六安产绿茶及茶汤中有害元素的测定和安全性评价

张 舰，包 磊，王广林，甘 伟，傅绪成

(1.皖西学院 材料与化工学院，安徽 六安 237012；2.皖西学院 分析测试中心，安徽 六安 237012)

绿茶具有提神健脑、抗氧化、降血糖、降血脂等多种功效[1-2]，备受国内外人民喜爱，是日常生活中重要的生活物资。茶叶在自然界生长过程中，可能会因土壤、水源、大气以及施肥等引入有害元素，在茶叶加工过程中的操作不当也会引入有害元素，这些有害元素通过茶叶的饮用向人类进行富集。其中，铅、铬、镉、汞、砷等元素是值得重点关注的有害元素[3-4]。为了保证广大人民群众的身体健康，对市场上销售茶叶中有害元素含量必须进行严格地限量，国家出台了相关的国家标准和行业标准。如《茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量(NY 659—2003)》和《食品中污染物限量(GB2762—2017)》等标准对茶叶中这些有害元素进行了明确限量[5-6]。

安徽省六安市位于大别山北麓的长江与淮河之间，山区面积大、风景秀美、气候温和、雨量充足，非常适宜茶树的生长。当地出产六安瓜片、霍山黄芽、金寨翠眉和舒城小兰花等名优绿茶。目前对六安产绿茶的种植、加工工艺、品质等方面有着较为广泛的研究[7-9]，但是对茶叶、特别是茶汤中有毒有害元素的系统性测定，以及安全性评价所做的研究工作报道较少。采用微波消解法处理茶叶后并通过电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)可以快速测定茶叶中的元素含量[10-12]，但在日常生活中茶叶一般都是采取浸泡法饮用，因而测定茶汤中的元素含量会更具现实意义[13-14]。

本研究通过ICP-MS法测定茶叶及茶汤中铅、铬、镉、汞、砷等有害元素含量，然后通过标准限值、单因子污染指数法、综合污染指数法以及靶向危害系数法(THQ)对这些元素的污染情况以及潜在健康风险进行安全性评价[15-17]。

1 实验部分

1.1 实验设备及试剂

电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞iCAP RQ)，微波消解仪(美国CEM MARS6)，超纯水系统(美国密理博Mili-Q，电阻率为18.2 MΩ·cm)。

待测元素标样购买于国家有色金属电子材料分析测试中心，质谱调谐液由美国赛默飞公司提供。样品消解处理中所使用优级纯的硝酸和过氧化氢从国药集团购买。整个实验过程中所用水均为超纯水。

1.2 茶叶样品

在六安本地市场上购买六安瓜片、霍山黄芽、金寨翠眉和舒城小兰花等4种茶叶，每种茶叶随机购买5份，并按照①—⑤进行编号，共收集样品20份，在60 ℃烘箱干燥至恒重后置于干燥器中暂存。

1.3 实验方法

1.3.1 茶叶测试样品的制备

首先准确称取0.5 g左右的茶叶，依次加入8 mL浓硝酸和2 mL过氧化氢，经微波消解后赶酸至1～2 mL残液，将残液转移至50 mL容量瓶中，并对消解罐中残液进行3～5次洗涤，最后将残液和洗涤液混合并定容于50 mL容量瓶。

表1 微波消解程序

1.3.2 茶汤测试样品的制备

准确称取3.0 g左右的茶叶放入100 mL烧杯中，加入90 mL 刚煮沸的超纯水并浸泡10 min后，取茶汤待测。

1.4 污染水平评价方法

茶叶和茶汤采用单因子污染指数法和综合污染指数法进行污染评价[3，18]。单因子污染指数的计算方法见式(1)。

(1)

式(1)中，Ps为有害元素的单因子污染指数，C为有害元素的实测浓度，L为该有害元素的限值浓度。

而综合污染指数法计算方法见式(2)。

(2)

式(2)中，Pcom为综合污染指数，Pmax为单因子污染指数最大值，Pave为单因子污染指数平均值。

单因子污染指数和综合污染指数的评价标准见表2和表3。

表2 单因子污染指数评价标准

表3 综合污染指数评价标准

1.5 潜在健康风险评价方法

参照相关文献[3，18]，采用靶向危害系数(THQ)评价有害元素对人体健康的潜在风险，具体计算公式如下：

(3)

式(3)中，Ef为食物摄入的频率(按照最大值，取365 d/a)，Ed为食物摄入总时间(取人均寿命为70 a)，Eir为食物摄入量(根据相关文献[18]，茶叶消耗量取日均10.88 g/d)，C为食物中限量元素含量(mg/kg)，Rfd为食物中限量元素允许的日均摄入量(mg/kg/d)，依据相关文献的报道[3，18]，Pb、Cr、Cd、As和Hg的Rfd值分别为0.004、1.5、0.001、3×10-4和0.00057(mg/kg/d)，Wab为成人平均体重(kg，取60 kg)，Ta为摄入食物的天数。计算得到的THQ值越小，说明健康风险性就越小。一般认为如果THQ值小于1，长期食用该食物无明显健康风险。

