5种市售坚果类产品部分营养成分及重金属元素分析

周启武,唐兴莹,李志宏,张婧懿,杜玉红,张国昌

(1.滇西科技师范学院，生物技术与工程学院，云南临沧 677000；2.孟定海关综合技术中心,云南临沧 677000)

营养是健康的基础,关系到每个人体的健康,也关系到整个国家的国民素质的提高。坚果作为植物的精华部分,已被选定为现代人的10大营养食品之一,作为当前重要的一类营养健康的高档零食备受人们喜爱。坚果富含大量的生物活性成分和营养素,对人体健康有重要作用,如澳洲坚果可预防动脉粥样硬化;板栗有抗高血压、冠心病、降血脂及增强体质等功效;花生有驻颜延年、强身健脑、提高智力等保健功能;核桃有预防心血管疾病、肥胖症、糖尿病等活性物质;葵花籽有抗氧化、清除自由基、预防慢性病和提高免疫力等作用。《中国居民膳食指南(2016)》建议,成人每天应摄入25～35 g大豆及坚果类。

我国作为全世界最大的坚果生产与消费国,资源较丰富,其中澳洲坚果()被誉为世界上最佳的食用坚果,我国还是世界澳洲坚果之乡,板栗(Blume)被誉为“干果之王”,花生(Linn.)有“长生果”之美称等,核桃(L.)在我国种植面积和产量居世界首位,葵花籽()在我国全部油料资源中排名第二,它们都具有较大的精深加工价值和市场潜力。然而,目前国内外对以上坚果的研究主要集中于某品种或某地区单一产品的常规营养成分测定和活性功能评价,研究比较单一化,具有局限性,不能很好地从消费终端来反映不同来源和品种的坚果产品主要营养成分差异及重金属污染情况。基于此,该研究随机选择了当前市场上销售的来源和品种不同的澳洲坚果、板栗、红花生、葵花籽和核桃5种坚果类产品,从整体营养价值和安全评价的角度对其水分、粗脂肪、蛋白质及主要重金属含量进行测定分析,以期为生产商和消费者科学合理选择坚果原料及坚果产品提供理论参考。

1 材料与方法

试材。该研究分别从云南省临沧市临翔区、西双版纳州勐海县、楚雄州大姚县等地市场上随机采购了澳洲坚果、红花生、板栗、核桃和葵花籽5种散装坚果产品各500 g,置于自封袋密封保存后带回实验室作为研究对象(表1),将采购回的5种坚果产品按食品检测要求去壳、去皮,贮存备用。

表1 样品来源、品种、选择标准及处理方法

试剂。石油醚、氢氧化钠、95%乙醇、甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂(分析纯,国药集团化学试剂有限公司);盐酸(优级纯,国药集团化学试剂有限公司);硼酸、99%硫酸钾、硫酸铜(分析纯,上海阿拉丁生化科技股份有限公司);硫酸(优级纯,四川西陇科学有限公司);硝酸(电子纯,美国默克公司);Multi-element Calibration Standard 2A混合标准溶液(色谱纯,美国Agilent公司);ICP-MS lnternal Std Mix 内标混合标准溶液、100 mg/L金元素混合标准溶液、GBW(E)080263锰单元素溶液标准物质、GBW(E)080923铅单元素溶液标准物质、GBW(E)080119镉单元素溶液标准物质、GBW08614铬单元素溶液标准物质、GBW08618镍单元素溶液标准物质(色谱纯,中国计量科学研究院);氩气、氦气(≥99.995%,昆明宏发得利气体有限公司);试验用水均为超纯水。

仪器与设备。SOXTEC TM8000索氏提取仪，丹麦福斯集团(中国)有限公司;Kjeitec 8400凯式定氮仪、Agilent7800电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦公司;Sartorius BSA224S1电子天平，赛多利斯(北京)公司;Anton Paar MW PRO-T50高压微波消化器，奥地利安东帕(中国)有限公司;SCIENTE SB-52000超声清洗仪，宁波新芝生物科技有限公司；DHG-9070A电热鼓风干燥箱，上海浦东荣丰科学仪器有限公司；CS-800高速多功能粉碎机，武义海纳电器有限公司；DHG-9626A电热鼓风干燥箱，上海久然仪器设备有限公司。

