兩種前處理方法對4種食用菌中重金屬含量測定的影響

曾一芳，周志娥，董開發(fā)，湯凱潔

（江西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，江西南昌330045）

食用菌俗稱蘑菇，既是餐桌上頗受青睞的美食，也是研究和開發(fā)保健食品的優(yōu)質(zhì)原材料，“一葷一素一菌”是聯(lián)合國推薦的21世紀的合理膳食建議[1]。目前，我國食用菌產(chǎn)量和消費量均居世界首位[2]，在健康飲食中具有重要地位，但近幾年重金屬污染食用菌問題日益凸顯，因此食用菌安全受到廣泛關(guān)注。有研究表明食用菌重金屬主要有鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、汞（Hg）、砷（As）等[3-8]，食物中的重金屬僅通過簡單清洗、蒸煮或浸泡不能去除，會隨著攝入的食物富集到人體中，危害心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)等，當蓄積超過一定濃度后會造成慢性中毒[9]，因此檢測食用菌中重金屬的污染對指導(dǎo)飲食及保護消費者健康具有重要的意義。

食用菌重金屬檢測需先進行前處理才可以進行測定，即通過強酸和高溫將有機物破壞，使金屬離子形成可溶性鹽轉(zhuǎn)入溶液中，因此，樣品前處理步驟直接影響金屬離子測定的準確性及精確度[10]。所以，研究樣品前處理方法差異具有重要的價值。

實驗室常見且有效的固體樣品重金屬測定前處理方法有濕法消解、微波消解、干法灰化等[11-13]。濕法消解是在高溫下具有強氧化性的混合酸與樣品發(fā)生化學反應(yīng)從而分解樣品中有機物的方法，該方法設(shè)備簡單、易操作，但安全隱患高，試劑消耗大、所用的玻璃儀器對金屬存在吸附和解吸作用，從而導(dǎo)致空白值較高[14-16]，另外消解用的凱氏燒瓶敞開從而會引起某些金屬元素汽化后損失，一般適用于大批量且對準確性要求低的試驗。干灰化法是先低溫炭化后高溫灼燒樣品使其中的有機物完全被分解的方法，該方法步驟簡單、試劑消耗量少，但所耗時間長，適于處理樣品中含有鉛、鉻、鎘、鎳等高溫下仍穩(wěn)定且不易揮發(fā)的重金屬。微波消解法是近年迅速發(fā)展起來的新型節(jié)能的前處理方法，將樣品和酸混合于密閉系統(tǒng)中，利用微波電磁場的作用使兩者分子摩擦產(chǎn)熱后快速分解有機物，該方法所需試劑量少、快速安全，采用了吸收微波、耐熱耐腐蝕的全聚四氟乙烯材料，可使樣品中的有機物質(zhì)在密閉空間內(nèi)迅速完全分解，故在國內(nèi)外的重金屬測定中有廣泛的應(yīng)用[17-18]，但微波消解爐儀器昂貴，一般分析實驗室可能未具備。

不同前處理方法對重金屬檢測的影響很大，每種方法各有優(yōu)勢和劣勢，采取更適宜的前處理方法，有利于進一步的檢測工作。目前國內(nèi)外研究人員進行了很多不同測定方法對食用菌重金屬含量測定結(jié)果的比較試驗，但用不同前處理方法、同種分析檢測技術(shù)對此進行比較分析的研究較少。

本試驗比較了微波消解法和干法灰化法兩種前處理方法對原子吸收分光光譜儀測定食用菌中Pb、Cd、Cr、Ni含量的影響，分析了前處理方法的差異性和食用菌受重金屬污染的狀況，這不僅為食用菌及其他食品中重金屬檢測提供了參考，而且促進了食用菌生長、生產(chǎn)與加工過程中的管理與監(jiān)測，降低了健康危害風險，有助于食用菌工業(yè)的健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器試劑

