加工精度对大米重金属的影响规律及品种差异

许艳霞， 倪小英， 邓志坚， 梅 广， 杨 静， 黄 卫

(湖南省粮油产品质量监测中心1，长沙 410201) (稻谷及副产物深加工国家工程实验室2，长沙 410201)

重金属污染是当前粮食的主要质量安全问题之一。据统计，我国每年有超过1 200万t粮食受到重金属污染，经济损失达200亿元以上，给人民健康和社会稳定带来了极大的危害[1]。砷、汞、铅、镉4种重金属在粮食的重金属污染中最典型，且危害较大，国家标准对这4种重金属在粮食中的限量均作了严格规定。

稻谷作为我国四大主粮之一，其重金属污染形势不容乐观。部分地区稻谷重金属污染率超20%。我国南方地区市场上约10%的大米存在重金属污染[2]。因此，在同时保障食品数量安全和减少粮食浪费的情况下，如何对这些污染稻谷进行有效处理，降低重金属含量，使其能得到安全合理利用是当前的研究热点。其中，基于重金属在稻谷中的分布规律，通过砻谷和碾白等大米加工工艺，最大限度降低重金属含量，是最安全的方法之一[3-5]。但是，不同文献中，这种机械加工方法降低重金属含量的差异较大。以镉为例，在前期研究中发现，通过砻谷和碾白后，大米镉含量较糙米仅下降7%[6]，庞敏等[7]研究表明，经过优化参数，物理碾磨可使大米镉质量分数降低50%以上，章月莹等[8]研究表明，加工程度对降低稻谷镉质量分数的降低影响仅为17.8%。

为了探讨这种差异产生的原因，进一步揭示机械加工对稻谷重金属的影响，本研究选取了5种不同品种的稻谷，并将稻谷经过砻谷、3次碾白，加工成不同加工精度的大米，分析稻谷各部分总砷、汞、铅、镉重金属分布情况，讨论不同加工精度对不同品种大米重金属含量的影响，从而为重金属污染稻谷的合理处置提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

稻谷样品：从湖南省粮油产品质量监测中心2015年收获粮原粮卫生调查样中选取5个品种(7份黄花粘、5份C两优277、5份Y两优3218、5份中早39、10份天优华占)共计32份的稻谷样品为研究样品，样品信息见表1。32份稻谷含水量均为13.5%。

表1 样品信息表

续表1

As、Cd、Pb、Hg标准溶液，1 000 μg/mL。硼氢化钾、氢氧化钾、碘化钾、盐酸：分析纯；硝酸：优级纯。

1.2 仪器与设备

AFS-9700型双道原子荧光光度计，AAS-7000型原子吸收分光光度计，MV3000微波消解仪， THU35C砻谷机，BLH-3500精米机，ME203E天平。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

对稻谷样品除杂，得到净稻谷，以砻谷机脱壳，收集每个稻谷样品的稻壳(编号为A)和糙米(编号为B)，将糙米分成二等份，一份保留，一份继续以精米机碾磨至碾减率10%(碾减率为碾磨后精米(mj)与原糙米(mc)相比减少的质量占原糙米质量的百分比，计算公式见式1)，收集得到的糠粉(编号C)和精米(编号D)，将D分为二等份，一份保留，一份继续碾磨至碾减率15%，收集得到的糠粉(编号E)和精米(编号F)，将F分为二等份，一份保留，一份继续碾磨至碾减率20%，收集得到的糠粉(编号G)和精米(编号H)，将A、B、C、D、E、F、G、H8种编号的样品用锥式旋风磨磨粉，粉碎细度均过80目筛。8个部分所对应的稻谷部位见表2和图1。

表2 各样品所对应稻谷部位

图1 稻谷各部位分解情况

1.3.2 样品消解方法

称取0.35 g(精确至0.001 g)左右样品于消解罐中，加入4 mL硝酸和1 mL过氧化氢，盖好安全阀后，将消解罐放入MV3000微波消解仪中，30 min内将功率从0 W升至1 200 W，然后在700 W保持30 min，消解1 h；样品冷却30 min，取出，于190 ℃加热赶酸，直至溶液挥发至绿豆大小，用去离子水定容至25 mL，作为总As、Pb、Cd、Hg元素的待测溶液。

1.3.3 样品测定1.3.3.1 Cd、Pb测定

采用石墨炉原子吸收分光光度法测定。

1.3.3.2 Hg、总As测定

采用氢化物-原子荧光光谱法测定。

1.4 数据处理

所有数据均采用Excel 2020和SPSS 11处理。

2 结果与分析

2.1 4种重金属在稻谷中的分布

2.1.1 重金属的籽粒分布

根据样品制备情况，稻谷从外到内分为A、C、E、G、H5个部分，此5部分的总As、Hg、Pb、Cd含量见图2。

图2 稻谷中总As、Hg、Pb、Cd的分布

从图2可看出，4种重金属在稻谷不同部位分布极不均匀。铅在稻壳中的含量略高于其在其他部位的含量，而总As、Hg、Cd在稻壳中的含量略低于在其他部分的含量。糙米为稻谷的可食部分，稻谷中重金属含量一般以糙米计。在糙米中，这四种重金属的分布规律基本一致，由外到内(C、E、G、H)4种重金属含量均逐渐下降。