主要营养成分测定。5种坚果中粗脂肪含量参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》索氏提取仪抽提法进行测定;蛋白质含量参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》凯氏定氮法进行测定,以试剂作空白对照;水分含量参照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》直接干燥法进行测定。

重金属含量测定。重金属元素含量参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)进行测定;称取试样0.2 g于消化管中,加入5 mL硝酸,加盖放置1 h,按高压微波消化器设定程序加热消解(表2)。消解完后冷却至100 ℃左右,取出自然降到室温并于超声水浴箱中超声脱气5 min,用超纯水定容至25 mL备用,其中设2个空白。

表2 微波消解仪设置条件

ICP-MS工作条件测定前,对仪器的射频功率、等离子体气流量、载气流量、辅助气流量等操作条件和参数进行调谐,以得到最佳灵敏度,ICP-MS工作条件如表3所示。元素分析模式及内标选择根据ICP-MS待测Cr、Mn、Ni、Cd和Pb 5种元素选择对应的分析模式,并严格按照GB 5009.268—2016选择待测元素所对应的同位素和内标元素,见表4。

表3 ICP-MS工作参考条件

先测定待测元素和内标元素的信号响应值,再用电感耦合等离子体质谱法测定空白溶液和试样溶液,按照标准曲线和公式(1)计算消解液中待测元素的浓度。

(1)

式中,为消解液中待测元素的浓度(mg/kg);为试料空白溶液质量浓度(mg/L);为试料溶液中被测元素质量浓度(mg/L);为试样质量(g);为试样消化液定容总体积(mL)。

表4 ICP-MS待测元素分析模式及所选同位素与内标元素

评价方法。依据GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》评价大米中重金属检测结果是否超过国家限量标准；采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法评价大米中重金属污染程度,其中单因子污染指数法按公式(2)计算,内梅罗综合污染指数法按公式(3)进行计算。

=

(2)

式中,为重金属的污染指数;为坚果中重金属的实测值(mg/kg);为坚果中重金属的评价标准(mg/kg)。当≤07时表示优良,当07<≤10时表示安全,当10<≤20时表示轻度污染,当20<≤30时表示中度污染,当>30时表示重度污染。

(3)

式中,为内梅罗综合污染指数;ave为坚果中各重金属单因子污染指数平均值;max为坚果中各重金属单因子污染指数中最大值。当≤07时表示安全,当07<≤10时表示警戒线,当10<≤20时表示轻度污染,当20<≤30时表示中度污染,当>30时表示重度污染。

消费者经由坚果产品摄入重金属的暴露风险,采用每日允许摄入量(acceptable daily intake,ADI)来度量,计算公式如下：

=IR×CF

(4)

(5)

式中,表示坚果的日摄入量(mg/d);IR表示坚果的日摄取速率(kg/d),根据我国居民膳食指南建议,成年人均每天摄入坚果摄入25～35 g,此次评价以最大摄入量计,取0.035 kg/d;CF表示坚果中重金属含量(mg/kg);ADI表示每日允许摄入量(mg/kg);RI为健康风险指数,若RI<1则处于安全水平,RI>1则存在健康风险,且数值越大健康风险也越大。

试验每个样品设3个平行,数据利用Microsoft Office 2010软件进行处理。

2 结果与分析

从表5可以看出，澳洲坚果、红花生、核桃、葵花籽中均含有丰富的脂肪成分,板栗中脂肪含量最低。从此次研究的5种坚果产品来看,澳洲坚果中粗脂肪含量与国外、国内的澳洲坚果果仁粗脂肪含量相当(69%～78%),核桃中粗脂肪含量居于云南主栽核桃品种的含量(52.11%～71.77%)之间,葵花籽中粗脂肪含量略低于我国葵花籽营养成分表(51.0%),红花生中粗脂肪含量低于泉红花1号红皮花生的含量(约52%),且都高于我国主要油料作物的粗脂肪含量,因此澳洲坚果、核桃、红花生和葵花籽可作为重要油料的来源。

