大米中硒及其潛在伴生元素的含量測定與風險評估

姚麗萍，朱 松

(食品科學與技術國家重點實驗室，江南大學，無錫 214122)

硒元素是維系人體正常生命活動所必需的非金屬元素，1988年，中國營養學會將硒列為人體必需的營養素[1]。已有報道的硒的生理學功能有：抗氧化、抗炎、抗病毒、提高免疫力、預防心腦血管疾病、降低患癌風險等方面[2-8]。隨著人們生活水平的提高和健康保健意識的增強，富硒食品越發受到關注。關于富硒大米的研究報道多集中于育種栽培、成分分析、功能特性和產品開發等方面[9-14]，富硒大米安全性特別是Se相關伴生元素方面的報道很少。由于Se及其相關元素伴生機制尚不明確，若在補硒的過程中，其伴生元素攝入量超過了國家限量標準，可能對人體帶來危害[15]，因此，亟需開展富硒大米等富硒食品中Se潛在伴生元素的相關研究。

本研究探索建立了一種同時測定大米中多元素的ICP-MS方法，對富硒大米和普通大米中硒的潛在伴隨元素的含量進行測定，比較篩選確定大米中Se的潛在伴生元素，對其元素含量和相關關系進行分析，并根據伴生元素的含量判斷食品安全風險，為實現安全補硒膳食風險的控制和明確硒伴生元素機制的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

以隨機抽樣的方式采購富硒大米樣品共52批次，標示產地為湖北省恩施州、陜西省安康市、江西省宜春市、安徽省六安市、寧夏省青銅峽市、江蘇省宿遷市等國內富硒地區地產標識為“富硒大米”的樣品，標示含硒量范圍7～80 μg/100 g，以隨機抽樣的方式采購普通大米52批次，購自本地糧食市場。104批次樣品原包裝規格為1、2.5、5、10 kg，質量等級均標示為一級，執行標準為GB/T 1354，每份樣品采樣量均不少于1 000 g，封于潔凈的自封袋中，編號后于4 ℃冷藏備用。GBW100 45大米生物成分分析標準物質，4 ℃冷藏備用。多元素標液(5% HNO3)HX-F-B 5 324-0 001 231 741；Li、Mg、Y、Ce、Tl、Co調諧液，1 μg/L；濃硝酸(HNO3，69%)，電子級；硫酸(H2SO4，98%)、氫氧化鈉(NaOH，99%)、鹽酸(HCl，36%)和過氧化氫(H2O2，30%)，均為分析純。

LM 3610盤式實驗粉碎磨，BSA 124S 型電子分析天平，Multiwave 3 000微波消解儀，VB 15型趕酸器，7 500型電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)，Direct-Q 超純水系統。

1.2 方法

1.2.1 同時測定大米中26種元素的ICP-MS方法建立

以大米為檢測對象，結合已有文獻結論，確定硒及其他潛在伴生元素篩選范圍為Pb、As、Cd、Cr、Tl、V、Co、Ni、Se、Fe、Mo、Sb、Sn、Na、Mg、K、Ca、Al、B、Ti、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba、Hg，共計26 項元素，探索建立同步測定其總含量的ICP-MS方法。樣品經預處理實驗后，符合ICP-MS方法的檢測條件，并滿足損失較小，效率較高，成本較低的要求。在樣品測定過程中，通過設置儀器參數使其符合相關測定條件，并充分考慮干擾及校正情況，實現硒及其他26種元素總量的同時測定。

1.2.2 同時測定大米中26種元素的ICP-MS方法的確證

線性關系：ICP-MS 檢測方法的線性，是指所配制標準品的濃度與儀器響應值之間的擬合關系，用最小二乘回歸法對數據進行處理，通過校正曲線得到一條近似直線，通過回歸系數R2評價線性關系。

