食品中重金属元素检测方法研究进展

2021-03-30杨新涛

现代食品 2021年5期

关键词：金属元素重金属食品

◎ 杨新涛

（清河县食品药品检验检测中心，河北邢台 054800）

重金属进入人体后难以被吸收和代谢，人们通过食物摄入的重金属会在体内不断累积，当超过一定的限度后就可能诱发各种疾病，为了确保食品的安全性及对食品消费者的身体健康进行保障，必须要制定完善可靠的食品检测体系，采取科学合理的重金属检测技术。

1 食品重金属污染的危害性

1.1 常见食品重金属污染类型

食品中重金属的来源多样，不同类型的重金属对于人机体的影响存在显著的差异。常见的食品重金属包括镉、砷、铅、铜、铬以及汞等多种对人体有害的元素。经济的现代化进程推动了工业和农业的快速发展，在提高产量和改善人们生活水平的同时在一定程度上也加剧了环境污染，工业生产、废弃物排放以及产品运输等环节可能会对区域内的水源、土壤以及空气等带来不同程度的污染。重金属被排放到自然中后，难以在光热以及生物作用下被自然降解，且自然环境中的重金属聚集性特点使得土壤作物生长以及食品生产、运输过程中可能遭受重金属的污染[1]。

1.2 食品重金属对人体的负面影响

铅中毒在婴幼儿中的发生频率更高，生长期的人体摄入过多的铅可能对发育造成不良影响，导致食欲下降以及发育迟缓问题的发生，此外铅还可能导致人体出现贫血，对神经以及肾脏系统造成不可逆损伤。镉元素常见于盛放食品的容器中，当镉元素进入人体中首先会对消化器官以及肾脏等产生损害，进而对骨骼的成长发育和坚韧性造成损伤，当镉元素持续堆积还可能诱发幼儿发育畸形，癌症的发生率也更高。镉对于发育期儿童以及老年人的负面影响更大[2]。食品中汞元素的主要来源为工业污染，汞元素对于人体的危害巨大，过量的汞不仅会导致手口等器官的麻木以及运动障碍，如果孕妇摄入汞含量超标的食物还可能导致胎儿发育畸形。砷多来自于农业污染，很多农药中都有砷的加入，如果农作物生长过程中喷洒了大量含砷的农药就可能导致食物农药残留超标的问题，如果在使用前没有对食物进行彻底清洗，砷元素就可能进入人体，诱发神经衰弱、皮肤暗淡、肠胃炎，严重的还可能导致器官衰竭甚至导致机体死亡[1]。

1.3 食品重金属检测的作用

重金属污染是较为常见的食品安全问题，如果人长期使用重金属含量超标的食物自身健康将受到严重的影响。很多毒药中都有重金属成分，从该角度而言重金属超标的食物可以视作慢性毒药。当重金属进入人体后会与细胞或者组织中的蛋白质进行化学反应，导致生物酶活性的下降，造成新陈代谢失调，严重的还会出现人体器官功能的紊乱、衰竭乃至死亡。科学合理的重金属检测可作为食品安全监管的重要工具，有关部门可以根据送检食品以及市场抽检食品的重金属含量数据进行监管，避免重金属含量超标的食品流入现场[3]。国家食品监督管理局将重金属检测纳入了食品安全检测和管理的体系中，诸多食品生产企业和科研机构也不断研究新的食品检测技术，为食品重金属检测提供了理论和技术支撑，从源头上对食品安全风险进行了有效防范。

2 食品重金属检测方法分析

2.1 前处理技术

前处理技术又可细分为干法灰化、湿法消解、微波消解以及高压消解4种。干法主要是将食品样品置于温度较高的空气中，使样品中的有机物碳化以及氧化后生成水分和二氧化碳，之后再对器皿中残余的灰分与硝酸进行混合溶解，从而对其中的重金属成分进行测定。干法处理后样品灰分中的成分主要是一些对于高温耐受性较强的无机盐和金属氧化物。干法灰化技术的成本低廉且检测的样本量相对较大，但是汞、砷等部分重金属元素易被氧化或碳化，导致重金属元素测定数值与实际含量存在偏差。湿法消解需要在食品样品中加入硫酸、高氯酸以及硝酸等物质，之后对样品进行加热可以实现有机物的消解。微波消解是一种食品检测分析新技术，该技术应用于食品重金属元素测定中，可有效提高检出的灵敏性。利用微波消解技术一次取样可对多种类型的重金属成分进行同时测定，该技术处理速度快、对有机物的消解能力强、样品损失较低、检测过程对环境污染较小且重金属元素不易在测定过程中挥发[4]。高压消解是在湿法消解上发展而来的，在食品检测过程中技术人员借助耐高压的器具可以让食品样品在高压密闭状态下实现高温消解，相较于传统湿法消解该手段金属元素的损失更低，金属元素检测的耗时也更短。

