微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定 辣椒中Pb、As、Cd、Cr及其風險評估

◎ 熊小輝，黎申英，黃宗蘭，劉 濤，李 彪，戴瑞平

（江西省檢驗檢測認證總院食品檢驗檢測研究院，江西 南昌 330200）

辣椒（Capsicum annumL.）是茄科（Solanaceae）辣椒屬（Capsicum）農(nóng)作物，在全球許多國家有種植和銷售[1-2]。長期以來辣椒由于具有高產(chǎn)、價格高、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)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織及海關總署數(shù)據(jù)分析，辣椒作為全球僅次于豆類、番茄的第3大經(jīng)濟作物，2020年全球栽培面積接近20 000 km2，同比增長3.3%，產(chǎn)量達到3 928萬t，同比增長0.4%；我國栽培面積達到8 140 km2，同比增長1.9%，產(chǎn)量接近1 960萬t，同比增長3.1%，成為栽培面積和產(chǎn)量最多的國家。辣椒成為我國一些省份重要經(jīng)濟產(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，從而對人體造成毒性效應[13-14]。辣椒在生長過程中，會從環(huán)境中吸取重金屬，其累積量受環(huán)境影響較大[15]；當富集重金屬辣椒進入人類食物鏈中，對人體會造成一定危害。因此，對辣椒重金屬研究及其風險評估具有非常重要的現(xiàn)實意義。近年來關于辣椒重金屬研究國外報道很少，國內(nèi)部分科技工作者也僅限于對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]通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，辣椒對土壤中Pb和Cd有吸收作用，Pb和Cd也會影響彼此吸收。趙志燊等[17]對貴陽市紅尖椒重金屬分析表明，Pb和Cd平均值含量高于國家標準規(guī)定限量值，但通過評估發(fā)現(xiàn)，其符合聯(lián)合國糧農(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]通過對比干辣椒中Cd含量也發(fā)現(xiàn)，鎘元素暴露風險極低，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。關于辣椒的研究取得了一定進展，但對于鮮辣椒中多種重金屬元素研究及風險評估還沒有詳細的研究報道。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，采用美國環(huán)境保護局（United States Environmental Protection Agency，USEPA）建立的人體攝入重金屬健康安全風險評估模型[23-24]對4種重金屬進行風險評估，從而對辣椒產(chǎn)業(yè)加工以及食用提供一定的指導意義；也為其他科技工作者對其他物質(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

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

68%UP級硝酸，蘇州晶瑞化學股份有限公司；1 000 μg·mL-1Pb、As、Cd、Cr標準溶液及鍺（Ge）、銦（In）、鉍（Bi）內(nèi)標標準物，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Pb、As、Cd質(zhì)控樣，大連中食國實檢測技術有限公司；Cr質(zhì)控樣，中國檢驗檢疫科學研究院；10 μg·mL-1調(diào)諧液，美國安捷倫公司；試驗用水均為超純水。

1.2 儀器與設備

7900 ICP-MS儀，美國安捷倫公司；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備有限公司；QUINTIX124-1CN分析天平，賽多利斯科學儀器北京有限公司；Synergy純水儀，美國Millipore公司；JYL-C16V粉碎機，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，同時進行空白試驗。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 樣品上機測定

（1）標準溶液及內(nèi)標液配制。將Pb、As、Cd和Cr標準溶液分別吸取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的標準儲備液。分別吸取Pb、As、Cd和Cr標準儲備液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混合標準溶液。分別吸取Ge、In、Bi標準溶液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)標液。

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

表2 ICP-MS儀條件參數(shù)表

（3）加標回收試驗及精密度、準確度、檢出限。選取一個辣椒品種（小米椒）中一個樣品精確稱取2 g，稱6個平行，按上述方法處理好后上機測定，測量樣品4種重金屬含量；同時對選取的樣品再次稱2 g，加入4種重金屬各 0.1 μg、0.25 μg、0.5 μg 3 個梯度標準溶液做加標回收試驗，每個梯度加標6個樣品，按樣品處理方法處理好后上機測定，計算加標回收率及精密度。精確稱取4種已知重金屬元素含量的質(zhì)控樣各6個，按上述方法處理好后上機測定，測量儀器準確度。對空白值進行20次測定，根據(jù)其標準偏差和回歸方程斜率計算檢出限。