檢出限(LOD)指在一定的置信水平區間內，從樣品中檢出低于空白基質背景值的目標物質的最低含量或最低濃度。定量限(LOQ)是指在分析含有已知濃度被測物時，在精密度和準確度均滿足檢測要求時被測物質可以被定量的最低含量或最低濃度。在實際的檢測中，通常以信噪比(S/N)作為 LOD 和 LOQ 的評價依據。一般以S/N=3∶1時的檢測濃度作為LOD，以S/N=10∶1時的檢測濃度作為LOQ。

準確度：在既有方法基礎上向質控樣品中添加高、中、低3個不同水平濃度的標準物質，測定其回收率。

精密度：在既有方法基礎上，同一樣品經多次取樣測定，所測得的值之間的接近程度，用變異系數CV表示。

可靠性：采用大米國家標準物質進行方法的可靠性驗證，每種元素均重復測定3次,取平均值，將測定值與證書標準值進行比較，根據GB/T 27404—2008[16]中規定的相對標準偏差RSD進行評價。

1.2.3 兩類大米中硒和其他元素總量測定和統計分析

根據確證的方法，對兩類大米不同批次的樣品進行測定，同時進行空白實驗，重復測定3次取平均值，根據GB/T 22499—2008規定[17]，富硒大米硒含量應在0.04～0.30 mg/kg區間內，低于0.04 mg/kg應判定為非富硒大米，高于0.30 mg/kg判定為硒含量超標大米，對被測樣品測定結果的均值開展達標率和合格率統計，計算公式為：達標率=達到國標硒含量樣品數量/樣品總數×100%；符合度=達到標示含量樣品數量/樣品總數×100%。

1.2.4 大米中Se潛在伴生元素的比較篩選與風險評估

根據測定數據，用Excel 2010和SPSS 20.0軟件對數據進行統計分析，篩選Se潛在伴隨元素，對其進行顯著性分析。并根據測定數據，按照GB 2762—2017規定限量[18]，對測得的富硒大米中Se伴生元素進行含量分析，通過伴生元素含量是否符合國家限量標準來評估食品安全風險，以其含量的合格率表示，計算公式為：合格率=低于國家限量值樣品數量/樣品總數×100%

2 結果與分析

2.1 大米中硒及潛在伴生元素含量同時測定方法的建立

2.1.1 樣品預處理方法

大米樣品需經過消解的預處理過程。常見的消解方法有干灰化法、濕式消解法、微波消解法等，微波消解法損失小、速度快，且試劑使用少、污染風險低，因此選擇微波消解法對樣品進行前處理。

在測試前，待測樣品經粉碎磨粉碎后過60目篩，儲存于廣口瓶中。稱取0.5 g樣品粉末(精確到 0.000 1 g)于微波消解罐中，加入5 mL HNO3，蓋上罐蓋放置30 min，放入微波消解儀進行微波消解。微波消解程序如表1所示。

表1 微波消解程序

待消解結束后，需將消解罐置于趕酸器上進行趕酸，溫度過高可能導致目標元素達到揮發溫度，經實驗比較設置為160 ℃；綜合實驗時間，在趕酸至120 min時，消解液液滴縮小至豌豆大小后即冷卻定容至25 mL，上機前過0.45 μm過濾備用，同時進行空白試驗。

2.1.2 樣品測定方法

采用電感耦合等離子體質譜儀測定硒及其他元素總量，使用內標法克服基體效應，利用碰撞反應池克服質譜干擾，根據含量水平和干擾情況選擇相應同位素進行測定，并使用標準調諧液使儀器參數符合測定條件，檢測信號為ICP-MS，工作參數條件如表2所示，每個樣品重復測定3次，進行空白實驗。

表2 ICP-MS工作參數

2.2 方法學驗證

2.2.1 線性

準確量取適量多元素標準試劑進行逐級稀釋，配置表3所示標準系列濃度，按照表2設定參數測定，以各元素濃度作為橫坐標，響應值作為縱坐標，繪制標準曲線。

表3 多元素測定設置標準系列濃度匯總表

標曲測定結果如表4所示，因實際樣品中硒及其潛在伴生元素的進樣濃度可以通過稀釋控制在各自元素的線性范圍之內，本方法所選用的ICP-MS檢測方法線性范圍較寬，26種元素標準曲線的回歸系數R2均大于0.995，回歸系數較好，可滿足實際樣品的檢測要求。

