5种普洱熟茶中14种元素的测定及重金属的健康风险评价

陈伟祥，杨亚丽，伍贤学，史云东，李亮星

(1、云南佳汇检测技术有限公司，云南 玉溪，653100；2、玉溪师范学院 化学生物与环境学院，云南 玉溪，653100)

普洱茶是在地理标志保护范围内采用特定的加工工艺将云南大叶种晒青茶制成具有独特品质特征的茶叶[1].普洱茶有生茶与熟茶之分，普洱熟茶加工主要采用“渥堆”方法，其实质是一个固态发酵过程[2，3].普洱熟茶茶性温和，具有护胃养胃、抗疲劳、降血脂等功效，孟宪钰[4]等从普洱熟茶中分离出多种功能性成分，对普洱熟茶的功效进行了验证.饮茶有助于人体对微量元素的吸收，对人体起到营养、保健的作用[5].如：锌参与体内多种酶的合成，促进细胞的正常分化和发育，参与免疫功能，铁参与氧的运输和造血过程等[6].但茶叶的微量元素中还包括一些重金属元素，其对人体健康有一定的影响[7，8].茶叶中的微量元素一定程度上反应了茶叶的品质[9].吕文英和马蔚青等通过实验研究茶叶中微量元素含量，结果表明人们日常饮用的茶叶中Zn、Cu、Ni等微量元素含量丰富，而对人体有危害的Pb、As含量较少[10，11].

1 材料与方法

1.1 实验材料

茶样为2018年度景迈生态茶、景迈有机茶、景迈古树茶、西双版纳茶和紫娟茶，由云南省农业科学院茶叶研究所提供.

仪器：电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，美国PE公司NexION 300X)、原子吸收分光光度计(AAS，北京普析通用TAS-990F)、微波消解仪(美国CEM公司MARS6)、微控数显电热板(北京莱伯泰科EG37B)、万分之一分析天平(奥豪斯AR1140).

试剂：硝酸(HNO3，65%，GR)、高氯酸(HClO3，AR)、超纯水及K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn标准溶液1 000 μg/mL(国家有色金属及电子材料分析测试中心)、多元素混标100 mg/L(美国PE公司)

1.2 样品预处理

将5种熟茶茶样于60℃烘箱中烘干至恒重，用超微粉碎机研碎，保存于干燥器中备用.

1.3 样品前处理

湿法消解：准确称取处理后的茶样约2.000 0 g于150 mL锥形瓶中，加混合酸30 mL(硝酸:高氯酸=5∶1，V/V)于盛样锥形瓶中，在温度为160～170℃的电热板上消煮4～5 h，此过程中溶液保持微沸，反应初始时产生大量NO2棕色气体.当棕色气体不再产生，将锥形瓶放在电陶炉上搅拌1～2 min赶酸，将消煮液过滤转移到50 mL容量瓶中定容，用AAS法测定K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的待测液.

微波消解：准确称取处理后的茶样0.250 0 g于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL硝酸和2 mL过氧化氢，待样品反应不剧烈后放入微波消解仪，按程序进行消解(表1).消解完成后，将消解罐放入石墨赶酸仪中，以130℃赶酸，待液体体积约为1～2 mL时取出，以超纯水转移定容至50 mL塑料容量瓶中定容，用ICP-MS法测定Cr、Ni、As、Se、Cd、Pb的待测液.

表1 微波消解程序

为去除试剂误差，在湿法消解和微波消解的同时做3个试剂空白对照试验.

1.4 数据处理与安全性评价方法

采用Excel 2019软件进行数据分析和图表绘制.

安全性评价方法采用单因子污染指数法和Nemerow综合污染指数法[12].其计算公式如下：

Pi=Ci/Li

式中：Pi为重金属i的单因子污染指数；Ci为重金属i的实测浓度；Li为重金属i的评价标准.

式中：P综合为综合污染指数；Pimax为重金属i的单项污染指数的最大值；Piave为重金属i的单项污染指数的平均值.

1.5 潜在健康风险评估方法

采用目标危险系数(target hazard quotients,THQs)评价茶叶中重金属元素对人体健康的潜在风险.具体计算公式如下：

式中，EF为暴露频率(365 d/a)，ED为平均暴露时间(通常取平均寿命70 a)，FIR为食品摄入率(g/d，《中国居民膳食指南(2016)》[13]建议每日饮水量为1 500～1 700 mL，假设成人每日饮用茶汤1 700 mL，则对应的茶叶干重为10.88 g[14])，C为茶叶中的重金属含量(mg/kg)，RfD为口服参考剂量(mg/kg/d，依据USEPA(2009)[15]的标准，As、Cd、Cr、Pb的RfD分别为3×10-4、0.001、1.5、0.004 mg/kg/d)，WAB为人体平均体重(kg，60 kg)，TA为非致癌性暴露平均时间(d)，取值为365 ED.

