不同乳制品及含乳饮料中6种金属元素含量的检测及其差异分析

2022-05-30邓浩岚陈由海张珂张莹

中国奶牛 2022年5期

邓浩岚，陈由海，张珂，张莹

（兰州大学公共卫生学院营养与食品卫生研究所，兰州 730000）

纯牛奶（这里指巴氏杀菌奶和高温灭菌奶）、调制乳和风味发酵乳均为乳制品。调制乳是以不低于80%的生牛（羊）乳或复原乳为主要原料制成的乳制品[1]。风味发酵乳是在乳或乳制品的基础上接种乳酸菌发酵后而制成的乳制品[2]。而含乳饮料是以乳制品为原料加上水和其他添加剂，通过发酵或者未经发酵的加工方式制成的饮用品[3]。

有益金属元素是人体必需的营养物质，参与机体的各项生命活动，对维持人体健康、预防疾病及促进机体生长发育和代谢具有着重要意义[4]。Ca元素是一般软组织的组成成分，是构成人体牙齿和骨骼的重要组成部分，Ca离子可以激活机体内多种酶系统[5]，钙缺乏可导致情绪不稳定，注意力分散[6]。Mg元素参与血脂代谢的调节，促进血中胆固醇转移至肝脏进行代谢，从而保护心肌细胞，减少心脏疾病的发生概率[7]，Mg元素还可以维持骨骼的正常生长发育以及维护神经的兴奋性，当Mg元素缺乏时，会引起手足抽搐、痉挛等疾病[8]。Fe元素作为人体内肌红蛋白与血红蛋白等的重要组成部分，直接参与机体氧的贮存与运输以及细胞过氧化氢酶、色素氧化酶等的合成，一旦人体缺乏Fe元素，就可能引发缺铁性贫血，影响机体内氧化还原及电子传递等[9]。Zn元素可以干扰病毒的基因复制，还具有调节和增强机体的免疫力，促进溃疡恢复和伤口愈合的作用[10]，Zn元素缺乏可能导致厌食症以及小儿多动症[11]。Cu元素具有通过刺激血管生成素、血管内皮生长因子和纤维细胞生长因子生成，从而促进人体血管生成的功能[12]，Cu元素缺乏可导致高血脂症和人体免疫力降低而致使的肿瘤自发概率增加[13]。总体而言，各类有益金属元素的摄入对维持人体健康均具一定的积极意义，但过量摄入某些重金属元素也可能会对人体造成严重损害。Pb元素是一种对生物体健康具有潜在危害的重金属元素，能与人体和动物体内一系列生物物质的官能团结合，造成机体正常的生理生化活动紊乱[14]，短时间内摄入大量铅元素可引起急性铅中毒，导致神经损伤以及急性腹痛[15]，甚至有致命风险。

乳制品及含乳饮料作为大众日常饮用最多的饮品之一，对于补充人体所需各类必需金属元素意义深远。而目前关于纯牛奶、调制乳、风味发酵乳以及含乳饮料的金属元素含量的研究报道较少。因此，本试验以兰州市售的39种不同品牌乳制品和含乳饮料为试验材料，分析其金属元素含量差异，以期为广大消费者选购乳制品和含乳饮料提供科学理论依据，对了解不同乳制品和含乳饮料的营养价值亦具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

材料：试验所用8种纯牛奶、9种调制乳、15种风味发酵乳以及7种含乳饮料均随机选购于兰州市各大超市、奶制品代销店及个体商户，试验材料保存于4℃冰箱，并在7日内进行测定。

试剂：铅（Pb）、锌（Zn）、铜（Cu）、铁（Fe）、镁（Mg）、钙（Ca）标准储备溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心，质量浓度为1 000μg/L）；优级纯高氯酸、硝酸。

1.2 仪器及其工作条件

电子分析天平（赛多利斯科学仪器公司）；电热板（上海光地仪器设备公司）；ZEEnit 700P火焰原子吸收分光光度计（德国耶拿分析仪器股份公司）；空心阴极灯；ZEEnit 700P石墨炉原子吸收分光光度计（德国耶拿分析仪器股份公司）。仪器工作条件见表1、2。

表1 火焰原子吸收分光光度计工作条件

表2 石墨炉原子吸收分光光度计工作条件

1.3 样品前处理方法

各取样品2mL置于耐热三角锥形瓶中，加入10mL混合酸（高氯酸、硝酸体积比为1:4），置于电热板上低温加热约3h至完全消解，蒸发至近干，中间若消解液瞬间变黑时，提示需补加混合酸，此时应取下锥形瓶待温度降低后酌情补加3～5mL混合酸再移至电热板继续加热消解至近干，当锥形瓶底部有白色晶体析出时，取下锥形瓶，待冷却后，用1%优级纯稀硝酸溶解晶体得到消解液，并用1%优级纯稀硝酸定容至10mL，得到待测样品溶液。

1.4 标准溶液配制

如表3所示，Ca、Mg、Fe、Zn、Cu的标准溶液系列为1%优级纯硝酸稀释液梯度稀释标准储备液所得，Pb标准溶液系列为5‰优级纯硝酸稀释液梯度稀释标准储备液所得。

表3 各金属元素标准溶液配制的浓度单位：μg/mL

1.5 金属元素的测定

采用石墨炉原子吸收法测定待测样品中的Pb元素含量；用原子吸收火焰法分别测定前处理完毕的样品溶液中其他5种金属元素的含量，上述元素均平行测定三次。对于含量较高的元素，通过调整样品的稀释倍数以确保测量数值在标准曲线范围内，保证测量浓度的准确性。