表4 多元素測定標準曲線結果匯總表

2.2.2 檢出限和定量限

多元素測定檢出限和定量限結果如表5所示，26種元素的檢出限范圍為0.000 1～1.0 μg/kg，定量限范圍為0.000 3～3.0 μg/kg，方法的整體靈敏度較高，可以確保目標元素在較低濃度時仍能實現有效檢出。

表5 多元素測定檢出限和定量限結果匯總表

2.2.3 準確度和精密度

多元素測定準確度和精密度結果如表6所示，可以看出各元素的3個水平加標回收率范圍在86.1～126.7%，變異系數波動范圍在0.0～14.9%(n=6)，說明該方法的準確度較好，精密度較高，可以實現目標元素含量的準確測定。

表6 多元素測定準確度和精密度結果匯總表(n=6)

2.2.4 驗證實驗

選擇大米國家標準物質進行方法的可靠性驗證，結果如表7所示，26種目標元素的測定值與標準物質中元素的標準值基本一致，其RSD波動范圍在2.5%～12.5%，符合GB/T 27404—2008中規定要求，說明該方法具有較好的可靠性，能準確穩定反映出被測物質目標元素總量的真實情況。

表7 驗證實驗結果匯總表

2.3 兩類大米Se及其他元素含量的測定分析

2.3.1 富硒大米Se及其他元素的總量測定和統計分析

富硒大米中硒及其他元素總量的測定結果如表8所示，除Tl元素沒有檢出外，其他25種元素均有檢出。這26種元素含量分布在不同量級水平，存在很大差異，總量均值由大到小依次為：K、Al、Mg、Ca、Na、Zn、Mn、Fe、Cu、Ti、B、Mo、Ba、Ni、Cr、Sr、Se、As、Pb、Cd、Sb、Sn、Co、V、Hg、Tl，其中平均含量值>500 mg/kg的元素為K和Al，共計2種；平均含量值在100～500 mg/kg 區間內的元素為Mg和Ca，共2種；平均含量值在1～100 mg/kg 區間的為Na、Zn、Mn、Fe、Cu、Ti，共6種；平均含量值在0.1～1.0 mg/kg 區間的為B、Mo、Ba、Ni、Cr、Sr、Se，共7種；平均含量值在0.01～0.1 mg/kg 區間的為As、Pb、Cd、Sb、Sn，共5種；平均含量值在0.001～0.01 mg/kg 區間的為Co、V、Hg，共3種。結果顯示，富硒大米中的各元素含量差別很大。此外，檢出的25種元素總量相對極差范圍在56.7%～460.8%，數據的集中度不高，由大到小依次為Cr、Co、V、Cd、Se、Hg、Sr、Pb、Mg、Ti、Sb、Ni、Fe、As、B、Zn、Mo、Sn、Mn、K、Ca、Ba、Cu、Na、Al，其中，相對極差在400%～500%區間的為Cr，共1種；相對極差在300%～400%區間的為Co、V、Cd，共3種；相對極差在200%～300%區間的為Se、Hg、Sr，共3種；相對極差在100%～200%區間的為Pb、Mg、Ti、Sb、Ni、Fe、As、B、Zn、Mo，共10種；相對極差在50%～100%區間的為Sn、Mn、K、Ca、Ba、Cu、Na、Al，共8種。結果顯示，在不同富硒樣品中，相同元素總量在不同產地之間差異也較大，地域分布差異性明顯。

表8 富硒大米中多元素總量結果表

市售富硒大米中Se達標率和符合度結果如表9所示，根據測定結果顯示，總硒含量均有檢出，含量范圍為0.023～0.29 mg/kg，中位值為0.059 mg/kg，均值0.11 mg/kg。52批次樣品中，有61.5%的市售富硒大米符合標準規定，51.9%的樣品符合標示值，近50%的被測樣品的硒含量與外包裝標示值不符。