香菇、金針菇、黑木耳、平菇：農(nóng)貿(mào)市場。

JD200-3型電子天平：沈陽龍騰電子有限公司；XY-200型高速多功能粉碎機：浙江省永康市松青五金工具廠；JKI-MDA-23變頻微波消解爐：上海精學科學儀器有限公司；COD聚四氟乙烯全氟微波爐消解罐：上海予申儀器有限公司；A3原子吸收分光光譜儀：北京普析通用儀器有限責任公司；SX2-10-13箱式電阻爐：上海躍進醫(yī)療器械廠；Milli-Q超純水儀：Millipore公司。

硝酸、高氯酸、鹽酸、過氧化氫（均為優(yōu)級純）：西隴化工股份有限公司；鉛、鎘、鉻、鎳標準液（1 mg/mL）：中國計量科學研究院；氬氣、乙炔、氫氣（純度99.999%以上）：南昌國輝氣體有限公司。

為保證試驗的準確性，所有玻璃器皿還有微波消解罐均用5%硝酸浸泡24 h，使用前先用自來水反復(fù)沖洗，再用符合要求的去離子水清洗、烘干后使用，全程進行空白試驗。為了比較方法和更符合實際，本試驗結(jié)果均以鮮品計。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準曲線的繪制

分別移取鉛、鎘、鉻、鎳標準儲備液（1.00 mg/mL）于50 mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液定容至刻度得到各元素標準中間液，移取不同體積的標準中間液于50 mL容量瓶，0.5%硝酸溶液定容至刻度，根據(jù)實驗室原子吸收光譜儀操作指南配成一定濃度梯度的標準系列溶液，如表1所示。

為確保方法的可靠性和結(jié)果的準確性參照JJG694-2009《原子吸收分光光度計檢定規(guī)程》進行檢出限和精密度測定試驗，即每個元素分別取低、中、高3個濃度，由低到高濃度分別移取10 μL導(dǎo)入石墨爐，每種濃度重復(fù)測定6次。儀器參考條件見表2。

表1 4種元素的標準系列溶液Table 1 Standard series of solutions for four elements

表2 石墨爐原子化器操作條件Table 2 Operating conditions of graphite furnace atomizer

1.2.2 檢出限和精密度的測定

1.2.3 樣品的采集和預(yù)處理

各種新鮮食用菌樣品用去離子水淋洗樣品表面除去雜質(zhì)，濾紙吸干外表水分，于通風處放置過夜，第2天準確稱取適量鮮重樣品，放入105℃烘箱中烘干后，測量干重。用粉碎機粉碎樣品干品，100目網(wǎng)篩去除大的顆粒后，均勻混合后用自封袋包裝好，置于干燥器中備用，每次稱量取樣采用四分法[19]。

1.2.4 兩種前處理方法消解樣品

1.2.4.1 微波消解法分解樣品

用稱量紙準確稱取0.5 g干重樣品粉末于微波消解罐中，加入5 mL硝酸-高氯酸（體積比4∶1），混合酸消解液后微微振蕩，靜置10 min，旋緊罐蓋后放入變頻微波消解爐內(nèi)，在功率100%，溫度180℃，5 min升溫，保持10 min的條件下重復(fù)3次，然后冷卻0.5 h后取出消解罐，冷卻0.5 h～1 h后開蓋（消解液呈無色透明或略顯黃色）。將消解液移至燒杯中，在電爐上以140℃～160℃趕酸至1 mL左右[19]，最后將容器中殘留樣液用超純水少量多次洗滌，將消解液全部轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，并用超純水定容至刻度，混勻備用。

1.2.4.2 干法灰化樣品

坩堝的恒重等步驟參照GB 5009.4-2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》[20]，進行。準確稱取1 g樣品粉末于坩堝中，后在電熱板上低溫炭化至無煙（可加兩滴過氧化氫溶液促進炭化），將坩堝置于馬弗爐中，采用試驗優(yōu)化多次的升溫程序，見表3。將坩堝中灰分用0.5%硝酸完全溶解，用超純水少量多次洗滌并全部轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，混勻備用。

