四種食用菌中重金屬和砷的總量測定及形態分析

陳　　琛，湯　　靜，胡秋輝，2，趙立艷，*

（1．南京農業大學食品科技學院，江蘇南京210095；2．南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京210046）

四種食用菌中重金屬和砷的總量測定及形態分析

陳琛1，湯靜1，胡秋輝1，2，趙立艷1，*

（1．南京農業大學食品科技學院，江蘇南京210095；2．南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京210046）

以黑木耳、香菇、金針菇和灰樹花四種食用菌作為研究對象，采用電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）測定As、Pb、Cd、Cr、Cu五種元素的總量；采用Tessier連續浸提法制備樣品，對以上五種元素進行形態分析。結果表明：四種食用菌中重金屬和砷總量符合大部分相關國家限量標準。重金屬和砷的形態分析表明，四種食用菌中As均以離子交換態為主；Pb在四種食用菌中存在形態差異很大；除金針菇外其他三種食用菌中Cd均以水溶態和離子交換態為主；Cr在各食用菌中存在形態差異很大；除黑木耳外其他三種食用菌中Cu均以水溶態為主。本文表明連續浸提法可用于食用菌重金屬和砷的形態分析，反映食用菌中重金屬及砷的形態分布信息。

食用菌，重金屬，砷，ICP-OES，形態分析

近年來重金屬對人類健康的影響受到人們的普遍關注，尤其是食用菌中重金屬、砷污染，更是關注的熱點問題之一［1-2］。有研究表明［3］，食用菌中重金屬含量一般高于糧食和蔬菜等植物性食品，甚至可能高于動物性食品。重金屬經食用菌富集后，通過食物鏈進入人體，累積后會破壞新陳代謝［4-5］，引發基因突變及誘發癌癥［6-9］，對人體健康構成極大威脅。重金屬在食用菌中的不同形態反映其進入人體的難易程度［10］，也與毒性密切相關［11］，因而不能簡單地以總量評價食用菌的食用安全性。國內對食用菌中重金屬的研究大多集中在總量分析及檢測方法建立方面［12-14］，而有關化學形態方面的研究甚少。因此，對食用菌中重金屬進行形態分析研究很有必要。重金屬形態分析可采用連續浸提法分析測定，此法對重金屬形態的浸提主要依賴于不同浸提劑對不同形態重金屬的溶解能力［15-16］，所浸提出不同形態的重金屬在食用菌中的活性和毒性各不相同［17-21］。由Tessier［22］提出的連續浸提法為一種普遍采用的形態分析方法，已廣泛應用于重金屬形態分析及其毒性、生物可利用性等研究。該法將重金屬和砷分為水溶態、離子交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態以及殘渣態［23］。

本文測定了四種常見食用菌中重金屬和砷的總量，并將Tessier連續浸提法應用于食用菌中重金屬和砷的形態分析上，對各形態的重金屬和砷進行浸提和含量的測定分析，初步探討食用菌內重金屬和砷的形態分布規律，更好地評價食用菌的食用安全性，對保證食用菌的安全具有重要的意義。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

黑木耳、香菇、金針菇、灰樹花南京市衛崗農貿市場；30%H2O2、硝酸、鹽酸羥銨、醋酸鈉、醋酸銨、氯化鎂、醋酸分析純，南京化學試劑有限公司；As、Pb、Cd、Cr、Cu標準儲備液（1000μg/mL）國家標準物質研究中心，分析時逐級稀釋至所需濃度；實驗用水為去離子水。