THQ比值小于1时认为暴露人群无明显健康风险，反之，则认为存在健康风险.

2 结果与分析

2.1 标准曲线绘制

选用Fe、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、K、Na标准溶液1 000 μg/mL配置8元素梯度浓度标准液，用原子吸收法测定并建立回归方程；选用Cr、Ni、As、Se、Cd、Pb多元素混标标准溶液100 mg/L配置6元素梯度浓度标准液，用电感耦合等离子体质谱法测定并建立回归方程.

从表2可知，14种微量元素标准曲线方程线性良好，相关系数r≥0.999.

表2 14种元素线性回归方程和相关系数

2.2 方法验证

分别选用国家标准柑橘叶(GBW10020)和蒜粉(GBW10022)参考物作为标准物质进行方法验证，结果见表3.

表3 3标准物质元素含量标准值及测定值

由表3可知，用原子吸收法测定出的Fe、Ca、Mg、Mn、Cu、Zn、K、Na 8种元素含量都在标准柑橘叶(GBW10020)元素含量标准值范围内；用电感耦合等离子体质谱法测定出的Cr、Ni、As、Se、Cd、Pb 6种元素含量都在标准蒜粉(GBW10022)元素含量标准值范围内.说明选用AAS法和ICP-MS法测定植物样品中的14种元素具有较高的准确度、可靠性较高.

2.3 5种普洱熟茶中14种元素的含量

通过方法验证得出准确的测定方法，对样品待测液进行测定得出景迈生态茶、景迈有机茶、景迈古树茶、西双版纳茶和紫娟茶5种熟茶中8种微量元素的含量，结果如图1和表4.

图1 5种普洱熟茶中的8种微量元素含量

表4 5种普洱熟茶中的6种重金属元素含量( mg/kg)

从图1中5种普洱熟茶K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的含量看，所有样品中元素的含量均表现为K>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Na>Cu.其中，西双版纳茶的Cu、Zn、Fe、Mg含量最低，景迈有机茶的Cu(22.91 mg/kg)、Na(44.07 mg/kg)含量最高，景迈古树茶的Mn(1 180 mg/kg)和Ca(3 950 mg/kg)含量最高，景迈生态茶的K(28 691 mg/kg)、Fe(143 mg/kg)最高，紫娟茶的Mg(2 359 mg/kg)、Zn(51.14 mg/kg)最高.从测定和分析结果看，不同产地和不同种植方式的茶叶所含元素的量有一定差异，这与不同产地间温度、湿度、土壤背景[16]和茶叶种植过程中灌溉用水、化肥纯度、有机肥品质等对茶叶本质的影响有关[17～20].

其中，5种普洱茶的6种重金属中，Ni的含量最高，为4.830～7.433 mg/kg，其次是Cr(1.270～4.905 mg/kg)，Cd和As的含量较低，分别为0.018～0.034 mg/kg和0.059～0.150 mg/kg.紫娟茶的Cr最高，景迈有机茶的Ni、As、Cd和Pb均高于其他茶叶，景迈古树茶Se元素含量最高，为1.802 mg/kg.

2.4 重金属元素的安全性评价

参照行业标准《NY 659-2003茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量》[21]和国家标准《GB 2762-2017食品安全国家标准食品中污染物限量》[22]对人体有害的重金属元素As、Cd、Cr和Pb进行安全性评价，茶叶中重金属元素的限量标准为As≤2.0 mg/kg、Cd≤1.0 mg/kg、Cr≤5.0 mg/kg、Pb≤5.0 mg/kg，5种普洱熟茶均未超过标准限量.通过综合污染指数分析，仅紫娟茶的重金属含量处于警戒线(0.719>0.7)水平，其他茶叶均处于安全水平(0.239～0.291)

表5 5种普洱熟茶中重金属污染状况

2.5 重金属元素的健康风险评价

不同普洱熟茶中重金属元素As、Cd、Cr、Pb的目标风险系数(THQs)如表6所示.5种普洱熟茶中4种重金属的THQs为0.000 2～0.091，均小于1，暴露人群无明显健康风险.

表6 5种普洱熟茶中重金属的健康风险评价

3 结 论

此次实验采用湿法消解和微波消解对茶叶样品进行前处理并结合原子吸收分光光度法和电感耦合等离子质谱法测定5种普洱熟茶中14种元素的含量，测定结果表明，茶叶中含有丰富的矿质元素和有益元素，5种普洱熟茶中14种元素含量顺序为：K>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Na>Cu>Ni>Cr>Se>Pb>As>Cd，不同产地的普洱熟茶中元素含量存在差异.

5种普洱熟茶的As、Cd、Cr、Pb含量均未超过标准限量，其综合污染指数为0.239～0.719，5种普洱熟茶中4种重金属的THQs均小于1，暴露人群无明显健康风险.