两种前处理方法对4种食用菌中重金属含量测定的影响

曾一芳，周志娥，董开发，汤凯洁

（江西农业大学食品科学与工程学院，江西南昌330045）

食用菌俗称蘑菇，既是餐桌上颇受青睐的美食，也是研究和开发保健食品的优质原材料，“一荤一素一菌”是联合国推荐的21世纪的合理膳食建议[1]。目前，我国食用菌产量和消费量均居世界首位[2]，在健康饮食中具有重要地位，但近几年重金属污染食用菌问题日益凸显，因此食用菌安全受到广泛关注。有研究表明食用菌重金属主要有铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、镍（Ni）、汞（Hg）、砷（As）等[3-8]，食物中的重金属仅通过简单清洗、蒸煮或浸泡不能去除，会随着摄入的食物富集到人体中，危害心血管系统、神经系统和免疫系统等，当蓄积超过一定浓度后会造成慢性中毒[9]，因此检测食用菌中重金属的污染对指导饮食及保护消费者健康具有重要的意义。

食用菌重金属检测需先进行前处理才可以进行测定，即通过强酸和高温将有机物破坏，使金属离子形成可溶性盐转入溶液中，因此，样品前处理步骤直接影响金属离子测定的准确性及精确度[10]。所以，研究样品前处理方法差异具有重要的价值。

实验室常见且有效的固体样品重金属测定前处理方法有湿法消解、微波消解、干法灰化等[11-13]。湿法消解是在高温下具有强氧化性的混合酸与样品发生化学反应从而分解样品中有机物的方法，该方法设备简单、易操作，但安全隐患高，试剂消耗大、所用的玻璃仪器对金属存在吸附和解吸作用，从而导致空白值较高[14-16]，另外消解用的凯氏烧瓶敞开从而会引起某些金属元素汽化后损失，一般适用于大批量且对准确性要求低的试验。干灰化法是先低温炭化后高温灼烧样品使其中的有机物完全被分解的方法，该方法步骤简单、试剂消耗量少，但所耗时间长，适于处理样品中含有铅、铬、镉、镍等高温下仍稳定且不易挥发的重金属。微波消解法是近年迅速发展起来的新型节能的前处理方法，将样品和酸混合于密闭系统中，利用微波电磁场的作用使两者分子摩擦产热后快速分解有机物，该方法所需试剂量少、快速安全，采用了吸收微波、耐热耐腐蚀的全聚四氟乙烯材料，可使样品中的有机物质在密闭空间内迅速完全分解，故在国内外的重金属测定中有广泛的应用[17-18]，但微波消解炉仪器昂贵，一般分析实验室可能未具备。

不同前处理方法对重金属检测的影响很大，每种方法各有优势和劣势，采取更适宜的前处理方法，有利于进一步的检测工作。目前国内外研究人员进行了很多不同测定方法对食用菌重金属含量测定结果的比较试验，但用不同前处理方法、同种分析检测技术对此进行比较分析的研究较少。

本试验比较了微波消解法和干法灰化法两种前处理方法对原子吸收分光光谱仪测定食用菌中Pb、Cd、Cr、Ni含量的影响，分析了前处理方法的差异性和食用菌受重金属污染的状况，这不仅为食用菌及其他食品中重金属检测提供了参考，而且促进了食用菌生长、生产与加工过程中的管理与监测，降低了健康危害风险，有助于食用菌工业的健康发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器试剂

香菇、金针菇、黑木耳、平菇：农贸市场。

JD200-3型电子天平：沈阳龙腾电子有限公司；XY-200型高速多功能粉碎机：浙江省永康市松青五金工具厂；JKI-MDA-23变频微波消解炉：上海精学科学仪器有限公司；COD聚四氟乙烯全氟微波炉消解罐：上海予申仪器有限公司；A3原子吸收分光光谱仪：北京普析通用仪器有限责任公司；SX2-10-13箱式电阻炉：上海跃进医疗器械厂；Milli-Q超纯水仪：Millipore公司。

硝酸、高氯酸、盐酸、过氧化氢（均为优级纯）：西陇化工股份有限公司；铅、镉、铬、镍标准液（1 mg/mL）：中国计量科学研究院；氩气、乙炔、氢气（纯度99.999%以上）：南昌国辉气体有限公司。

为保证试验的准确性，所有玻璃器皿还有微波消解罐均用5%硝酸浸泡24 h，使用前先用自来水反复冲洗，再用符合要求的去离子水清洗、烘干后使用，全程进行空白试验。为了比较方法和更符合实际，本试验结果均以鲜品计。

