样品粉碎设备对小麦中8种金属元素测定结果的影响

章 路，巩佳第，段晓婷，郭利攀，孙玉梅

(绿城农科检测技术有限公司，浙江 杭州 310000)

粮食安全是社会稳定和经济社会发展的基石[1]。小麦是世界上分布最广泛，也是我国重要的粮食作物，在我国已有5 000多年的种植历史[2]。随着我国经济的快速发展，土壤污染日益加剧，金属元素经过农作物的吸收富集，通过食物链对人体健康产生较大的危害[3-5]，因此，加强对农产品金属元素的检测和控制是当下工作的重中之重[6-9]。

样品粉碎是检测工作的重要环节，目前小型不锈钢材质的粉碎设备已广泛应用于检测环节。通过线上、线下等商城，我们可以购买到各式各样的家用型不锈钢材质的粉碎机。但Luong等[10]发现，在使用不锈钢材质粉碎设备进行植物样品制备时，会造成铬、镍、钴、铁、钼等元素不同程度的污染；林雨倩等[11]发现，使用万能粉碎机对大米进行粉碎时，样品中铬含量与粉碎时间成正相关关系；韩张雄等[12]通过使用不同粉碎方式，筛选出小麦的最佳粉碎方式，使得小麦中重金属带入污染最少；李宏等[13]发现，饲料样品粉碎过程中铬的污染不仅与粉碎时间有关，还与样品硬度有关，硬度越高，铬测定值越高；曾秋初等[14]通过对多批次样品(包括中药材、中药饮片、中成药、药用辅料)粉碎前后的铬含量比对，发现使用不锈钢材质制药机械会导致样品中铬元素污染。目前，我们日常使用的不锈钢材质主要为304和316不锈钢，其主要材质均为铬镍合金，而316钢较304钢主要区别在于，316钢加入了钼金属，且具有更高的镍含量。通过国家标准GB/T 20878—2007《不锈钢和耐热钢 牌号及化学成分》表1中不锈钢的化学成分发现，不锈钢中主要金属元素有铬、镍、锰、铜、钼、钛、铝、钴。这些金属元素，特别是重金属元素会对人体健康产生较大的危害。目前，尚未有关于样品粉碎设备对小麦中铬、镍、锰、铜、钼、钛、铝、钴测定结果影响的研究报道。因此，我们旨在研究不同材质粉碎机在不同粉碎时长的情况下，对小麦中铬、镍、锰、铜、钼、钛、铝、钴的影响，并探究其影响的规律，为小麦的制样检测过程提供有效参考依据。

表1 样品粉碎方式

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

小麦，采自江苏镇江丹阳市永兴县；UP级硝酸(质量分数65%)，苏州晶锐化学股份有限公司；100 μg/ml多元素标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；1 000 μg/ml的Mo单元素标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；1 000 μg/ml的Ge、Rh、Re元素内标液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；1 μg/L 的Li、Co、In、U、Ce调谐液，美国赛默飞世尔公司。

1.2 仪器与设备

粉碎机1：JL-200高速万能粉碎机(不锈钢材质)，上海巨力食品机械；粉碎机2：DFT-200A手提式高速粉碎机(不锈钢材质)，温岭市林大机械有限公司；粉碎机3：HM100刀式研磨仪(不锈钢材质)，北京格瑞德曼仪器设备有限公司；粉碎机4：HM100刀式研磨仪(钛合金材质)，北京格瑞德曼仪器设备有限公司；iCAP Q电感耦合等离子体质谱仪，美国赛默飞世尔公司；BSA224S电子天平，德国赛多利斯公司；TOP X+微波消解仪，上海屹尧仪器科技发展有限公司；Milli-Q Reference超纯水仪，美国密理博公司。

1.3 实验设计

使用陶瓷研钵、粉碎机1、粉碎机2、粉碎机3、粉碎机4分别对采自江苏镇江丹阳市永兴县的2批次小麦(小麦1号，小麦2号)进行粉碎，其中粉碎机粉碎时间为1.0、1.5、2.0、2.5 min,4个时长梯度，对照组样品不进行粉碎。参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》第一法 电感耦合等离子体质谱法，使用Thermo iCAP Q电感耦合等离子体质谱仪测定不同粉碎方式小麦样品中铬、镍、锰、铜、钼、钛、铝、钴的含量。

