煤礦區產魚腥草中重金屬含量測定

李 娜,蘇 杰,惠伯棣,宮 平

(北京聯合大學應用文理學院食品科學系,北京 100191)

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煤礦區產魚腥草中重金屬含量測定

李 娜,蘇 杰,惠伯棣*,宮 平

(北京聯合大學應用文理學院食品科學系,北京 100191)

本文采用國標方法對煤礦區生長的魚腥草可食部分進行重金屬含量檢測,以非礦區出產的魚腥草作為對照。檢測結果表明:在煤礦區魚腥草植株可食部分中,鎘、鉻、鎳、鋁、汞五種元素的含量均高于來自非礦區的對照樣品,其中礦區魚腥草植株可食部分中的鉛和鉻含量超過國標限量。煤礦區生態環境對魚腥草中重金屬含量有負面影響,使得魚腥草食用安全的風險增加。

魚腥草,煤礦區,重金屬

魚腥草(HouttuyniacordataThunberg),學名蕺菜,又名側耳根、豬鼻孔等,屬三白草科(Saururaceae)蕺菜屬(Houttuynia)植物。在我國江西、江蘇、四川、云南、貴州等地有廣泛的野生和栽培資源分布。魚腥草是多年生草本植物,具地下有節莖、心型葉等形態特征[1]。魚腥草在我國有長期做為普通食品食用的歷史[2-5]。其食用和加工方法多樣,可被全草食用[6-10]。同時,魚腥草為我國傳統的藥食同源植物,在我國傳統醫學中也被長期使用。其藥性寒,味苦辛,入肝、肺二經,主治清熱解毒、排膿消癰、利尿通淋、抗感染等[11-13]。

魚腥草易吸收和富集土壤中鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、銅(Cu)等多種重金屬[14-16]。并且,魚腥草的這種吸收能力易受土壤環境因素的調節[17],如:施用檸檬酸可提高魚腥草對Pb、Zn、Cd和Cr的富集能力[18],施用EDTA可提高魚腥草對Pb、Zn、Cu和Cd的富集能力[19],施用硝態氮肥可使魚腥草體內的Pb更易由根部向莖部轉移[20],根系微生物可促進魚腥草將地下部分的Cd轉移到地上部[21],使用多效唑可增加魚腥草對Cr的富集能力[22]。這些屬性是魚腥草重要的生物學特性[23-24]。因此,土壤中的重金屬水平對魚腥草體內的重金屬含量有很直接的相關性。魚腥草的這些生物學特征造成了其食用安全性方面的重大隱患。

在眾多的煤礦開采區,野生和栽培魚腥草資源也很豐富。在客觀上,礦區的生態資源(包括地表植被、土壤環境和水文條件等)受到一定程度的污染,如土壤中重金屬含量超標。形成礦區土壤重金屬超標的主要原因包括:礦區中大量堆積在地表的煤矸石中重金屬及氟等有毒物質不斷釋放進入周邊的土壤;采礦廢水對礦石及圍巖具有較高的溶解性,加劇了礦石及圍巖中重金屬的溶出。廢水攜帶大量重金屬等有害物質進入礦區水體,最終進入土壤。因此,產自礦區的魚腥草資源中重金屬及有害物質的含量和食用安全性受到消費者的關注。如果當地居民長期食用這種受重金屬污染的魚腥草,可能導致重金屬的中毒。本文的研究目的在于以重金屬為指標評估礦區魚腥草的安全風險,對煤礦區所生長的魚腥草進行重金屬含量測定,評價其所受到的污染情況,對礦區作物的重金屬污染防范提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

野生魚腥草完整鮮植株收集自某煤礦區和對照區的不同地點。煤礦區指產煤作業區20公里半徑內區域,對照區指距產煤作業區50公里半徑以外、100公里半徑以內的區域。二者具有相同生態環境和土壤與氣候條件。取自礦區和對照區的樣品各6份。每份樣品鮮重500 g。用清水洗凈每棵植株的泥土,將每棵植株的地上部分(地上莖和葉)與地下部分(有節地下莖和根)分離并收集。將新鮮的植株片段在65 ℃熱風下烘干至恒重(約4～5 h)。稱量干重,計算每份樣品的含水量。用咖啡磨將每份干燥的植物片段粉碎約30 s。粉碎物過80目篩。收集過篩粉末待測。

原子吸收分光光度計為SOLAAR MKII M6型 由Thermo公司提供;原子熒光光譜儀為 AF-610A型 由北京瑞利分析儀器公司提供;四極桿電感耦合等離子體質譜儀為7900型 由安捷倫公司提供。

1.2 實驗方法

在本項研究中,所有重金屬檢測采用已經頒布的國標方法。計算每個地區采集樣品檢測結果的平均值和相對標準偏差(RSD)。

鉛的檢測采用GB 5009.12-2010(第一法)方法,檢出限為0.005 mg/kg。

銅的檢測采用GB/T 5009.13-2003(第一法)方法,檢出限為0.005 mg/kg。

鎘的檢測采用GB 5009.15-2014方法,檢出限為0.001 mg/kg。

鉻(6價)的檢測采用GB 5009.123-2014方法,檢出限為0.001 mg/kg。

鎳的檢測采用GB/T 5009.138-2003(第一法)方法,檢出限為0.01 mg/kg。

砷的檢測包括無機砷和總砷的檢測,采用了GB/T 5009.11-2003(第一法)中的方法,檢出限為0.010 mg/kg。有機砷含量值以總砷與無機砷檢測值的差計。