中草藥粉碎機天津市泰斯特儀器有限公司；DHG-9030A型電熱恒溫鼓風干燥箱上海一恒科技有限公司；萬分之一天平上海梅特勒-托利多儀器有限公司；KQ-250DB型數控超聲波清洗器昆山市超聲儀器有限公司；HH-6型數顯恒溫水浴鍋國華電器有限公司；TDL-5-A型離心機上海安亭科學儀器廠；STG全塑通風吸毒柜南京住宅建設總公司環保防腐通風設備廠；電磁爐天津市泰斯特儀器有限公司；N-1001型旋轉蒸發儀日本東京理化器械株式會社；CME MARS密閉微波消解儀美國CEM公司；VISTA-MPX電感耦合等離子體發射光譜儀美國Varian公司；本實驗所有玻璃與塑料材質的容器均在15%硝酸中浸泡過夜，并用去離子水沖洗干凈，晾干備用。

1.2實驗方法

1.2.1樣品處理將食用菌樣品置于電熱恒溫鼓風干燥箱內，60℃干燥至恒重，取出冷卻，用粉碎機粉碎，過60目的篩子，將過好篩子的食用菌原粉裝在封口袋中，于-20℃保藏備用。

1.2.2重金屬和砷的總量測定［24-25］準確稱取0.5000g食用菌原粉于微波消解罐中，加入約10mL優級純濃硝酸，采用CME MARS微波消解儀消化至溶液澄清透明，消解程序見表1，取出冷卻至室溫；在STG全塑通風吸毒柜內將消化罐內的消化液轉移至三角瓶中，并將其置于電爐上加熱蒸發至約0.5～1mL，以達到趕酸的目的；最后，將三角瓶中剩余的消化液轉移至10mL的容量瓶內，用0.5%硝酸溶液定容至刻度，搖勻備用，同時做樣品空白。用ICP-OES法測定原粉中重金屬和有害元素砷的總量。

表1　微波消解程序參數Table 1　Parameters of microwave digestion procedure

1.2.3各形態重金屬和砷的樣品制備及測定采用著名地球化學家Tessier的連續浸提法［22］進行樣品的制備，將重金屬和砷分為6種形態：水溶態、離子交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態以及殘渣態［26］。采用超聲波輔助進行提取。

1.2.3.1水溶態取一定量的樣品2g，加入20mL的去離子水，調pH7，搖勻；置于超聲波清洗器中，間歇超聲1h（超聲10min，歇5min），4500r/min離心10min；取上清液于量瓶中，殘渣用去離子水洗后，4500r/min離心10min；上清液并入上述量瓶中，按總量方法進行消化、定容（轉移至10mL容量瓶中），待測。殘渣I待用。

1.2.3.2離子交換態在殘渣I中加入16mL 1mol/L的氯化鎂溶液，搖勻；放入超聲波清洗器中，間歇超聲1h（超聲10min，歇5min），4500r/min離心10min；取上清液于量瓶中，殘渣用去離子水洗后，4500r/min離心10min；上清液并入上述量瓶中，按總量方法進行消化、定容（轉移至10mL容量瓶中），待測。殘渣II待用。

1.2.3.3碳酸鹽結合態在殘渣II中加入16mL 1mol/ L的pH5的醋酸鈉溶液，搖勻；放入超聲波清洗器中，間歇超聲2h（超聲10min，歇5min），4500r/min離心10min；取上清液于量瓶中，殘渣用去離子水洗后，4500r/min離心10min；上清液并入上述量瓶中，按總量方法進行消化、定容（轉移至10mL容量瓶中），待測。殘渣III待用。

1.2.3.4鐵錳氧化物結合態在殘渣III中加入40mL 0.04mol/L的鹽酸羥胺的25%鹽酸溶液，搖勻；放入超聲波清洗器中，間歇超聲2h（超聲10min，歇5min），4500r/min離心10min；取上清液于量瓶中，殘渣用去離子水洗后，4500r/min離心10min；上清液并入上述量瓶中，按總量方法進行消化、定容（轉移至10mL容量瓶中），待測。殘渣IV待用。