1.2 试验方法

1.2.1 标准曲线的绘制

分别移取铅、镉、铬、镍标准储备液（1.00 mg/mL）于50 mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液定容至刻度得到各元素标准中间液，移取不同体积的标准中间液于50 mL容量瓶，0.5%硝酸溶液定容至刻度，根据实验室原子吸收光谱仪操作指南配成一定浓度梯度的标准系列溶液，如表1所示。

为确保方法的可靠性和结果的准确性参照JJG694-2009《原子吸收分光光度计检定规程》进行检出限和精密度测定试验，即每个元素分别取低、中、高3个浓度，由低到高浓度分别移取10 μL导入石墨炉，每种浓度重复测定6次。仪器参考条件见表2。

表1 4种元素的标准系列溶液Table 1 Standard series of solutions for four elements

表2 石墨炉原子化器操作条件Table 2 Operating conditions of graphite furnace atomizer

1.2.2 检出限和精密度的测定

1.2.3 样品的采集和预处理

各种新鲜食用菌样品用去离子水淋洗样品表面除去杂质，滤纸吸干外表水分，于通风处放置过夜，第2天准确称取适量鲜重样品，放入105℃烘箱中烘干后，测量干重。用粉碎机粉碎样品干品，100目网筛去除大的颗粒后，均匀混合后用自封袋包装好，置于干燥器中备用，每次称量取样采用四分法[19]。

1.2.4 两种前处理方法消解样品

1.2.4.1 微波消解法分解样品

用称量纸准确称取0.5 g干重样品粉末于微波消解罐中，加入5 mL硝酸-高氯酸（体积比4∶1），混合酸消解液后微微振荡，静置10 min，旋紧罐盖后放入变频微波消解炉内，在功率100%，温度180℃，5 min升温，保持10 min的条件下重复3次，然后冷却0.5 h后取出消解罐，冷却0.5 h～1 h后开盖（消解液呈无色透明或略显黄色）。将消解液移至烧杯中，在电炉上以140℃～160℃赶酸至1 mL左右[19]，最后将容器中残留样液用超纯水少量多次洗涤，将消解液全部转移至50 mL容量瓶中，并用超纯水定容至刻度，混匀备用。

1.2.4.2 干法灰化样品

坩埚的恒重等步骤参照GB 5009.4-2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》[20]，进行。准确称取1 g样品粉末于坩埚中，后在电热板上低温炭化至无烟（可加两滴过氧化氢溶液促进炭化），将坩埚置于马弗炉中，采用试验优化多次的升温程序，见表3。将坩埚中灰分用0.5%硝酸完全溶解，用超纯水少量多次洗涤并全部转移至100 mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度，混匀备用。

表3 马弗炉升温程序Table 3 Graphite furnace heating program

1.2.5 样品中重金属含量的测定

移取上述微波消解和干法灰化定容后的溶液及空白样液10 μL导入石墨炉，测定样品中Pb、Cd、Cr、Ni的吸光值[21]。4种重金属测定条件和参数见表2。

2 结果与分析

2.1 4种重金属的标准曲线

Pb、Cd 、Cr、Ni的测定波长分别为 283.3、228.8、357.9、232.0 nm，分别取 10 μL 空白样液和 Pb、Cd 、Cr、Ni标准系列溶液按浓度从低至高依次导入石墨炉，经过干燥、灰化、原子化和净化4个步骤后测得元素吸光度。以吸光度（A）作为纵坐标，浓度（ng/mL）作为横坐标，绘制各元素的标准曲线，见图1。

图1 Pb、Cd 、Cr、Ni的标准曲线Fig.1 Standard curves of Pb，Cd，Cr and Ni

由图1可知4种重金属元素的标准曲线的相关系数R2为0.995 4～0.998 6，说明所得标准曲线在所测范围内吸光度和浓度线性关系好，可用来计算样品中重金属元素的含量。每种元素选取低、中、高3个浓度，不同浓度都重复测定6次得出检出限和精密度结果：Pb、Cd 、Cr、Ni检出限分别 4.13、2.34、4.33、13.04 pg，精密度分别为4.496 3%、5.025 8%、2.634 6%、4.335 0%。

根据JJG 694-2009《原子吸收分光光度计检定规程》要求，石墨炉法精密度≤5%，石墨炉法精密度≤4 pg，得出Pb、Cr、Ni的精密度符合要求，Cd的精密度十分接近要求；仪器对Cd的检出限符合要求，Pb、Cr的检出限基本符合要求，Ni的检出限超出要求。

2.3 前处理方法对样品中重金属差异性

用原子吸收光谱仪测得各元素的吸光值，并根据溶液的线性回归方程求得重金属元素的浓度，依据香菇、金针菇、黑木耳、平菇烘干前后质量差得出含水量分别为87.37%、92.27%、93.58%、89.88%，从而计算出重金属在鲜重样品中的含量，统计分析结果见表4。