2 结果与分析

2.1 茶叶样品中5种有害元素的测定及评价

参考闫叶寒等人的方法[10]，对收集到的六安瓜片、霍山黄芽、金寨翠眉以及舒城小兰花4种20份茶叶样品进行检测，依据检测结果进行评价，并将结果汇总在表4。

表4 茶叶中5种有害元素测定结果及评价

2.1.1 茶叶样品中5种有害元素的限值评价

从Pb、Cr、Cd、As和Hg等5种有害元素的检测结果可知，对应的含量最高的样品分别为舒城小兰花①(Pb：1.76 mg/kg)，六安瓜片④(Cr：1.04 mg/kg)，六安瓜片④和霍山黄芽③(Cd：0.55 mg/kg)，六安瓜片⑤(As：1.01 mg/kg)以及金寨翠眉⑤(Hg：0.15 mg/kg)。依据GB2762—2017和NY 659—2003两个现行有效标准对茶叶中的有害元素进行分析，发现所有样品的5种有害元素均小于限量值，说明在市场上随机购买的20份六安产绿茶全部符合相关标准的限值要求。

2.1.2 茶叶样品中5种有害元素的污染评价

用单因子污染指数和综合污染指数对茶叶样品中的Pb、Cr、Cd、As和Hg等5种有害元素进行污染水平评价，发现污染等级均为最优的1 级，表明所测20份茶叶样品基本不受待测元素的污染，或污染物水平较低。

2.1.3 茶叶样品中5种有害元素的健康风险评价

选取5种有害元素在20份茶叶样品中的最大浓度进行计算，得到最大THQ值分别为0.0798，0.0001，0.0997，0.6105和0.0477，均小于1，说明长期饮用六安产绿茶，不会有所测5种有害元素带来潜在的健康风险。

2.1.4 茶叶样品中5种有害元素的加标收回测试

选取六安瓜片①茶叶样品进行了加标回收测试，测试结果如表5所示。从样品的加标回收结果来看，

表5 茶叶中5种有害元素的加标回收结果

加标回收率在91.50%～103.65%之间，说明该方法所测的实验结果具有良好的准确度。

2.2 茶汤中5种有害元素的测定及评价

日常生活中，茶叶主要是通过泡饮的方式被人们食用，所以测定茶汤中有害元素的含量，并以此为依据进行安全性评价更具有现实的意义。模拟常规的饮茶过程，提取茶汤进行检测，并对检测结果进行评价，结果列于表6。

表6 茶汤中5种有害元素测定结果及评价

2.2.1 茶汤中5种有害元素的限值评价

由于目前尚无针对茶汤的食品安全标准，本研究中Pb、Cd、As和Hg的限量标准参照 GB2762—2017中饮料有害元素限量标准。因GB2762—2017标准没有Cr元素作为饮料时有害元素的限量标准，本文参考《生活饮用水卫标准(GB5749—2006)》进行安全性分析[19]。从表中可以看出，所测有害元素的含量远低于国家标准的要求。

另外根据茶汤和茶叶有害元素测定数据，计算出茶叶中有害元素溶出率，见表7。Pb、Cr、Cd、As和Hg等5种有害元素溶出率平均值从大到小分别为Hg (12.67%)>Cd(5.61%)>As(2.46%)>Cr(2.03%)>Pb(1.55%)，从溶出率结果可以看出，除Hg元素的溶出率较大外，其他4种有害元素的溶出率较低。元素的溶出率不同可能与该元素在茶叶中的形态有关，该结果与洪欣等人报道结果类似[20]。

表7 茶汤中5种有害元素的溶出率

2.2.2 茶汤中5种有害元素的污染评价

根据茶汤中5种有害元素含量，计算出茶汤中相应的最大单因子污染指数和综合污染指数。Pb、Cr、Cd、As和Hg等5种元素的单因子指数和综合指数都较小，污染等级为1，污染水平为无污染～轻微污染，或无污染。其中，Hg元素的单因子指数和综合指数分别为0.5600和0.4746，相对较高，可能是Hg元素在茶汤中的平均溶出率远高于其他4种元素，高的溶出率导致了Hg元素在茶汤中具有较高的污染水平，这种现象在评价茶叶中的有害元素含量时值得关注。

2.2.3 茶汤中有害元素的健康风险评价

采用与茶叶中有害元素相同的健康风险评价方法，使用靶向危害系数对茶汤中5种有害元素进行健康风险评价，在计算过程中取日均饮用茶水2 L进行计算，靶向危害系数在1.58×10-5～0.0956之间，说明在茶汤中这5种有害元素的污染程度对人体不具有显著的风险。

3 结论

本研究采用电感耦合等离子体质谱仪对六安瓜片、霍山黄芽、金寨翠眉以及舒城小兰花等4种六安产绿茶的茶叶和茶汤中有害元素进行了快速测定。测试结果表明，在茶叶和茶汤中5种元素含量存在显著的差异性。采用标准限量值、单因子污染指数、综合污染指数和靶向危害系数对茶叶和茶汤中有害元素进行安全性评价，发现对所测元素来说，不论是茶叶还是茶汤的污染等级都很低，长期饮用无明显的健康风险。