外食品中汞限量標準[22-23]Table 1 Domestic and international limitation standard of mercury in food

注：“-”表示沒有此項標準。

如表1所示，水產動物產品中汞的限量標準以甲基汞表示，其余產品以總汞表示。我國對水產動物及肉食魚類食品中甲基汞限量與歐盟和國際食品法典委員會(Codex Alimentarius Commission，CAC)相應的限量一致，分別不超過0.5、1.0 mg/kg；歐盟、CAC及日本僅對水產動物產品中的汞作出限量，美國僅對水產動物和小麥中的汞作出限量，說明我國對食品中汞的限量要求比國際標準更廣泛。

袁曉博等[24]測定了我國9省市303份大米樣品中甲基汞含量，結果顯示樣品中甲基汞含量在0.13～18μg/kg之間，占總汞比例的1.7%～97%。需要指出的是，大米占我國居民日常飲食大部分，食用量大、頻率高，且甲基汞在人體中的積蓄性強、毒性大，其對大米的污染應當引起足夠重視，相應的標準也應該被設立。

2 食品中汞的檢測方法

我國國家標準GB 5009.17—2014《食品中總汞及有機汞的測定》[25]中規定了食品中總汞的測定方法，方法一為原子熒光光譜分析法(atomic fluorescence apectrometry， AFS)，樣品前處理采用酸加熱消解；方法二為冷原子吸收光譜法(cold vapor atomic adsorption spectrometry, CV-AAS)，前處理為酸消解或催化酸消解。該標準還規定了食品中甲基汞的測定方法為液相色譜-原子熒光光譜聯用法(liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry，LC-AFS)，樣品前處理為超聲輔助酸提取法。除了國標規定的測定方法外，不少科技人員也在探索其他的方法以達到食品中汞與甲基汞檢測要求的方便、快速、準確的要求。

2.1 食品樣品汞與甲基汞測定的前處理技術

要測定食品中汞與甲基汞含量，首先要對樣品進行前處理。因為汞元素及形態汞不穩定[26]，樣品的前處理過程需要十分注意。目前常用的前處理方法有超聲輔助酸處理法、超聲輔助堿處理法、微波輔助處理法、酶處理法等。

王林裴等[27]用5mol/L HCl超聲輔助處理水產動物樣品，用AFS測定，加標回收率分別為80.1%～95.8%(Hg2+)、92.1%～105%(甲基汞)、80.3%～97.6%(乙基汞)，相對標準偏差(relative standard deviation， RSD)≦5.0%，該法能夠較好地防止形態汞的損失。趙凱等[28]利用超聲輔助堿處理2種標準物質，用高效液相色譜-原子熒光光譜聯用(high performance liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry， HPLC-AFS)測定甲基汞，結果顯示測定值分別為給定值的(97.1±1.4)%和(99.1±1.2)%，說明該處理技術能夠較好地防止甲基汞的損失。

微波輔助消解技術是近幾年發展起來的一種高效、節能的樣品前處理技術。微波消解技術主要分為封閉式和開放式2種。開放式微波消解系統的優點在于可以隨時添加試劑以及可以排除消解過程釋放的氣體，缺點是易被污染。封閉式消解系統相較于開放式系統更加方便、快速，但由于不能及時排除氣體，因而存在一定的安全隱患。微波輔助消解技術測定總汞時通常用酸性消解劑如硝酸、鹽酸，測定甲基汞時通常選用堿性提取劑如四甲基氫氧化銨、氫氧化鉀[29]。CUNHA等[30]用封閉式微波輔助濃硝酸處理樣品，利用AFS測定牛奶總汞含量，用含有(9.4±1.7)ng/g總汞的標準物質驗證可行性，結果顯示標準物質測定值的不確定度為0.94ng/g，RSD為9.9%，表明該前處理技術對樣品的消化效率較高。JIMENEZ-MORENO等[31]分別利用封閉式微波輔助硝酸和微波輔助四甲基氫氧化銨消解處理大米樣品，氣相色譜-原子熒光分光光度法聯用(gas chromatography-atomic fluorescence spectrometry, GC-AFS)測定甲基汞，回收率分別為(99±5)%和(81±6)%，認為微波輔助硝酸處理對大米樣品中甲基汞的提取率較高。CARRASCO等[32]采取傳統烘箱加熱消解、堿消解、微波輔助酸消解、微波輔助堿消解、酶催化消解分別處理海產品，并用GC-AFS測定其中的甲基汞，比較結果得出堿(氫氧化鉀-甲醇溶液)消解(回收率97%)、微波輔助鹽酸消解(回收率94%)和酶促消解(回收率99%)對甲基汞的提取效率好。REYES等[33]分別用微波輔助堿處理、微波輔助酸處理、超聲輔助堿處理、超聲輔助酸處理、蛋白酶處理魚類樣品，然后用高效液相色譜與電感耦合等離子體質譜聯用(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry, HPLC-ICP-MS)測定甲基汞含量，結果顯示微波輔助堿處理和超聲輔助堿處理使甲基汞的損失率低于6%，提取效果較好，該研究還指出微波輔助硝酸處理會導致魚類樣品中甲基汞大量損失，影響測定結果。