表5 5种坚果产品的粗脂肪含量

从测定结果(表6)可知,5种坚果中蛋白质含量差异较大。该研究测定的葵花籽中蛋白质含量(31.000%)明显高于我国葵花籽营养成分表(22.7%),红花生中蛋白质含量(29.625%)接近高蛋白红皮花生新品种泉红花1号(31.09%),核桃中蛋白质含量(20.375%)明显高于云南省主栽核桃品种(4.66%～15.90%),澳洲坚果果仁中粗蛋白含量明显高于Maro等和张明楷的研究结果,这主要与坚果产品原料的品种、成熟度、生长环境等因素有关。由此可见,5种坚果中除板栗外,均可作为理想的富含蛋白质的食物原料。

从测定结果(表7)可知,5种坚果产品中水

表6 5种坚果产品的蛋白质含量

分含量最高的是板栗(33.551%),明显高于GB/T 22165—2008《坚果炒货食品通则》规定的正常保藏值(15%),其余4种坚果产品的水分含量约为3%,符合保藏标准。坚果产品中的水分一般分为自由水、半结合水和结合水,干燥处理后改变了产品内部水的结合状态和水分分布,为保证产品的品质和货架期,加工后坚果的水分含量应低于GB/T 22165—2008规定的15%,且尽量防止产品回潮而增加水分。

线性关系考察。在满足线性范围的稳定性和重复性条件下,Cr、Mn、Ni、Cd和Pb在0～50 μg/L线性关系较好,决定系数()在0.999 4～1.000 0(表8),完全能够满足分析方法的需要。按照GB 5009.268—2016计算该方法的检出限,以空白试剂响应值的10倍标准偏差作定量限,可得出各重金属元素的检出限和定量限分别在0.002～0.200和0.001～0.130 mg/kg(表8),说明该方法灵敏度高,能准确测定低含量的元素。从定量限结果可知,该方法完全能够满足农产品质量安全监测的要求。

表7 5种坚果产品的水分含量

表8 重金属标准曲线线性方程、线性范围、决定系数、检出限、定量限

精密度与加标回收验证。取消解待测液按标准预试验方法进行平行试验5份,计算各元素含量的平均值,分别于各溶液中加入一定量对应的Cr、Mn、Ni、Cd和Pb标准溶液进行加标回收试验,每份溶液测定3次,以加标前测定的含量平均值计算各元素的平均加标回收率,并以各元素相对标准偏差(RSD)来确认方法的准确性与精密度。由表9可知,各元素回收率在96.7%～107.2%,RSD≤5.36%,表明该测定方法的准确度良好且精密度高,满足试验测定要求。

表9 精密度与加标回收试验结果

重金属含量测定。该研究对所有坚果样品中Mn、Cr、Ni、Pb和Cd 5种重金属元素测定结果见表10。从测定结果来看,全部样品中均含有随机检测的5种重金属元素,其中含量从高到低依次是Mn、Ni、Cr、Pb和Cd。Mn在全部样品中的含量均最高,其含量从高到低依次为澳洲坚果>核桃>板栗>葵花籽>红花生,Ni含量在1.056～5.591 mg/kg,坚果中这2种元素限量标准未作规定;由GB 2762—2017可知,5种坚果产品中Pb含量(0.030～0.170 mg/kg)和Cd含量(0.001～0.176 mg/kg)均符合标准(Pb≤0.2 mg/kg,Cd≤0.5 mg/kg),Cr含量 (0.301～1.138 mg/kg)红花生产品存在一定的风险(Cr≤1.0 mg/kg),因此进一步对Pb、Cd和Cr 3种重金属进行膳食风险评估。

