苦丁茶中多元素卫生状况的研究

陆源，王韦岗，唐双双

（镇江市产品质量监督检验中心，江苏镇江212132）

我国是茶叶生产和消费的大国，茶的饮用历史可以追溯到2 000年以前[1]，同时，茶也是世界上消费最大的非酒精饮料之一，具有抗癌、抗氧化、消除人体自由基等独特的保健功效。但是，近年来有关茶叶重金属污染的报道却屡见不鲜[2-5]。食品中重金属元素的毒性与金属元素的化学形态密切相关，一般有机态的毒性低于无机态金属[6-7]。鉴于以上情况对茶叶中重金属元素赋存形态来研究茶叶具有重要意义，本文以苦丁茶为研究对象,研究其中多元素卫生状况[8]。

目前，针对茶叶重金属元素赋存形态卫生指标没有现成的方法标准可以参考执行，本研究参考了重金属形态划分方法DD2005-03《中国地质调查局地质调查技术标准生态地球化学评价样品分析技术要求》，将重金属形态划分为7种：水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、弱有机结合态（腐殖酸态）、铁锰氧化物结合态、强有机结合态和残渣态等，采用符合饮茶习惯的沸水溶出法研究苦丁茶中的元素种类，研究了苦丁茶中14种元素的含量、沸水溶出率，并就试验数据用于对苦丁茶中有害元素的卫生问题进行讨论[9-11]。

1 材料与方法

1.1 仪器

Thermo iCAP Q电感耦合等离子体质谱仪（Inductively Coupled Plasma Massspectrometry，ICP-MS）：美国赛默飞公司；Milli-Q纯水处理系统：美国Millipore公司；安东帕微波消解仪：奥地利安东帕公司。

1.2 试剂与标准溶液

多元素标准溶液[10.00 μg/mL，IV-ICPMS-71A（inorganic），以2%HNO3（体积比）为介质，临用前逐级稀释]、内标元素溶液（10.00 μg/mL，6020ISS）：美国 IV 公司；质谱最佳化调谐液 Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U（1.0μg/mL，2%HNO3+0.5%HCl）、甲醇（优级纯）、HNO3（金属痕量级）：美国赛默飞公司；H2O2（优级纯）：国药集团化学试剂有限公司；试验用水为电阻率≥18.2 MΩ·cm的去离子水，所用器皿均采用 20%HNO3（体积比）浸泡6 h～8 h后，用纯净水冲洗3次，烘箱105℃烘干待用。

1.3 样品前处理

1.3.1 溶出法

将苦丁茶粉碎制成粉状，准确称取0.500 0 g样品于50 mL离心管，加入纯净水定容至30 mL，放在电热板上130℃煮沸保持15 min，冷却至室温定容至50mL，离心机4 000 r/min，10 min后取上清液，再经0.45 μm滤膜过滤，滤液为第一次溶出液；残留苦丁茶按上述沸水溶出法制备第二、第三次溶出液，待测。同时做空白试验。

1.3.2 微波消解

将苦丁茶样品和经1.3.1 3次溶出法处理后的苦丁茶残渣分别加入5 mL HNO3和1 mL H2O2，放在电热板上130℃预消解30 min后旋紧顶盖放入微波消解仪内进行消解。消解过程采用三步升温控制程序，过程如下表1。

消解完成后，130℃电热板赶酸，赶至余酸量至黄豆粒大小。用高纯水将消解液移至50 mL容量瓶，定容，消解液呈澄清透明淡黄色或无色。摇匀待上机测定，同时做空白试验[12-14]。

1.4 仪器工作参数

仪器工作参数通过iCAP Q全自动调谐得到，氧化物产率＜1.9%，RF发生功率1 550 W，等离子体气流量15.0 L/min，雾化器流量1.08 L/min，碰撞气He流速3.0 mL/min，样品提升量0.1 mL/min，样品采样深度5.0 mm，积分时间3 s，重复采样次数3。

表1 微波消解程序升温Table 1 The steps of microwave digestion

2 结果与讨论

2.1 苦丁茶中元素种类定性分析

采用溶出法第一次、第二次、第三次，微波消解处理后苦丁茶样品进行定性分析，结果见图1。

从谱图1中可以看出，苦丁茶中元素种类丰富，包含了碳 C、氮 N、钠 Na、镁 Mg、铝 Al、硅 Si、磷 P、氟 F、硫 S、钾 K、钙 Ca、钪 Sc、钛 Ti、钒 V、铬 Cr、铁 Fe、锰Mn、镍 Ni、钴 Co、铜 Cu、锌 Zn、锗 Ge、镓 Ga、砷 As、硒Se、溴 Br、氪 Kr、铷 Rb、锶 Sr、钇 Y、锆 Zr、铌 Nb、钼Mo、钌 Ru、铑 Rh、钯 Pd、银 Ag、镉 Cd、铅 Pb、锑 Sb、碲Te、碘 I、氙 Xe、铯 Cs、钡 Ba、铈 Ce、钕 Nd、钐 Sm、钆Gd、钨W 50种元素种类，每秒计数值（count per second，CPS）响应值最高的离子峰为钾元素；苦丁茶经过3次溶出后，元素种类没有明显的减少。