總汞的檢測采用了GB/T 5009.17-2003(第一法)方法,檢出限為0.005 mg/kg。

鋁的檢測采用GB/T 23374-2009(第一法)方法,檢出限為0.05 mg/kg。

2 結果與分析

2.1 鉛

圖1為兩區樣品中鉛含量的平均值比較。圖1顯示:魚腥草植株地上部分的鉛含量明顯高于其地下部分。據報道,魚腥草體內鉛累積與土壤理化性質存在一定的相關性,尤其以地下莖的關系最為明顯,經過相關性分析,R值可達0.578[17]。據此判斷,礦區土壤中鉛水平略低于非礦區對照,但只有獲得兩地區土壤中鉛含量的數據比較后才能做出正確的結論,由于經費所限,該項工作仍在計劃中。與對照區樣品相比,礦區魚腥草植株地上和地下部分樣品的鉛含量均略低。其原因可能有兩種:一種是植株本身的鉛載荷量已達到上限。同樣,這種判斷也需要進一步的研究來證實;另一種是調節鉛在魚腥草體內鉛含量的因素很多。魚腥草對Pb的吸收與土壤pH、陽離子交換量(CEC)及有機質呈極顯著負相關,與速效磷呈極顯著正相關[17-20]。由于礦區生態環境中存在的調節Pb吸收的因子種類和數量未見報道,故在此還不能做出最終判斷。

圖1 各區植物鉛含量平均值比較Fig.1 Comparison of the average amount of Pb in plants from different fields

2.2 銅

圖2為各地區樣品中銅含量的平均值比較。圖2顯示:對照區植株地下部分的銅含量明顯高于其地上部分。礦區植株的情況剛好相反,其原因有待進一步探明。與對照區樣品相比,礦區植株地上部分銅含量高出約兩倍,地下部分樣品銅含量大致持平。有可能是由于植株地下部分的銅吸收達到飽和后再向地上部分轉移。這說明銅在礦區植株地上部分中積累顯著,受到礦區環境影響。

圖2 各區植物銅含量平均值比較Fig.2 Comparison of the average amount of Cu in plants from different fields

2.3 鎘

圖3為各地區樣品中鎘含量的平均值比較。圖3顯示:與對照區樣品相比,礦區植株地上部分鎘含量均高出約一倍,地下部分樣品的鎘含量高出約二倍。這說明鎘在礦區魚腥草植株中的積累有顯著增加。其地下部分中鎘的積累受礦區環境影響更大,增幅更高。由于鎘在魚腥草體內的轉移調節機制未見報道,故形成這一現象的原因需進一步的研究來證明。綜合地上和地下部分鎘含量的增幅,可以認為礦區生態環境導致了魚腥草中鎘含量的增加。

圖3 各區植物鎘含量平均值比較Fig.3 Comparison of the average amount of Cd in plants from different fields

2.4 鉻

如上所述,本項研究中測定的鉻是6價鉻。圖4為各地區樣品中鉻含量的平均值比較。圖4顯示:魚腥草植株地下部分的鉻含量高于地上部分的鉻含量。與對照區樣品相比,礦區植株地上部分的鉻含量增加了近4倍,地下部分的鉻含量增加了1倍多。綜合地上和地下部分鉻含量的增幅,可以認為礦區生態環境導致了魚腥草中鉻含量的增加。

圖4 各區植物鉻含量平均值比較Fig.4 Comparison of the average amount of Cr in plants from different fields

2.5 鎳

圖5為各地區樣品中鎳含量的平均值比較。圖5顯示:與對照區的樣品相比,礦區植株地上部分鎳含量增加近三倍,地下部分中鎳含量也有顯著增加。地上部分鎳含量增幅更大。由于鎳在魚腥草體內的轉移調節機制未見報道,故形成這一現象的原因需進一步的研究來證實。綜合地上和地下部分鎳含量的增幅,可以認為礦區生態環境導致了魚腥草中鎳含量的增加。

圖5 各區植物鎳含量平均值比較Fig.5 Comparison of the average amount of Ni in plants from different fields

2.6 鋁

圖6為各地區樣品中鋁含量的平均值比較。圖6顯示:與對照區樣品相比,礦區植株地上部分的鋁含量增加了四倍多,地下部分的鋁含量增加近一倍。其中地上部分中鋁的積累增幅更大。由于鋁在魚腥草體內的轉移調節機制未見報道,故形成這一現象的原因需進一步的研究來證實。綜合地上和地下部分鋁含量的增幅,可以認為礦區生態環境導致了魚腥草中鋁含量的增加。

圖6 各區植物鋁含量平均值比較Fig.6 Comparison of the average amount of Al in plants from different fields