表3 馬弗爐升溫程序Table 3 Graphite furnace heating program

1.2.5 樣品中重金屬含量的測定

移取上述微波消解和干法灰化定容后的溶液及空白樣液10 μL導(dǎo)入石墨爐，測定樣品中Pb、Cd、Cr、Ni的吸光值[21]。4種重金屬測定條件和參數(shù)見表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種重金屬的標準曲線

Pb、Cd 、Cr、Ni的測定波長分別為 283.3、228.8、357.9、232.0 nm，分別取 10 μL 空白樣液和 Pb、Cd 、Cr、Ni標準系列溶液按濃度從低至高依次導(dǎo)入石墨爐，經(jīng)過干燥、灰化、原子化和凈化4個步驟后測得元素吸光度。以吸光度（A）作為縱坐標，濃度（ng/mL）作為橫坐標，繪制各元素的標準曲線，見圖1。

圖1 Pb、Cd 、Cr、Ni的標準曲線Fig.1 Standard curves of Pb，Cd，Cr and Ni

由圖1可知4種重金屬元素的標準曲線的相關(guān)系數(shù)R2為0.995 4～0.998 6，說明所得標準曲線在所測范圍內(nèi)吸光度和濃度線性關(guān)系好，可用來計算樣品中重金屬元素的含量。每種元素選取低、中、高3個濃度，不同濃度都重復(fù)測定6次得出檢出限和精密度結(jié)果：Pb、Cd 、Cr、Ni檢出限分別 4.13、2.34、4.33、13.04 pg，精密度分別為4.496 3%、5.025 8%、2.634 6%、4.335 0%。

根據(jù)JJG 694-2009《原子吸收分光光度計檢定規(guī)程》要求，石墨爐法精密度≤5%，石墨爐法精密度≤4 pg，得出Pb、Cr、Ni的精密度符合要求，Cd的精密度十分接近要求；儀器對Cd的檢出限符合要求，Pb、Cr的檢出限基本符合要求，Ni的檢出限超出要求。

2.3 前處理方法對樣品中重金屬差異性

用原子吸收光譜儀測得各元素的吸光值，并根據(jù)溶液的線性回歸方程求得重金屬元素的濃度，依據(jù)香菇、金針菇、黑木耳、平菇烘干前后質(zhì)量差得出含水量分別為87.37%、92.27%、93.58%、89.88%，從而計算出重金屬在鮮重樣品中的含量，統(tǒng)計分析結(jié)果見表4。

表4 兩種前處理方法對食用菌重金屬含量測定的影響（±s，n=3）Table 4 Comparison of heavy metal content measured after treatment of the same edible fungi by two different methods（±s，n=3）mg/mL

表4 兩種前處理方法對食用菌重金屬含量測定的影響（±s，n=3）Table 4 Comparison of heavy metal content measured after treatment of the same edible fungi by two different methods（±s，n=3）mg/mL

注：表中未標記字母表示不存在顯著性差異；不同的小寫字母表示兩者之間存在顯著差異（P＜0.05）；不同的大寫字母代表存在極顯著差異（P＜0.01）。

元素種類 前處理方法 香菇 金針菇 黑木耳 平菇Pb 微波消解 0.181 5±0.084 1 0.229 0±0.106 1 0.827 5±0.002 5 0.662 0±0.017干法灰化 0.170 8±0.117 7 0.346 0±0.107 5 0.605 0±0.145 0 0.417 5±0.082 5 Cd 微波消解 0.076 5±0.007 8 0.047 0±0.007 1 0.337 0±0.080 6 0.248 5±0.081 3干法灰化 0.055±0.003 5 0.054 0±0.002 8 0.325 0±0.050 2 0.111 5±0.017 7 Cr 微波消解 1.060 0±0.042 4 0.975 0±0.120 2 0.151 0±0.003 5bB 1.145 0±0.190 9干法灰化 0.909 0±0.060 8 0.916 5±0.021 9 1.245±0.205aA 1.123 0±0.009 9 Ni 微波消解 1.395 0±0.219 2 0.917 0±0.301 2 1.285 0±0.261 6 0.905 0±0.388 9干法灰化 1.225 0±0.120 2 0.582 5±0.582 5 0.875 0±0.261 6 0.963 0±0.264 5

