微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定 辣椒中Pb、As、Cd、Cr及其风险评估

◎ 熊小辉，黎申英，黄宗兰，刘 涛，李 彪，戴瑞平

（江西省检验检测认证总院食品检验检测研究院，江西 南昌 330200）

辣椒（Capsicum annumL.）是茄科（Solanaceae）辣椒属（Capsicum）农作物，在全球许多国家有种植和销售[1-2]。长期以来辣椒由于具有高产、价格高、易于栽培等突出特征而受到农户喜爱，成为农户创收主要支柱之一。据联合国粮食与农业组织及海关总署数据分析，辣椒作为全球仅次于豆类、番茄的第3大经济作物，2020年全球栽培面积接近20 000 km2，同比增长3.3%，产量达到3 928万t，同比增长0.4%；我国栽培面积达到8 140 km2，同比增长1.9%，产量接近1 960万t，同比增长3.1%，成为栽培面积和产量最多的国家。辣椒成为我国一些省份重要经济产业，产区主要分布于江西、贵州、湖南、河南、新疆、河北和山东等地[3]。辣椒成分丰富，主要包括矿物质、蛋白质、维生素、色素和有机酸[4]等；具有抑制肿瘤[5]、抗菌[6]、延缓炎症[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、辣椒酱、辣椒面和辣椒粉等产品[9-12]。

重金属污染主要是指铅（Pb）、砷（As）、镉（Cd）和铬（Cr）等毒性大的元素进入大气、土壤或水等环境，通过富集于农作物被摄入，从而对人体造成毒性效应[13-14]。辣椒在生长过程中，会从环境中吸取重金属，其累积量受环境影响较大[15]；当富集重金属辣椒进入人类食物链中，对人体会造成一定危害。因此，对辣椒重金属研究及其风险评估具有非常重要的现实意义。近年来关于辣椒重金属研究国外报道很少，国内部分科技工作者也仅限于对辣椒重金属污染及辣椒成分研究，主要集中在重金属吸收和辣椒提取物上。黎佳佳等[16]通过盆栽试验发现，辣椒对土壤中Pb和Cd有吸收作用，Pb和Cd也会影响彼此吸收。赵志燊等[17]对贵阳市红尖椒重金属分析表明，Pb和Cd平均值含量高于国家标准规定限量值，但通过评估发现，其符合联合国粮农组织和世界卫生组织规定的可耐受摄入量；钟肖琼等[18]通过对比干辣椒中Cd含量也发现，镉元素暴露风险极低，但面临的Cd污染问题不容忽视。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。关于辣椒的研究取得了一定进展，但对于鲜辣椒中多种重金属元素研究及风险评估还没有详细的研究报道。本文通过微波消解-电感耦合等离子体质谱法（Microwave Digestion-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，MD-ICP-MS）分析辣椒中的Pb、As、Cd和Cr，采用美国环境保护局（United States Environmental Protection Agency，USEPA）建立的人体摄入重金属健康安全风险评估模型[23-24]对4种重金属进行风险评估，从而对辣椒产业加工以及食用提供一定的指导意义；也为其他科技工作者对其他物质重金属研究提供参考依据。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

随机在农贸市场和超市采集小米椒、红泡椒、螺丝椒、朝天椒及线椒样品，每个样本在500 g基数中选取50 g样品用食品级干净包装袋取回后进行洗涤，自然晾干后备用。

68%UP级硝酸，苏州晶瑞化学股份有限公司；1 000 μg·mL-1Pb、As、Cd、Cr标准溶液及锗（Ge）、铟（In）、铋（Bi）内标标准物，国家有色金属及电子材料分析测试中心；Pb、As、Cd质控样，大连中食国实检测技术有限公司；Cr质控样，中国检验检疫科学研究院；10 μg·mL-1调谐液，美国安捷伦公司；试验用水均为超纯水。

1.2 仪器与设备

7900 ICP-MS仪，美国安捷伦公司；ETHOS ONE微波消解仪，意大利MILESTONE公司；GS25-20A赶酸仪，天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司；QUINTIX124-1CN分析天平，赛多利斯科学仪器北京有限公司；Synergy纯水仪，美国Millipore公司；JYL-C16V粉碎机，九阳股份有限公司；HYC-310冰箱，青岛海尔特种电器有限公司；试验用玻璃仪器经过硝酸（1+4）溶液浸泡24 h以上，并用水冲洗涤干净烘干后备用。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