1.2.3.5有機結合態在殘渣IV中加入6mL 0.02mol/L的硝酸，10mL pH2的30%的H2O2，搖勻；在90℃的恒溫水浴鍋中保溫3h，冷卻后再加入6mL pH2的30% H2O2，繼續保溫2h；冷卻至室溫后，加入10mL 3.2mol/L的醋酸銨的硝酸溶液；室溫過夜，4500r/min離心10min；取上清液于量瓶中，殘渣用去離子水洗后，4500r/min離心10min；上清液并入上述量瓶中，按總量方法進行消化、定容（轉移至10mL容量瓶中），待測。殘渣V待用。

1.2.3.6殘渣態殘渣V晾干，按總量方法進行消化、定容（轉移至10mL容量瓶中），待測。

1.2.4混合標準溶液的配制［27］精密吸取As、Pb、Cd、Cr、Cu標準儲備液1mL至于100mL容量瓶，用1%硝酸溶液定容，得10μg/mL稀釋液，分別取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL稀釋液至100mL容量瓶，用1%硝酸溶液定容至刻度得混合標準系列溶液：0、20、40、60、100μg/L。

1.2.5統計方法所有數據均采用SPSS 17.0進行方差分析（ANOVA）。p＜0.05表示有顯著性差異。

2　結果與討論

2.1標準曲線的繪制

經ICP-OES測定，得到系列標準溶液中各元素相應濃度的測定值。以標準溶液的濃度為橫坐標，測定值為縱坐標，計算線性回歸方程，結果見表2。

表2　各元素的線性回歸方程和線性范圍Table 2　Linear range and linear regression equation of each element

2.2四種食用菌中各重金屬及砷含量分析

將表3中四種食用菌中各重金屬及砷總量的測定結果對照國家相關食用菌重金屬限量標準（見表4）。所有樣品中As含量及香菇中Cd含量高于GB 2762-2012的限量標準，但以其他標準對四種食用菌中重金屬和砷的含量進行評價，可以看出重金屬含量均在安全限量內。因此，As含量是食用菌中重金屬污染控制的關鍵。同時也可看出，各相關標準中食用菌的重金屬限量仍需要進一步的統一。

2.2.1不同食用菌中同一重金屬及砷含量的比較基于表3中的數據，將各食用菌中同種元素的含量進行對比。結果表明，各食用菌中As含量由大到小依次為：黑木耳＞灰樹花＞金針菇＞香菇，黑木耳和灰樹花中As含量之間不存在顯著性差異（p＞0.05）；Pb含量由大到小依次為：黑木耳＞灰樹花＞香菇＞金針菇，黑木耳和灰樹花、香菇和灰樹花中Pb含量之間不存在顯著性差異（p＞0.05）；Cd含量為：香菇＞灰樹花＞金針菇＞黑木耳，四種食用菌中Cd含量之間存在顯著性差異（p＜0.05）；Cr含量由大到小依次為：灰樹花＞香菇＞金針菇＞黑木耳，黑木耳、香菇和金針菇中Cr含量之間不存在顯著性差異（p＞0.05）；Cu含量為：灰樹花＞香菇＞金針菇＞黑木耳，四種食用菌中Cu含量之間存在顯著性差異（p＜0.05）。由此可以看出，不同食用菌對重金屬和砷的富集能力是不同的。

2.2.2同種食用菌中不同重金屬及砷含量的比較由表3數據可以看出，四種食用菌中重金屬和砷的含量有所不同，黑木耳中各重金屬含量大小依次為Cu＞Pb＞As＞Cr＞Cd，五種元素含量之間存在顯著性差異（p＜0.05）；香菇中各金屬含量大小依次為Cu＞Pb＞Cd＞As＞Cr，As和Cd含量之間無顯著性差異（p＞0.05）；金針菇中各重金屬含量大小依次為Cu＞As＞Pb＞Cr＞Cd，As和Pb、Cd和Cr含量之間無顯著性差異（p＞0.05）；灰樹花中各重金屬含量大小依次為Cu＞Pb＞As＞Cr＞Cd，As和Pb、Cd和Cr含量之間無顯著性差異（p＞0.05）。這些可能與食用菌本身富集重金屬和砷的能力有關，也可能與其生長的環境因素有關。