表4中上下相鄰兩個數(shù)據(jù)為微波消解法和干法灰化法兩種前處理方法對同種食用菌中相同重金屬測定結(jié)果，結(jié)果表明微波消解法和干法灰化法對香菇、金針菇、平菇中 Pb、Cd、Cr、Ni含量測定均無顯著差異，僅對黑木耳中Cr含量測定有極顯著差異，前者的標準誤差在0.002 5～0.388 9之間，后者的標準誤差在0.002 8～0.582 5之間，可見微波消解前處理法不僅操作簡單，而且測定效果更好[21]。

另外，不同食用菌中Pb、Cd、Cr、Ni含量有所不同，Pb 含量為 0.170 8 mg/kg～0.827 5 mg/kg、Cd 含量為0.047 0 mg/kg～0.337 0 mg/kg、Cr含量為 0.151 0 mg/kg～1.245 0 mg/kg、Ni含量為 0.582 5 mg/kg～1.395 0 mg/kg，其中黑木耳中Pb、Cd含量最高，香菇中Ni含量最高。根據(jù)GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》，4種樣品含Pb、Cd量均未超標，香菇中Ni平均超標率為31.0%，香菇、金針菇、平菇中Cr均超標，平均超標率分別為96.9%、89.2%、126.8%。

3 結(jié)論與討論

本試驗中4種重金屬元素標準曲線的線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2為0.995 4～0.998 6，精密度和檢出限符合要求，因此可用來測定樣品中重金屬元素的含量。

從本試驗的測定結(jié)果可知，微波消解法和干法灰化法對香菇、金針菇、平菇中 Pb、Cd、Cr、Ni含量測定均無顯著差異，僅對黑木耳中Cr含量測定有極顯著差異。Pb、Cd、Ni化學性質(zhì)穩(wěn)定，王沙毅[22]2018年指出在原理條件上Cr元素受到溫度條件影響較為明顯，又因微波消解法需置于電熱板上趕酸，故可解釋此現(xiàn)象。前者的標準誤差在0.002 5～0.388 9之間，后者的標準誤差在0.003 5～0.582 5之間，總體來說微波消解法前處理操作簡單、安全易行，且誤差更小。胡加文等[23]研究也表明干法消解法前處理時間長、使用試劑少，微波消解法具有準確度高、操作簡單快速、試劑消耗小等特點。當實驗室同時具備兩者設(shè)施條件應(yīng)優(yōu)先選擇微波消解法，因兩種處理方法的檢測結(jié)果無顯著差異，當設(shè)備條件不足時也可選擇干法灰化法。

不同食用菌中Pb、Cd、Cr、Ni含量不同，本文監(jiān)測的4種食用菌重金屬污染狀況：Pb為0.170 8 mg/kg～0.827 5 mg/kg、Cd 為 0.047 0 mg/kg～0.337 0 mg/kg、Cr為 0.151 0 mg/kg～1.245 0 mg/kg、Ni為 0.582 5 mg/kg～1.395 0 mg/kg，其中黑木耳中Pb、Cd含量最高，香菇中Ni含量最高，根據(jù)GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》，4種樣品含Pb、Cd量均未超標，香菇中Ni平均超標率為31.0%，香菇、金針菇、平菇中Cr均超標，平均超標率分別為96.9%、89.2%、126.8%。