将洗净晾干后的样品用粉碎机粉碎均匀，精确称取2 g样品于聚四氟乙烯消解管中，加入6 mL硝酸，放置1 h后加盖拧紧，将消解管放置于微波消解仪中消解；冷却后用少量水冲洗内盖，将消解管在100 ℃赶酸仪上赶酸30 min，用水定容至50 mL，摇匀备用，同时进行空白试验。微波消解仪消解程序参数见表1。

表1 微波消解参数表

1.3.2 样品上机测定

（1）标准溶液及内标液配制。将Pb、As、Cd和Cr标准溶液分别吸取50 μL于50 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度摇匀，配制成1 μg·mL-1的标准储备液。分别吸取Pb、As、Cd和Cr标准储备液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摇匀，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混合标准溶液。分别吸取Ge、In、Bi标准溶液25 μL于同一500 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容至刻度摇匀，配制成50 μg·L-1的混合内标液。

（2）ICP-MS仪器参数条件。参数对ICP-MS仪器的精密度、灵敏度和检出限影响很大，因此仪器开机后采用1 μg·L-1调谐液对仪器进行调谐，在仪器调整到最佳状态后对标准溶液和样品进行上机分析，并使用仪器配置软件对数据进行处理，ICP-MS仪具体参数见表2。

表2 ICP-MS仪条件参数表

（3）加标回收试验及精密度、准确度、检出限。选取一个辣椒品种（小米椒）中一个样品精确称取2 g，称6个平行，按上述方法处理好后上机测定，测量样品4种重金属含量；同时对选取的样品再次称2 g，加入4种重金属各 0.1 μg、0.25 μg、0.5 μg 3 个梯度标准溶液做加标回收试验，每个梯度加标6个样品，按样品处理方法处理好后上机测定，计算加标回收率及精密度。精确称取4种已知重金属元素含量的质控样各6个，按上述方法处理好后上机测定，测量仪器准确度。对空白值进行20次测定，根据其标准偏差和回归方程斜率计算检出限。

1.3.3 重金属健康安全风险评估标准

（1）重金属污染物限量评价。根据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中的规定，辣椒重金属最高允许限量分别为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）重金属污染物健康安全评估模型。根据USEPA建立的目标危险系数法（Target Hazard Quotients，THQ；Total Target Hazard Quotients，TTHQ）对辣椒中4种重金属进行评估[25]。该模型前提是假设人体重金属摄入量与吸收量相等，将吸收剂量与设定的参考剂量的比值作为风险评估值。计算公式如下：

式中：FIR为食品摄入率，根据调查走访和统计取值216 g·d-1；C为样品中重金属含量，mg·kg-1；ED为暴露时间，一般取30 a[25]；EF为人群暴露频率（365 d·a-1）[25]；TA为非致癌性暴露平均时间，一般取值10 950 d[25]；WAB为人体平均体重，取值63.45 kg[26]；RFD为口服参考剂量，根据USEPA制定的值，Pb、As、Cd和Cr分别为 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 示单个重金属风险系数；TTHQ表示多种重金属风险系数。

当THQ＜1时，表示该物质中单个重金属对人体无明显健康风险；当THQ≥1时，表示该物质中某种重金属可能引起人体健康风险。当TTHQ＜1时，表示该物质中多种重金属对人体无明显健康风险；当TTHQ≥1时，表示该物质中多种重金属可能引起人体健康风险。

1.4 数据统计与分析

采用OriginPro 2017与SPSS 26软件对试验数据进行统计分析，并绘制成图表。

2 结果与分析

2.1 ICP-MS法测定辣椒中Pb、As、Cd和Cr 4种重金属

2.1.1 标准曲线及检出限

在上述仪器最佳条件下对4种重金属元素所配制的混合标准溶液进行测量，以重金属元素质量浓度作为横坐标，响应值为纵坐标绘制标准曲线，得出线性回归方程和相关系数（R2）。以空白标准偏差（20次空白值所得）与标准曲线斜率的比值3倍作为检出限值。4种重金属元素的线性范围均在0～50 μg·L-1，线性回归方程、相关系数、检出限和内标元素见表3。