2.2 比色法和试纸法

比色法是根据样品基团的颜色对重金属的类别和含量进行测定。技术人员对与显色剂发生反应的重金属化学基团的颜色深度进行判定，在此基础上得到金属元素的含量数据，一般来说颜色深度与重金属含量成正比，颜色越浅则代表样品中重金属的含量越低。比色法对于检测技术和检测设备的要求比较低，重金属成分测定的操作灵活性较高，但颜色判定的主观性较强含量测定的准确性较差。试纸法就是根据不同食品样品试纸颜色的差异来对其重金属含量进行判定的方法，该技术的理论基础为生物制剂的染色特性。技术人员将食品样品放置在特定试纸上，如果试纸出现颜色则表明样品中存在重金属成分，根据颜色的差异变化可以对重金属成分的含量进行判断，该技术操作简单便捷，常应用于食品塑料制品包装的重金属成分检测中。

2.3 酶学技术和酶联免疫吸附反应法

早在20世纪末期，酶学技术就开始被应用于肉制品、粮油以及蔬果等食品成分检测。酶学检测检出限值较低且重金属检测的灵敏性较高，但是受到酶特性的影响该技术尚未得到广泛的应用。酶联免疫吸附反应就是对酶催化作用以及抗原抗体的特异性免疫反应进行联合应用，在食品检测中应用该技术可以对样品中的重金属成分进行有效的测定。该技术对于仪器设备、技术水平的要求比较低，检测速度也比较快，同时还具备灵敏度高、操作便捷、精准度高以及检测试剂携带方便等优势，但是该技术受特异性抗体影响较大，检测过程中易出现检出值假阳性的异常情况[5]。

2.4 原子共振辐射和胶体金免疫层析技术

利用原子在蒸汽环境下共振辐射的原理可对食品样品中重金属元素的含量进行有效的测定。我国对铜、铬、汞、镉以及铅等重金属元素在食品中含量进行来明确的规定，需要注意的是部分食品中本身就有一定的重金属成分，例如茶叶和韭菜。胶体金免疫层析技术常应用于食品半定量检测中，可以实现对食品重金属、瘦肉精以及农药残留量的快速测定。该技术的检测速率高且检测结果肉眼可见，由于操作便捷且检测仪器试剂便于携带，常应用于食品安全突发事故的现场检测和食品样品初检中。

2.5 其他食品重金属检测技术

生物传感器技术、X射线荧光光谱法、纳米粒子比色法等技术也常被应用于食品重金属成分的测定中。生物传感器技术需要借助于生物识别物质与重金属成分间的相互作用产生信号，食品检测中经常应用到的传感器包括微生物、基因、细胞以及酶生物等[2]。X射线光谱荧光法应用的基础是重金属在照射吸收到X射线后成分和含量会发生变化，技术人员可以对其在射线下的重金属成分的变化趋势得到食品重金属含量数据。纳米粒子比色法主要是通过重金属作用下的纳米粒子的运动得以实现。

3 食品重金属检测技术的创新

3.1 等离子体光谱仪的应用

目前已经研发出借助等离子体光谱仪对食品中重金属的含量进行测定的技术，作为创新型技术其主要作用于食品样品进行电感耦合等离子的发射，之后根据不同金属离子的性质和表现，可对食品样品中的铜、砷以及汞等重金属的含量进行准确的检测和计算。等离子体光谱仪检测技术测定食品重金属含量的手段操作难度较低且检测效率较高，重金属测定数值准确性可以充分满足食品安全检测的需求。

3.2 高效液相色谱法的应用

对传统的液相色谱法创新升级后研发出高效液相色谱法可以借助高压输液系统将比例不同混合溶液或是不同的单溶液注入已经设置好的固定相色谱柱的容器内，根据不同成分的特性其从色谱柱容器中流出的时间的差异性，可对检测食品样品进行分离，分离后的物质可以直接借助检测仪器对成分进行检测分析。高效液相色谱法可将色谱柱进行重复利用，从而实现对检测成本的有效控制，且分离过程不会对检测的样品造成破坏，检测样品回收较为方便。在食品重金属检测实践中还可以将电感耦合等离子体质谱仪、高效液相色谱法以及原子荧光光谱法进行综合的利用，从而实现对各种成分的有效测定和分析[5]。