1.6 统计学分析

经检验，所有数据均服从正态分布或近似正态分布，故测量结果采用平均值±标准差表示，并使用IBM SPSS 26.0进行单因素方差分析，不同乳制品和含乳饮料间的金属元素含量比较采用SNK进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 标准曲线方程

6种金属元素的标准曲线方程见表4。

表4 标准曲线方程及相关系数

2.2 39种不同品牌的乳制品和含乳饮料金属元素含量检测结果

39种不同品牌的乳制品和含乳饮料的金属元素含量结果见图1。结果显示，Ca、Mg、Zn、Cu、Fe元素均检出，而铅元素含量均低于检出限。不同乳制品和含乳饮料间的金属元素含量存在较大差异。纯牛奶中5种金属元素含量顺序为：Ca＞Mg＞Zn＞Cu＞Fe；调制乳为：C a＞M g＞Z n＞F e＞C u；风味发酵乳为：C a＞M g＞Z n＞F e＞C u；含乳饮料为：Ca＞Mg＞Zn＞Fe＞Cu。

图1 39种不同品牌的乳制品和含乳饮料金属元素检测结果

2.3 不同乳制品及含乳饮料间金属元素含量的差异

不同乳制品和含乳饮料间金属元素含量差异的分析结果见图2。结果显示，不同乳制品和含乳饮料间Zn、Mg、Ca元素的含量差异不显著（P＞0.05）。调制乳、风味发酵乳、含乳饮料间Fe元素含量之间的差异不显著（P＞0.05），但均显著高于纯牛奶的Fe元素含量（P＜0.05）。纯牛奶与风味发酵乳、含乳饮料的Cu元素含量具有显著差异（P＜0.05），而与调制乳的Cu元素含量不具有显著性差异（P＞0.05）；调制乳、风味发酵乳、含乳饮料Cu元素含量之间差异不显著（P＞0.05）。

图2 不同乳制品及含乳饮料的金属元素含量及其之间的差异

3 讨论

在本研究中，所有试验材料中Pb元素含量均低于检出限，符合国家乳制品检测要求中铅的残留限量标准（乳类≤0.05mg/kg）[16]。食品安全国家标准《食品营养强化剂使用标准》（GB 14880-2012）规定巴氏杀菌乳、风味发酵乳中不得添加Ca、Mg、Fe、Zn、Cu的营养强化剂，调制乳中不得添加Mg、Cu营养强化剂，含乳饮料中不得添加Cu营养强化剂[17]。其中，调制乳和含乳饮料中Ca的允许使用量分别为250～1 000mg/kg、160～1 350mg/kg[17]，本研究所检测样品中仅有一种品牌的调制乳Ca含量低于使用量范围，一种品牌的风味发酵乳Ca含量超过了允许使用量，其余在使用标准范围内；此外，本研究所检测含乳饮料中仅有1种品牌的Mg含量在Mg营养强化剂使用量范围内（30～60mg/kg），其余品牌均超过了标准使用量范围；另外，国家营养强化剂标准中调制乳和含乳饮料中Fe允许使用量为10～20mg/kg[17]，而检测的样品中Fe含量均低于此范围；调制乳和含乳饮料中Zn营养强化剂的国家标准允许使用量分别为5～10mg/kg、3～20mg/kg[17]，本研究中有三个品牌调制乳中的Zn含量在标准使用范围内，其余均低于使用量范围，而含乳饮料也只有三种品牌中Zn含量在此范围内，其余均低于使用量范围。由于不同的食物自身已经存在的矿物质含量具有较大的差异，而且不同矿物质在产品的生产和运输、保存过程中损失也不相同，所以强化后的矿物质在最终产品中的实际含量可能低于或超过规定的矿物质营养强化剂的标准使用量。但是生产厂家在食品生产过程中应严格按照矿物质营养强化剂使用标准添加矿物质强化剂，因此在添加了矿物质营养强化剂的乳制品和含乳饮料的营养成分表中，还应标示强化后矿物质的含量值及其占营养素参考值（NRV）的百分比，并符合食品安全国家标准《预包装食品营养标签通则》（GB 28050-2011）中矿物质含量 ≥ 80%标示值的要求[18]。

有研究表明，不同品牌牛奶中金属元素的含量差异可能与牛奶的产地有关[19]。因此，不同品牌乳制品和含乳饮料间金属元素含量差异可能是地理因素以及饲养环境的影响而造成的。此外，不同乳制品与含乳饮料间的Ca、Zn元素含量差异不具有显著性，这与王志昱等人的研究结果相似[20]，这可能是由于乳制品和含乳饮料在制作过程中并未导致Ca、Zn元素的流失，也可能是在加工过程中虽然存在金属元素的流失，但人为添加了这三类有益金属元素，所以导致Ca、Zn元素含量没有差异。不同乳制品与含乳饮料之间的Mg元素含量均没有显著差异，这需要进一步探究原因。本研究还发现纯牛奶中的 Fe元素含量与其余三种饮品的含量明显不同，纯牛奶与风味发酵乳、含乳饮料间的Cu元素含量差异显著，这可能是在加工成各种乳制品及含乳饮料时使用食品添加剂以及辅料而造成的Fe、Cu元素含量增多。因此，除Fe、Cu元素外，纯牛奶和其他乳制品以及含乳饮料在提供Ca、Mg、Zn元素方面的贡献几乎相当。然而，纯牛奶中蛋白质含量更高，还可以加热后饮用。而发酵乳和含乳饮料的碳水化合物较高，容易引发龋齿[21]，所以，如果没有特殊的考虑，消费者选购乳制品及含乳饮料仍要依个人情况而定。但营养师在作配餐指导或消费者在选购市售奶制品及含乳饮料具有补铁需求时，选择除纯牛奶外的三种饮品效果更佳。