1.3.3 重金屬健康安全風險評估標準

（1）重金屬污染物限量評價。根據(jù)《食品安全國家標準 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估模型。根據(jù)USEPA建立的目標危險系數(shù)法（Target Hazard Quotients，THQ；Total Target Hazard Quotients，TTHQ）對辣椒中4種重金屬進行評估[25]。該模型前提是假設人體重金屬攝入量與吸收量相等，將吸收劑量與設定的參考劑量的比值作為風險評估值。計算公式如下：

式中：FIR為食品攝入率，根據(jù)調(diào)查走訪和統(tǒng)計取值216 g·d-1；C為樣品中重金屬含量，mg·kg-1；ED為暴露時間，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 示單個重金屬風險系數(shù)；TTHQ表示多種重金屬風險系數(shù)。

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

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用OriginPro 2017與SPSS 26軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，并繪制成圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 ICP-MS法測定辣椒中Pb、As、Cd和Cr 4種重金屬

2.1.1 標準曲線及檢出限

在上述儀器最佳條件下對4種重金屬元素所配制的混合標準溶液進行測量，以重金屬元素質(zhì)量濃度作為橫坐標，響應值為縱坐標繪制標準曲線，得出線性回歸方程和相關系數(shù)（R2）。以空白標準偏差（20次空白值所得）與標準曲線斜率的比值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、相關系數(shù)、檢出限和內(nèi)標元素見表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系，相關系數(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 加標回收試驗及精密度

本研究中加標回收試驗結(jié)果及精密度如表4所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知，3個梯度的加標回收率均在92.0%～109.0%，說明本研究方法穩(wěn)定性好，可靠性強；而且相對標準偏差（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)對加標回收結(jié)果影響很小。

表4 加標回收結(jié)果及精密度表（n=6）

2.1.3 質(zhì)控樣方法驗證分析

采用已知重金屬含量的質(zhì)控樣進行質(zhì)量控制，其測定結(jié)果見表5。從表中可以看出，4種重金屬質(zhì)控樣的測定平均值均在證書推薦的范圍內(nèi)，回收率結(jié)果良好，進一步表明了方法的測定結(jié)果準確度高、可靠性強，數(shù)據(jù)可信度高。

表5 質(zhì)控樣測定結(jié)果表（n=6）

2.1.4 辣椒中4種重金屬含量

ICP-MS法測定5種辣椒品種試樣中Pb、As、Cd和Cr的含量，每個測定6次，其測定結(jié)果見表6。圖1表示的是辣椒中4種重金屬含量與《食品安全國家標準 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超出國家標準規(guī)定的限量值，而其他4個品種辣椒Cd含量都在國家標準規(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都遠低于國家標準規(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，但也均小于國家標準限定值。

2.2 健康安全風險評價

根據(jù)式（1）和式（2），計算辣椒中不同重金屬元素對人體安全風險評估的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，說明每個品種辣椒重金屬元素含量雖有差異，但單一重金屬元素對人體健康安全風險較低。對于小米椒、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種重金屬元素相對安全風險性分析，5種辣椒中都是As的危害性最大，而Cr危害性最小。對辣椒中多種重金屬風險性分析可以看出，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；說明人體長期攝入小米椒對身體會有一定的風險，而其他4種辣椒風險性相對較低。

3 結(jié)論

本研究采用MD-ICP-MS法測定了辣椒中的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種重金屬相關系數(shù)均在0.999 6以上；通過加標回收和質(zhì)控樣測定試驗，用該方法測定辣椒中重金屬含量穩(wěn)定性和準確度好、精密度高。通過測定5種辣椒品種4種重金屬含量得出，小米椒中Cd含量最大，超過了國家標準規(guī)定的限量值，其他重金屬含量均低于國家標準限量值，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家標準限量值，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，攝入量過多可能會對人體健康帶來潛在風險，5種辣椒的相對健康安全風險為小米椒＞紅泡椒＞螺絲椒＞朝天椒＞線椒。本研究結(jié)論將對辣椒加工業(yè)健康發(fā)展提供一定的理論基礎，對人們食用辣椒及其加工品提供一定的指導；同時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。