2.7 砷

圖7為各地區樣品中總砷、無機砷和有機砷含量的平均值比較。圖7顯示:與對照區的樣品相比,礦區植株地上部分的總砷、無機砷和有機砷含量均略低,地下部分中無機砷含量低一倍多,有機砷含量低約九倍,總砷含量低兩倍多,降幅顯著。目前未見礦區土壤中砷含量和調節吸收因子的報道,故其原因需要進一步的研究證實。來自兩區的樣品檢測結果比較顯示砷在植株體內分布也發生變化。對照區樣品:地下部分含量>地上部分含量;礦區樣品:地上部分含量>地下部分含量。其中以有機砷分布變化幅度最大。由于未見植株體內調節砷分布因子的報道,故其原因需要進一步的研究探明。

圖7 各區樣品總砷、無機砷和有機砷含量平均值比較Fig.7 Comparison of the average amount of total As,inorganic As and organic As in different parts from different fields

2.8 汞

表1 植株重金屬含量與國標限量比較Table 1 Heavy metal amount comparison of plants with the maximum limits of national standards

注:*樣品為油脂;**樣品為面食制品;***樣品為蔬菜罐頭。圖8為各地區樣品中總汞含量的平均值比較。圖8顯示:魚腥草地上部分的總汞含量明顯高于其地下部分。與對照區的樣品相比,礦區植株地上部分總汞的含量有顯著增加,地下部分的總汞含量與對照組的基本持平。綜合地上和地下部分總汞含量的增幅,可以認為礦區生態環境導致了魚腥草中總汞含量的增加。

圖8 各區樣品總汞含量平均值Fig.8 Comparison of the average amount of total Hg in different parts from different fields

2.9 魚腥草中重金屬含量與國標限量的比較

根據各樣品含水量,計算各樣品干物質質量分數,折算其鮮重中重金屬的含量,與GB 2762-2012《食品安全國家標準-食品中污染物限量》等國標中的重金屬限量標準比較,結果詳見表1。

表1顯示魚腥草植株富集鉛的能力確實較強,兩區的植株均處于鉛超標的狀態,其食品安全性存在顯見的風險;雖然礦區環境增加了其中的鎘富集水平,但來自兩區的植株中鎘的富集水平均未超過國標限量;礦區植株地上和地下部分中鉻的含量均已明顯超標,且礦區生態環境大幅提升了植株體內鉻的積累水平。已經證明:六價鉻具有較強的毒性。進入體內后一般會囤積在肝和腎臟,以慢性毒性為主,逐漸導致臟器衰竭;由于國標中的限量是針對油脂的,在未知食物暴露量的前體下,魚腥草中的鎳含量與國標限量不具可比性;來自兩區的植株中總砷水平均未超標;兩區植株中總汞的含量均未超標;由于國標中的限量是針對面食制品的,在未知食物暴露量的前體下,植株中鋁的含量與國標限量不具可比性;兩區植株體內銅的含量均未超標。

3 結論

魚腥草在生理上具有富集重金屬的生物學特性。本項研究的結果表明:來自礦區和對照區的魚腥草地上和地下部分的鉛含量均超過國標限量。因此,鉛可以被認為對魚腥草食用安全性的重要風險。同時,礦區生態環境大幅提升了魚腥草體內鉻的積累水平,來自礦區植株的地上和地下部分中鉻的含量均已超過國標限量。此外,來自礦區魚腥草可食部分中的鎘、汞含量雖未超過相關國標限量,但均高于對照樣區樣品。鎳、鋁雖然在國標中的限量針對特類食品，但來自礦區的魚腥草可食部分含量也高于對照樣區樣品。因此,可以認為:礦區的生態環境導致魚腥草體內的一些重金屬含量升高,降低了其食用安全性。

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Heavy metal determination ofHouttuyniacordataThunberg from coal mining fields

LI Na,SU Jie,HUI Bo-di*,GONG Ping

(Department of food science,college of applied arts & science,Beijing Union University,Beijing 100191,China)

HeavymetalcontentsinediblepartofHouttuynia cordataThunbincoalmineareaweredetectedbynationalstandardmethod,withHouttuynia cordataThunbsamplesinnon-miningareausedascontrol.TheresultsshowedthatthecontentofCd,Cr,Ni,AlandHgintheediblepartoftheplantfromcoalminingfieldswerehigherthanthatincontrolsamples.ThecontentofPbandCrintheediblepartsofHouttuynia cordataThunbincoalminingfieldsexceededthenationalstandardlimit.TheecologicalenvironmentincoalminingareahadanegativeeffectonheavymetalcontentinHouttuynia cordata,whichincreasedfoodsafetyriskofHouttuynia.

Houttuynia cordataThunberg;coalminingfield;heavymetal

2016-04-08

李娜(1976-)，女，碩士，講師，研究方向：環境史，E-mail:lina1@buu.edu.cn 。

*通訊作者:惠伯棣(1959-)，男，博士，教授，研究方向:食品科學，E-mail：bodi_hui@buu.edu.cn。

2013國家社科基金(13CZS059)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)21-0309-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.21.051