表3　食用菌重金屬和As總量（mg/kg）Table 3　Total heavy metals and As content in edible fungi（mg/kg）

表4　國家標準食用菌重金屬限量（mg/kg）Table 4　Maximum levels of heavy metal content in edible fungi（mg/kg）

2.3四種食用菌中各重金屬及砷的形態分析

不同浸提劑所浸提出的各形態元素在食用菌中的活性和毒性不同［20］，一般認為，水溶態和離子交換態容易溶出，最活潑，易被生物利用，毒性效應也最顯著；殘渣態最穩定，難以被生物利用，毒性效應最??；其他形態的活性和毒性介于其間［17-19］。因此，按照各形態的活性、毒性排列六種重金屬形態，其大小順序依次是：水溶態＞離子交換態＞碳酸鹽結合態＞鐵錳氧化物結合態＞有機結合態＞殘渣態［21］。

2.3.1黑木耳中各形態的重金屬及砷含量表5為黑木耳中各形態元素的含量。As以離子交換態為主，占總量的57.16%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）；Pb以碳酸鹽結合態和有機結合態為主，合計占總量的67.82%，與其他各形態差異顯著（p＜0.05）；Cd以水溶態和離子交換態為主，合計占總量的60.34%，其余各形態均顯著低于這兩種形態（p＜0.05）；Cr以殘渣態為主，占總量的66.02%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）；Cu則以有機結合態為主，占總量的59.54%，與其他各形態差異顯著（p＜0.05）。可以看出黑木耳中As、Cd主要以活性高的形態存在，毒性效應較大，Pb、Cu以相對活潑的形態存在，而Cr以最穩定的形態存在。

2.3.2香菇中各形態的重金屬及砷含量表6為香菇中各形態元素的含量。As以離子交換態為主，占總量的56.59%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）；Pb以鐵錳氧化物結合態和有機結合態為主，合計占總量的54.69%，與其余各形態存在顯著性差異（p＜0.05）；Cd以水溶態和離子交換態為主，合計占總量的81.76%，其余各形態均顯著低于這兩種形態（p＜0.05）；Cr以水溶態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態為主，四者含量之間差異不顯著（p＞0.05），合計占總量的85.36%，顯著高于碳酸鹽結合態和離子交換態（p＜ 0.05）；Cu以水溶態為主，占總量的49.83%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）?？梢钥闯鱿愎街谐薖b以相對活潑的形態為主，其余四種元素均主要以活性高的形態存在，毒性效應較大。

表5　黑木耳中各形態重金屬及砷的含量（mg/kg）Table 5　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Auricularia auricular（mg/kg）

表6　香菇中各形態重金屬及砷的含量（mg/kg）Table 6　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Lentinus edodes（mg/kg）

表7　金針菇中各形態重金屬及砷的含量（mg/kg）Table 7　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Flammulina velutipes（mg/kg）

表8　灰樹花中各形態重金屬及砷的含量（mg/kg）Table 8　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Grifola frondosa（mg/kg）

2.3.3金針菇中各形態的重金屬及砷含量表7為金針菇中各形態元素的含量。As以離子交換態為主，占總量的64.80%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）；Pb以離子交換態、鐵錳氧化物結合態和有機結合態為主，合計占總量的72.90%，與其余各形態存在顯著性差異（p＜0.05）；Cd以離子交換態為主，占總量49.28%，顯著高于其余各形態（p＜0.05）；Cr以水溶態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態為主，合計占總量的80.75%，前三者之間差異不顯著（p＞0.05），其余各形態均顯著低于這四種形態（p＜0.05）；Cu以水溶態為主，占總量的40.96%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）?？梢钥闯鼋疳樄街形宸N元素均主要以活性高的形態存在，毒性效應較大。