为了进一步明确4种重金属在稻谷可食部分的分布情况，本论文将32份稻谷每个部位的每种重金属含量均取平均值，按糙米从外到内的顺序，依次计算相邻两部分重金属含量的比值(靠内部的重金属含量除以靠外部的重金属含量)，作为分配比，考察四种重金属由内到外分配比的变化，结果见图3。

由图3可看出，4种重金属的cE/cC、cG/cE、cH/cG均小于1，且呈下降趋势，糙米由外到内，分配比均小于1。且除Hg外，其他3种重金属由外到内分配比逐渐下降，说明4种重金属均由外到内浓度逐渐下降，且除Hg外，其他3种重金属下降幅度越来越高。这可能与稻谷中重金属的存在状态有关。根据相关报道[8-10]，稻谷中的重金属一般与蛋白质结合，而蛋白质主要存在于糠粉中，糙米由外到内，随着碾减磨率的提高，糠粉所占比例越来越低，蛋白质含量也逐渐下降。

图3 重金属在稻谷不同部位的分配比

2.1.2 品种差异

为探讨4种重金属在稻谷可食部分的分布的品种差异，分品种分别对4种重金属在糙米中的分配比进行分析，结果见图4。

由图4可看出，不同品种稻谷的4种重金属分配比存在较大差异。对总As而言，C两优277和Y两优3218的cG/cE略高于cE/cC，但cH/cG较cG/cE下降较多。其他3个品种均表现为分配比逐渐下降，但不同品种下降幅度有区别。对Hg而言，5个品种稻谷各部位分配比差异较大，黄花粘、Y两优3218和天优华占分配比由外到内先上升后下降，C两优277基本没变化，而中早39为先下降后上升。对Pb而言，黄花粘和C两优277分配比由外到内先下降后上升，Y两优3218现上升后下降，其余2个品种逐渐下降。对Cd而言，黄花粘和中早39分配比由外到内先下降后上升，其余3个品种都是先上升后下降。不仅如此，同品种的稻谷，4种重金属分配比的变化也各不相同。这可能是因为不同品种稻谷结构、组分等有细微区别，且不同重金属与稻谷结合的蛋白质也存在差异。

2.2 碾米加工后稻谷重金属含量的下降率

2.2.1 碾减磨率的影响

4种重金属在稻谷可食部分糙米中的含量由外到内逐渐降低，因此，砻谷碾白后稻谷重金属含量会有所降低。本研究对糙米进行了3次碾白，得到3种不同碾减率的精米D、F、H。将这3种精米(cj)与糙米(cc)重金属含量对比计算重金属含量的下降率。

32份样品的4种重金属含量下降率与碾减磨率的关系见图5。

图5 碾减率对4种重金属含量下降率的影响

由图5可看出，随着碾减率的提高，4种重金属的含量均逐渐下降，即其含量的下降率逐渐增大。4种重金属含量的下降率与碾减率呈显著正相关。

相同碾减率下，总As得含量下降最多，其次为Pb，下降幅度最低的为Cd，说明总As相对而言，在糙米表面分布较集中，而Cd在糙米中分布相对均匀。通过提高碾减率降低稻米中总As含量可行性最高，而提高碾减率降低稻米中Cd含量的程度有限。

2.2.2 品种影响

为探讨在相同碾减率条件下重金属含量下降率的品种间差异，对不同品种糙米的4种重金属含量在不同碾减率的条件下进行了比较，结果见表3。

表3 不同品种在不同碾减率下4种重金属含量下降率

品种对不同重金属含量下降率的影响有较大差异。在10%、15%和20%碾减率条件下，这5个品种稻谷总As和Hg含量的下降率均不存在显著的品种间差异，而Cd和Pb的含量下降率则在不同品种间存在较大差别。对Cd而言，C两优277和Y两优3218下降率较高，另3个品种下降率较低。对Pb而言，Y两优3218、中早39和天优华占下降率较高，另两个品种下降率较低。这一结果表明，重金属在稻谷中的分布与稻谷的品种存在一定的关系，且不同重金属的品种差异也存在差异。

3 结论

通过对5种不同品种的稻谷中总As、Hg、Pb、Cd 4种重金属在稻谷不同部分分布规律进行研究，结果表明，4种重金属在稻谷中的分布均具有较大的不均匀性，除稻壳外，4种重金属在稻谷可食部分，即糙米籽粒中从外到内的含量逐渐下降；4种重金属在稻谷籽粒中的分布存在差异，总As更多集中在稻米的糠粉层中，Cd的分布相对较均匀；4种重金属在稻谷籽粒中的分布存在品种差异；通过提高碾减率可有效降低稻谷中4种重金属的含量，其中总As含量的下降幅度最高，Cd含量的下降幅度最低；不同品种的稻谷在相同碾减率的情况下，Cd和Pb的含量下降率差异显著，而总As和Hg含量的下降率无显著差异。研究结果可指导重金属污染区域粮食种植的品种选择，为粮食重金属污染提供一种有效的解决途径。