由于50种元素在ICP-MS分析过程中均存在不同程度的多原子离子质谱干扰，为消除多原子离子的质谱干扰，提高苦丁茶中元素分析的准确性，本试验采用碰撞诱导解离（kinetic energy discrimination，KED）模式进行分析。KED模式下由于多原子离子（即干扰离子）碰撞的截面积大于单原子离子（待测元素）的碰撞面积，在同一质谱仪条件下，碰撞气氦气原子Ar与多原子离子发生碰撞的机会大于Ar与单原子离子，多原子离子的动能损失较单原子离子大。设置四级杆的电位势高于碰撞反应池的电动势，此时四级杆势能高于多原子离子的动能，多原子离子无法进入四级杆而不被检测，高动能的单原子离子可以进入四级杆被检测出来。鉴于此，该KED碰撞反应池模式适合基体复杂、干扰类型多的苦丁茶中元素含量的分析[15-19]。

图1 苦丁茶中元素种类质谱图Fig.1 Mass spectra of broadleaf holly leaf

表2 14种元素线性方程、相关系数与检出限Table 2 Parameters of standard curve，linear correlation and detection limits of the 14 elements

2.2 方法的线性范围及检出限

鉴于目前标准溶液元素种类的限制，选取定性分析中钠 Na、镁 Mg、铝 Al、钾 K、钙 Ca、铬 Cr、锰 Mn、铁Fe、钴 Co、铜 Cu、锌 Zn、砷 As、镉 Cd、铅 Pb 14 种元素进行定量分析。按照自动调谐后仪器的工作参数，将多元素储备液逐级稀释 0、20、40、60、100 μg/L，各元素呈良好的线性关系，相关系数0.999 0～0.999 9。线性范围与相关系数见表2。

续表2 14种元素线性方程、相关系数与检出限Continue table 2 Parameters of standard curve，linear correlation and detection limits of the 14 elements

从表2中可以看出，KED模式下进行分析14种元素同时测定具有可行性。

2.3 苦丁茶中重金属元素的含量

测定了经微波消解后苦丁茶中14种元素的含量，见表3。

表3 苦丁茶中14种元素的含量Table 3 The content of 14 kinds of elements in broadleaf holly leaf

从表3中可以看出14种元素的含量高低不尽相同，其中钾 K、钙 Ca、镁 Mg、铁 Fe、铝 Al、锰 Mn、锌 Zn、钠Na、铜Cu 9种元素含量较高，这9种元素大部分是地壳元素含量较多的元素，苦丁茶植物在生长过程中富集了这9种元素。其余的镉Cd、砷As、铬Cr、钴Co、铅Pb这5种元素含量较一般的食物均高出了许多，其中镉Cd含量较一般食品中限量值高出了许多，需对镉存在的风险进行关注。

2.4 苦丁茶中14种元素的总溶出率

苦丁茶不是直接食用的，人们通过饮用茶水来摄取苦丁茶中的营养成分，因此研究苦丁茶中重金属元素的含量，测定水溶出法中元素的含量才能正确地对饮用苦丁茶进行卫生学评价，并且水溶出法更符合大多数人的饮茶习惯。鉴于茶叶的水溶出法无标准可以执行，本试验考虑了苦丁茶茶叶量、泡茶用水的体积、浸泡的时间和浸泡的次数，并参考了人们的饮茶习惯，制定了1.3.1的溶出法。14种元素的第一次浸泡、第二次浸泡、第三次浸泡及总沸水溶出率见表4。

表4 14种元素沸水溶出率Table 4 The boiling water dissolution rate of 14 kinds of elements

2.5 苦丁茶中14种重金属元素的卫生学评价

每日容许摄入量（allowable daily intake，ADI）是指正常成人每日随同食物、饮水、和空气摄入的某一外源化学物不致引起任何损害作用的剂量。若饮茶一次5 g/日，用500 mL沸水分3次冲泡，根据2.4试验结果计算出每日饮用苦丁茶后各元素的摄入量，14种元素的ADI见表5。

表5 14种元素的ADI与饮用苦丁茶摄入量比较Table 5 Compare the ADI of 14 kinds of elements with the consumption from broadleaf holly leaf

从表5发现，通过比较14种元素饮用苦丁茶进入人体的量与FAO/WHO允许的摄入量数据[20-25]，FAO/WHO允许的摄入量数量级明显高于饮用苦丁茶进入人体的量，通过饮用茶水进入人体的重金属的量不会对身体形成真正的威胁，着眼于溶于水的这部分重金属元素才能真实的反映出苦丁茶的卫生状况。

3 结论

通过研究发现，苦丁茶中含有50种元素种类，作为一种特殊的饮料，不能直接食用，而是饮用苦丁茶的沸水浸出液。选取了50种元素中日常检测工作重点关注的14种重金属元素采用沸水溶出法处理苦丁茶，得出了14种元素的沸水溶出率。14种元素的沸水溶出率高低不尽相同，比较了14种元素饮用苦丁茶进入人体的量与FAO/WHO允许的摄入量ADI数据，人们通过饮用苦丁茶沸水溶出液摄入14种元素的量是相当有限的，摄入量数量级明显低于FAO/WHO允许的摄入量ADI数据，通过饮用茶水进入人体的重金属的量不会对身体形成真正的威胁，因此饮用苦丁茶是安全的。

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