表10 5种坚果产品中重金属含量

根据GB 2762—2017对Cr、Pb和Cd进行限量规定,计算Cr、Pb和Cd的单因子污染指数可知,红花生存在Cr轻度污染,其余坚果产品中的重金属均属于安全级别,大部分产品达到优良水平(表11)。Cr、Pb和Cd的内梅罗综合污染指数结果显示,葵花籽和红花生中的3种重金属总体污染程度已达警戒线,存在一定的膳食风险。

计算5种坚果中Cr、Pb和Cd的ADI,进行摄入风险分析(表12)。目前，联合国粮农组织和世界卫生组织(FAO/WHO)、美国环保署(EPA)对Cd、Pb和Cr的ADI值分别规定为每人每日60、214和200 μg (成人,以60 kg计)。由表12可知，该试验测定的5种坚果产品中Cd、Pb和Cr的ADI值均远小于FAO/WHO、EPA规定的限量标准,摄入正常含量的坚果不会引起重金属蓄积中毒。

表11 5种坚果产品中重金属污染程度评价结果

表12 5种坚果产品中重金属的ADI值

3 结论与讨论

该研究选取的5种坚果产品的产地、品种、成熟度、加工方式等均不一样,从测定结果看除板栗外,其余4种坚果的脂肪含量均较丰富(45%～69%),部分高于国内外相关报道,可以作为油料食品原料的重要来源,为消费者提供充足的植物脂肪;5种坚果均富含蛋白质,含量较高的是葵花籽(31.000%)和红花生(29.625%),是消费者植物性蛋白的良好来源;含水量较高且脂肪与蛋白质含量均相对较低的是板栗,需选择适当的贮藏方式。

全部样品中均含有随机检测的5种重金属元素,其中含量从高到低依次是Mn、Ni、Cr、Pb和Cd。该研究所选红花生存在Cr轻度污染,板栗、澳洲坚果、葵花籽和核桃中的重金属均属于安全级别，葵花籽和红花生中的Cr、Pb和Cd总体污染程度已达警戒线,存在一定的膳食风险。坚果产品中重金属污染物主要来源于植物生长的原生环境中重金属含量高或坚果产品加工、贮存过程中接触重金属材料而污染,摄入重金属超标的坚果产品会对人体产生较大危害,如铅损伤心血管系统、肝脏和肾脏等器官;镉引起“痛痛病”,毒害人体的呼吸道功能、免疫系统等;Cr元素虽能促进生长发育、抗衰老,但摄入过量会产生毒害,Cr毒性比Cr大100倍,长期过量接触会损害肝脏、肾脏及鼻腔等,甚至诱发鼻咽癌或肺癌;镍是人体必需元素,可促进胰腺发育和红细胞的再生,用于治疗贫血和肝硬化,但过量摄入会导致细胞癌变;锰对人体一般呈有益作用,目前尚未作出限量要求,但人体内主要以胆汁吸收Mn(Ⅱ)的形式进入,因此女性、儿童应当注意锰的摄入,以防止慢性中毒。该研究的5种坚果样品中重金属污染指数和膳食风险评价结果均符合相关的限量标准,可安全食用。

但随着现代人对坚果产品自带的健康属性需求量的增加,消费者越来越注重产品的营养精准、质量提升和品牌创新,还需进一步对坚果产品中不饱和脂肪酸、多肽、氨基酸或其他功能性成分的组成和含量开展精准研究以更好地满足现代消费的需求。同时,为满足国际大健康产业驱动下坚果产业的发展,急需以“全产业链”的视角,通过现代先进检测技术对各类坚果产品的营养结构和危害成分进行测定分析,精准掌握某一类产品的具体营养组成、结构和质量安全控制,并利用大数据营销、消费场景、IP概念等重构品牌的全产业链,将是坚果行业的下一个时代。