2.2 食品中汞的測定方法

2.2.1 色譜與光譜/質譜技術聯用

近年來，對食品中汞的檢測已經不局限于某單一技術的應用，而是趨向于多種技術聯用。例如，為了對食品中的形態汞進行測定，GC、HPLC都是常用的分離手段，將分離得到的形態汞利用AFS、AAS、ICP-MS進行定量測定。幾種常見色譜與光譜/質譜聯用技術見表2。

表2 常見的色譜與光譜/質譜聯用技術之間的比較Table 2 Comparison between chromatographic and spectral/mass spectrometry techniques

2.2.2 非色譜法

盡管技術聯用允許在線分析食品中汞含量，并且具有較低的檢測限，但所需的儀器大多數昂貴且操作復雜，如果要測定形態汞則在色譜分離過程要消耗大量時間[39]，因此不少科技人員開始研究用非色譜法來分離測定形態汞。COVACI等[40]采用非色譜法測定魚類產品中的形態汞，利用HBr提取甲基汞，用甲苯萃取、L-半胱氨酸反萃取甲基汞后，在紫外光照射下用0.6mol/L甲酸進行衍生，用電容耦合等離子體發射光譜法(capacitively coupled plasma optical emission spectrometry, CCP-OES)測定甲基汞回收率為(100±8)%，精確度為2.4%～11.9%，檢出限為2 μg/kg。

2.2.3 汞直接測定儀

汞直接測定儀也是近幾年的研究熱點。有研究表明，汞直接測定儀可以很好地測定諸如食品這樣的成分復雜的樣品中汞含量[41]。MARTINS等[42]利用汞直接測定儀對87種嬰幼兒食品中總汞進行檢測，結果顯示檢出限為0.1 μg/kg，重復性和中間精密度分別為0.7%、1.0%，不確定度為4.3%，表明汞直接測定儀具有較高的精確度和準確度。VIEIRA等[43]比較了直接汞測定儀與CV-AAS，得到的結果表明直接汞測定儀能夠快速處理多個樣本，檢出限相比較于AAS要低，主要缺點是對樣本的質量限制在100 mg以下，樣本質量較大時需多次測量。

2.2.4 熒光法

熒光探針技術由于其高敏感性、高選擇性以及易操作性而備受關注。近年來有研究報道利用羅丹明類衍生物作為熒光探針檢測食品中的汞含量，其原理是在PVA-124表面活性劑存在的條件下，Hg2+與KI反應生成I3-，I3-與羅丹明6G形成締合物使其熒光猝滅，熒光猝滅值在8～100 ug/L與Hg2+濃度呈良好線性關系，利用這種方法對標準樣品進行測定，RSD為2.3%～3.8%，回收率97.5%～102%[44]。

LASHGARI等[45]設計了一種經靛紅修飾的納米多孔二氧化硅材料，發現該材料的熒光強度與Hg2+離子濃度之間具有良好的線性關系且對Hg2+具有顯著的特異性，用其檢測自來水中的Hg2+，結果顯示該法檢測限為3.7×10-6mol/L，回收率96.5%，可用于水中Hg2+的檢測。