表4 两种前处理方法对食用菌重金属含量测定的影响（±s，n=3）Table 4 Comparison of heavy metal content measured after treatment of the same edible fungi by two different methods（±s，n=3）mg/mL

表4 两种前处理方法对食用菌重金属含量测定的影响（±s，n=3）Table 4 Comparison of heavy metal content measured after treatment of the same edible fungi by two different methods（±s，n=3）mg/mL

注：表中未标记字母表示不存在显著性差异；不同的小写字母表示两者之间存在显著差异（P＜0.05）；不同的大写字母代表存在极显著差异（P＜0.01）。

元素种类 前处理方法 香菇 金针菇 黑木耳 平菇Pb 微波消解 0.181 5±0.084 1 0.229 0±0.106 1 0.827 5±0.002 5 0.662 0±0.017干法灰化 0.170 8±0.117 7 0.346 0±0.107 5 0.605 0±0.145 0 0.417 5±0.082 5 Cd 微波消解 0.076 5±0.007 8 0.047 0±0.007 1 0.337 0±0.080 6 0.248 5±0.081 3干法灰化 0.055±0.003 5 0.054 0±0.002 8 0.325 0±0.050 2 0.111 5±0.017 7 Cr 微波消解 1.060 0±0.042 4 0.975 0±0.120 2 0.151 0±0.003 5bB 1.145 0±0.190 9干法灰化 0.909 0±0.060 8 0.916 5±0.021 9 1.245±0.205aA 1.123 0±0.009 9 Ni 微波消解 1.395 0±0.219 2 0.917 0±0.301 2 1.285 0±0.261 6 0.905 0±0.388 9干法灰化 1.225 0±0.120 2 0.582 5±0.582 5 0.875 0±0.261 6 0.963 0±0.264 5

表4中上下相邻两个数据为微波消解法和干法灰化法两种前处理方法对同种食用菌中相同重金属测定结果，结果表明微波消解法和干法灰化法对香菇、金针菇、平菇中 Pb、Cd、Cr、Ni含量测定均无显著差异，仅对黑木耳中Cr含量测定有极显著差异，前者的标准误差在0.002 5～0.388 9之间，后者的标准误差在0.002 8～0.582 5之间，可见微波消解前处理法不仅操作简单，而且测定效果更好[21]。

另外，不同食用菌中Pb、Cd、Cr、Ni含量有所不同，Pb 含量为 0.170 8 mg/kg～0.827 5 mg/kg、Cd 含量为0.047 0 mg/kg～0.337 0 mg/kg、Cr含量为 0.151 0 mg/kg～1.245 0 mg/kg、Ni含量为 0.582 5 mg/kg～1.395 0 mg/kg，其中黑木耳中Pb、Cd含量最高，香菇中Ni含量最高。根据GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》，4种样品含Pb、Cd量均未超标，香菇中Ni平均超标率为31.0%，香菇、金针菇、平菇中Cr均超标，平均超标率分别为96.9%、89.2%、126.8%。

3 结论与讨论

本试验中4种重金属元素标准曲线的线性关系良好，相关系数R2为0.995 4～0.998 6，精密度和检出限符合要求，因此可用来测定样品中重金属元素的含量。

从本试验的测定结果可知，微波消解法和干法灰化法对香菇、金针菇、平菇中 Pb、Cd、Cr、Ni含量测定均无显著差异，仅对黑木耳中Cr含量测定有极显著差异。Pb、Cd、Ni化学性质稳定，王沙毅[22]2018年指出在原理条件上Cr元素受到温度条件影响较为明显，又因微波消解法需置于电热板上赶酸，故可解释此现象。前者的标准误差在0.002 5～0.388 9之间，后者的标准误差在0.003 5～0.582 5之间，总体来说微波消解法前处理操作简单、安全易行，且误差更小。胡加文等[23]研究也表明干法消解法前处理时间长、使用试剂少，微波消解法具有准确度高、操作简单快速、试剂消耗小等特点。当实验室同时具备两者设施条件应优先选择微波消解法，因两种处理方法的检测结果无显著差异，当设备条件不足时也可选择干法灰化法。

不同食用菌中Pb、Cd、Cr、Ni含量不同，本文监测的4种食用菌重金属污染状况：Pb为0.170 8 mg/kg～0.827 5 mg/kg、Cd 为 0.047 0 mg/kg～0.337 0 mg/kg、Cr为 0.151 0 mg/kg～1.245 0 mg/kg、Ni为 0.582 5 mg/kg～1.395 0 mg/kg，其中黑木耳中Pb、Cd含量最高，香菇中Ni含量最高，根据GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》，4种样品含Pb、Cd量均未超标，香菇中Ni平均超标率为31.0%，香菇、金针菇、平菇中Cr均超标，平均超标率分别为96.9%、89.2%、126.8%。