根据表3可知，4种重金属元素线性方程都具有较好的线性关系，相关系数都在0.999 6～0.999 9，仪器的检出限也比较低，灵敏度高。

表3 线性参数及检出限表

2.1.2 加标回收试验及精密度

本研究中加标回收试验结果及精密度如表4所示。根据表中数据可知，3个梯度的加标回收率均在92.0%～109.0%，说明本研究方法稳定性好，可靠性强；而且相对标准偏差（RSD）都小于5%，表明本研究方法重现性好，精密度高，辣椒基质对加标回收结果影响很小。

表4 加标回收结果及精密度表（n=6）

2.1.3 质控样方法验证分析

采用已知重金属含量的质控样进行质量控制，其测定结果见表5。从表中可以看出，4种重金属质控样的测定平均值均在证书推荐的范围内，回收率结果良好，进一步表明了方法的测定结果准确度高、可靠性强，数据可信度高。

表5 质控样测定结果表（n=6）

2.1.4 辣椒中4种重金属含量

ICP-MS法测定5种辣椒品种试样中Pb、As、Cd和Cr的含量，每个测定6次，其测定结果见表6。图1表示的是辣椒中4种重金属含量与《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中限量值的比较。

表6 辣椒中4种重金属含量表

图1 辣椒中4种重金属含量分布图

结合表6和图1可知，同一种重金属在不同辣椒中的含量分布有差异，Cd在小米椒含量最大，达到了0.088 mg·kg-1，螺丝椒中含量最低；而且小米椒中Cd超出国家标准规定的限量值，而其他4个品种辣椒Cd含量都在国家标准规定的合格范围内；Pb的含量差异不是很大，除小米椒外，其他4种辣椒中的Pb在4种重金属中占比最高，而且所有辣椒品种的Pb都远低于国家标准规定的限量值；As和Cr在小米椒中的含量高于其他辣椒品种，但也均小于国家标准限定值。

2.2 健康安全风险评价

根据式（1）和式（2），计算辣椒中不同重金属元素对人体安全风险评估的THQ和TTHQ值，结果见表7。

表7 5种辣椒中4种重金属的THQ和TTHQ表

从表7可以看出，不同辣椒品种的每一种重金属元素其THQ值均小于1，说明每个品种辣椒重金属元素含量虽有差异，但单一重金属元素对人体健康安全风险较低。对于小米椒、红泡椒、朝天椒以及线椒来说，其4种重金属元素THQ值由高到低排列都是As＞Cd＞Pb＞Cr；而螺丝椒4种重金属元素THQ值由高到低排列为As＞Pb＞Cd＞Cr；这说明仅从4种重金属元素相对安全风险性分析，5种辣椒中都是As的危害性最大，而Cr危害性最小。对辣椒中多种重金属风险性分析可以看出，5种辣椒的TTHQ大小为小米椒＞红泡椒＞螺丝椒＞朝天椒＞线椒，而且小米椒的TTHQ值为0.975，接近于1；说明人体长期摄入小米椒对身体会有一定的风险，而其他4种辣椒风险性相对较低。

3 结论

本研究采用MD-ICP-MS法测定了辣椒中的Pb、As、Cd和 Cr 4种重金属含量，在 0～ 50 μg·L-1方程有很好的线性，4种重金属相关系数均在0.999 6以上；通过加标回收和质控样测定试验，用该方法测定辣椒中重金属含量稳定性和准确度好、精密度高。通过测定5种辣椒品种4种重金属含量得出，小米椒中Cd含量最大，超过了国家标准规定的限量值，其他重金属含量均低于国家标准限量值，但含量值均高于其他辣椒品种；其他辣椒品种Pb、As、Cd和Cr 4种重金属含量均低于国家标准限量值，而且Pb和Cr所占比例较高。通过THQ和TTHQ研究得出，小米椒、红泡椒、朝天椒以及线椒4种重金属元素THQ值由大到小排列为As＞Cd＞Pb＞Cr；螺丝椒4种重金属元素THQ值由大到小排列为As＞Pb＞Cd＞Cr，所有重金属的THQ值均小于1；5种辣椒品种的TTHQ值也均小于1，但小米椒的TTHQ值为0.975，接近于1，摄入量过多可能会对人体健康带来潜在风险，5种辣椒的相对健康安全风险为小米椒＞红泡椒＞螺丝椒＞朝天椒＞线椒。本研究结论将对辣椒加工业健康发展提供一定的理论基础，对人们食用辣椒及其加工品提供一定的指导；同时也为科技工作者探索其他物质重金属元素提供系统研究方法。