LI等[46]利用富含胸腺嘧啶的單鏈寡脫氧核糖核苷酸適配體修飾碳量子點作為熒光探針，以MnO2納米片作為猝滅劑，測定湖水中的Hg2+，其原理是當不存在Hg2+時，探針吸附在猝滅劑表面發生熒光猝滅，當存在Hg2+時，適配體與Hg2+形成T-Hg2+-T配合物，探針從猝滅劑表面分離而發出熒光。熒光強度在Hg2+濃度為2～200 nmol/L，隨Hg2+濃度增加而增加，該法檢測限為0.67 nmol/L，RSD<5%，回收率98.7%～103.6%，具有高靈敏度和高選擇性。

納米銀具有很強的熒光特性，當Hg2+與納米銀混合后會發生氧化還原反應，納米銀紫外特征吸收峰強度隨Hg2+濃度增加而降低，并在一定范圍內呈良好線性關系。任藝[47]采用納米銀測定蔬菜中Hg2+含量，發現當存在Zn2+，Fe3+，Mg2+，Ca2+和Mn2+等其他8種離子時，納米銀對Hg2+表現出高度專一性，該法加標回收率為97.25%～100.63%，RSD<10%，檢出限為0.7 μg/L，表明該法具有很好的準確度和精密度。

2.2.5 酶抑制法

酶抑制檢測技術也被應用于汞的檢測，該方法具有檢測速度快、操作簡便、適合現場檢測等優點。張寧寧[48]探究Hg2+與脲酶活性之間的關系，發現Hg2+濃度與脲酶活性具有良好的線性負相關，與石墨爐原子吸收光譜法相比較，顯示2種方法的測定結果沒有顯著性差異。

2.2.6 電化學法

電化學技術也因為成本低，易于檢測，靈敏度高等優點應用于對汞的檢測。SQUISSATO等[49]提出了一種簡易的電化學方法，魚油樣品在室溫下經超聲輔助HCl/H2O2處理15 min后以金作為電極使用陽極溶出伏安法測定其中的汞，該法中汞信號隨沉積時間增加，在5～400 μg/L具有良好線性關系，檢測限為0.25 μg/L，RSD<5%，回收率為95%～105%，并且電極連續使用約100次無需更換。

電化學法通常結合納米孔技術、適配體技術、酶抑制法使用，通過在電極上修飾不同的材料以獲得更低的檢測限和更高的精密度等。幾種用于測定汞的修飾電極見表2。

表3 幾種用于測定汞的不同修飾電極之間的比較Table 3 Comparison between different modified electrodes for the determination of mercury

注：“-”表示文獻未提及。

3 結語與展望

當前食品中汞污染現狀較為嚴峻，食品中的汞主要來源于土壤、水體本身、大氣沉降及含汞農藥、化肥、添加劑的使用。在所有的形態汞當中，甲基汞對人體危害最大，會對肝臟及神經系統產生較大損傷，此外還可產生胎兒毒性和遺傳毒性，而且，由于自然界中汞及能夠將汞甲基化的微生物分布廣泛，甲基汞廣泛存在于各類食品當中，因此，健全各類食品中汞及甲基汞限量標準以及建立一種對食品中汞準確、快速測定的方法仍然是十分重要且必要的。

由于汞及其化合物的不穩定性，樣品前處理必須十分謹慎選擇前處理方式。目前，大部分方式都應用超聲輔助或者微波輔助，這可以提高效率并降低樣品中待測成分的損失。在測定總汞時，通常用硝酸或鹽酸與過氧化氫作為消解劑，在測定甲基汞時則選用氫氧化鉀或者四甲基氫氧化銨進行堿提取。當前對汞的測定主要采用技術聯用，技術聯用精確度和準確度較高，并且有著較低的檢出限，但缺點也顯而易見，部分設備昂貴，操作復雜，如果要分離形態汞則需要較長的時間，并且很難實現現場測定。因此，對汞的測定方法在保留較高精確度和準確度的前提下，應該向諸如電化學法、熒光法、酶抑制法及這些方法聯用等方面發展，以建立更為快速、方便、經濟的食品中汞的檢測方法。