2.3.4灰樹花中各形態的重金屬及砷含量表8為灰樹花中各形態元素的含量。As以離子交換態為主，占總量的49.26%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）；Pb以鐵錳氧化物結合態為主，占總量的42.69%，顯著高于其他各形態（p＜0.05）；Cd以水溶態和離子交換態為主，合計占總量的83.00%，其余各形態含量顯著低于這兩種形態（p＜0.05）；Cr以有機結合態和殘渣態為主，合計占總量的56.69%，與其余各形態存在顯著性差異（p＜0.05）；Cu以水溶態為主，占總量的46.16%，與其他各形態差異顯著（p＜0.05）?？梢钥闯龌覙浠ㄖ蠥s、Cd、Cu主要以活性高的形態存在，毒性效應較大，Pb以相對活潑的形態存在，而Cr主要以最穩定的形態存在。

3　結論

從我國現行的食用菌及植物性產品的各重金屬和砷的限量標準看，本文所研究的四種食用菌中主要重金屬和砷含量低于大部分的限量范圍。對于同種食用菌來說，其對不同種類的重金屬和砷的富集能力是不同的，而同種元素在不同的食用菌中含量也有明顯差異。

Tessier連續浸提法用于食用菌中重金屬和砷的形態分析的應用上可得到一些能夠反映食用菌中有害元素的存在形態與分布的信息：四種食用菌中As均以活性、毒性較大的離子交換態存在；Pb在各食用菌中存在形態分布不同，大部分以相對活潑的狀態存在：黑木耳中以碳酸鹽結合態和有機結合態為主，香菇中以鐵錳氧化物結合態和有機結合態為主，金針菇中以離子交換態、鐵錳氧化物結合態和有機結合態為主，灰樹花中以鐵錳氧化物結合態為主；除了金針菇中Cd的離子交換態比例最高，其他三種食用菌中Cd均以水溶態和離子交換態為主，活性和毒性效應較大；Cr在各食用菌中存在形態不同，大部分以最穩定的狀態存在：黑木耳中以殘渣態為主，香菇中以水溶態、鐵錳氧化物結合態和殘渣態為主，金針菇中以水溶態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態和殘渣態為主，灰樹花中以有機結合態和殘渣態為主；除了黑木耳中Cu的有機結合態比例最高，其活性相對活潑，其他三種食用菌中Cu均以活性、毒性較大的水溶態為主。

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Determination of content and chemical speciation of heavy metals and As in edible fungi

CHEN Chen1，TANG Jing1，HU Qiu-hui1，2，ZHAO Li-yan1，*
（1.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China；2.College of Food Science and Engineering，Nanjing University of Finance and Economics，Nanjing 210046，China）

The content of As、Pb、Cd、Cr、Cu in four kinds of edible fungi（Auricularia auricular，Lentinus edodes，Flammulina velutipes and Grifola frondosa）was determined by inductively coupled plasma optical emission spectrometry（ICP-OES）.Chemical speciation of heavy metals and As in samples was carried out by Tessier sequential extraction procedure.It was shown that the metal content was within most of the national standards. As in four kinds of edible fungi was mainly in forms of exchangeable，the chemical speciaion of Pb in four kinds of edible fungi was quite different，Cd in other three kinds of edible fungi was mainly in forms of water soluble and exchangeable except Flammulina velutipes，the chemical speciaion of Cr in four kinds of edible fungi was quite different，Cu in other three kinds of edible fungi was mainly in forms of water soluble except Auricularia auricular.This article showed that the Tessier sequential extraction procedure could be used for the chemical speciation of heavy metals and As in edible fungi satisfactory，and reflected the distribution information of chemical speciation.

edible fungi；heavy metals；As；ICP-OES；chemical speciation

TS201.2

A

1002-0306（2015）10-0049-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.001

2014－09－11

陳?。?990-），女，碩士研究生，研究方向：食品營養與化學。

趙立艷（1977-），女，博士，副教授，研究方向：食品營養與化學、食品質量與安全。

十二五國家科技支撐計劃（2012BAD36B02）。