1.4 实验方法

1.4.1试样溶液制备

称取0.5 g试样于微波消解管中，加入5 ml硝酸，置于微波消解仪中按设定程序进行消解，消解完成后，于赶酸仪上140℃赶酸至剩余1 ml左右，用一级水转移至50 ml容量瓶中，并定容至刻度，待测。同步做样品空白。微波消解升温程序见表2。

表2 微波消解升温程序

1.4.2试样溶液制备

分别配制质量浓度为0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0、10.0、20.0、40.0 μg/L的铬、镍、铜、钼、钛、钴元素混合标准溶液和质量浓度为5.0、10.0、20.0、50.0、100、200、500 μg/L的锰、铝元素混合标准溶液。

1.4.3测定

调节仪器条件至最佳状态(见表3)，依次吸入混合标准溶液和样品溶液，以浓度为横坐标，信号值为纵坐标，绘制标准曲线，并计算样品中各元素的含量，各元素采用的质量数分别为：27Al、48Ti、53Cr、55Mn、59Co、60Ni、63Cu、95Mo。

表3 电感耦合等离子体质谱仪仪器条件

1.4.4结果计算

试样中待测元素的含量计算公式：

式中，W为待测元素含量，mg/kg；c为根据信号值计算出的溶液质量浓度，μg/L；D为溶液稀释倍数；V为试样定容体积，ml；m为小麦取样量，g。

2 结果与分析

2.1 结果

对照组(不粉碎)、陶瓷研钵研磨、以及各型号粉碎机不同粉碎时间的小麦各元素检测结果见表4、表5。

表4 不同粉碎方式下小麦1号各元素检测结果

表5 不同粉碎方式下小麦2号各元素检测结果

2.2 分析

通过表4、表5结果分析，2种小麦样品受粉碎机污染情况几乎一致，其中使用陶瓷研钵研磨和粉碎机4粉碎的样品中，8种金属元素与不粉碎样品含量几乎一致，表明未受到明显污染。而使用另外3台粉碎机粉碎的样品，铬含量污染十分明显，且随着粉碎时间的延长，铬污染加剧；镍含量也有较为微量的污染，但随着粉碎时间的延长，镍污染程度未有明显的加强，而其余6种金属元素均未见含量受到明显污染。以GB 2762—217《食品安全国家标准 食品中污染物限量》谷物铬限量指标≤1.0 mg/kg判定，使用粉碎机1、粉碎机2、粉碎机3粉碎小麦样品时，均会导致样品铬含量超标，且使用不同粉碎机粉碎样品对结果的影响不一，其中使用粉碎机2号粉碎的小麦样品中铬污染最为严重，仅粉碎1 min时间就可导致铬含量超标，而粉碎机1和粉碎机3分别粉碎2.5 min和2.0 min以上可能导致样品铬含量超标。

3 结论与讨论

通过本次实验结果，我们发现使用不锈钢材质粉碎机粉碎样品，会导致样品中铬元素较为严重的污染，镍元素微量的污染，但未见钴、钼等元素的污染，该结果与Luong等[10]研究结果有部分差异，怀疑和使用的粉碎机有关。此外，对比粉碎机的使用时间，发现粉碎机2号已使用超过半年，而粉碎机1号和3号均使用不到2个月，我们怀疑粉碎机使用频次高低，也可能是导致样品中铬元素污染程度差异的其中一个因素。根据此假设，我们咨询了一家粉碎机制造商，了解到部分粉碎机刀头在制作过程中会在不锈钢刀头上镀膜，该膜会随使用次数的增加而磨损，那么该膜在粉碎机导致的铬镍元素污染中具体起到何种作用，是否会导致其他元素的污染还有待研究。

此外，我们了解到，越来越多的家庭开始使用家用的粉碎机对小麦、玉米等谷物进行研磨，目前市面上能够购买到的粉碎机大多为不锈钢材质，且本次使用的粉碎机1号和2号均为便携式可家用型。据此，在日常生活中，人们若长期使用不锈钢材质的粉碎机，是否会产生长期摄入铬含量超标食品的风险，是值得我们深入探讨和研究的问题。