表9 市售富硒大米中Se達標率和符合度結果表

2.3.2 普通大米中硒及其他元素的總量測定和統計分析

普通大米中硒及其他元素總量的測定結果如表10所示，與富硒大米相同，除Tl元素沒有檢出外，其他25種元素也均有檢出，含量分布在不同量級水平，總量均值由大到小依次為：K、Al、Mg、Ca、Na、Zn、Mn、Fe、Cu、Ti、B、Mo、Ba、Ni、Sr、Cr、As、Cd、Pb、Se、Sb、Sn、Co、V、Hg，其中平均含量值>500 mg/kg的元素為K和Al，共計2種；平均含量值在1～100 mg/kg區間的為Mg、Ca、Na、Zn、Mn、Fe、Cu、Ti，共8種；平均含量值在0.1～1.0 mg/kg 區間的為B、Mo、Ba、Ni、Sr，共5種；平均含量值在0.01～0.1 mg/kg區間的為As、Cr、Sb、Se、Sn、Pb、Cd，共7種；平均含量值在0.001～0.01 mg/kg 區間的為Co、V、Hg，共3種。結果顯示，與富硒大米一樣，普通大米中的各元素含量差別較大。

表10 普通大米中多元素總量結果匯總表

從表10還可以看出，檢出的25種元素總量相對極差范圍在53.9%～347.8%，數據的集中度不高，由大到小依次為Sr、Co、Cd、Pb、Hg、Sb、Se、V、Cr、Ti、Mg、Mo、Fe、As、B、Ni、Zn、Na、Sn、Ba、Mn、Ca、K、Cu、Al，其中，相對極差在300～400%區間的為Sr，共1種；相對極差在200%～300%區間的為Co、Cd、Pb、Hg，共4種；相對極差在100%～200%區間的為Sb、Se、V、Cr、Ti、Mg、Mo、Fe、As、B、Ni、Zn，共12種；相對極差在50%～100%區間的為Na、Sn、Ba、Mn、Ca、K、Cu、Al，共8種。結果顯示，在不同普通大米的樣品中，相同元素總量在不同產地之間差異也較大，地域差異性分布也十分顯著，這與富硒大米各元素含量的情況一致。

市售普通大米中Se含量情況如表11所示，根據測定結果顯示，總硒含量均有檢出，含量范圍為0.011～0.049 mg/kg，中位值為0.018 mg/kg，均值0.022 mg/kg，說明市售大米存在不同水平的硒，但總硒含量的整體水平較低，52批次樣品中有6批次樣品達到了標準低限，符合國家相關標準對富硒大米要求，其占比達到了11.5%。

表11 市售普通大米中Se達標率和符合度結果表

2.3.3 富硒大米和普通大米硒含量及其他元素含量的比較分析

同時測定富硒大米和普通大米26種元素總量，見表12，富硒大米和普通大米被測的元素，除Tl元素沒有檢出外，其他25種元素均被檢出，且含量水平、差異化程度類似。常量元素K、Al、Mg、Ca、Na和微量元素 Zn、Mn、Fe、Cu、Ti、B、Mo、Ba、Ni、Sr、Cr、As、Cd、Pb、Se、Sb、Sn、Co、V、Hg 在相應的量級水平情況基本相似，部分元素含量存在一定差異。從含量分布上看，不同元素在地區和類別間，均顯示除較大的差異，集中度不高，表明元素的含量受地域分布和大米品種影響很大。

表12 富硒大米和普通大米中多元素含量的比較結果表

按總量均值和中位值進行含量高低進行排序時，可以發現，以Ni元素為分界點，總量均值和中位值高于Ni元素時，這兩類大米元素排序保持一致，含量低于Ni元素含量排序發生了一定的變化，相較于普通大米，Se元素在總量和中位置均表現為排名同時上升，與此同時，Cr、Pb和Cd 3種元素總量均值排序相應上升，Sr、Sb和As 3種元素有所下降，這與中位值排序上變化相似，另外通過比較可以發現，與Se元素中位值排序同步上升的元素除了Cr、Pb和Cd外，Hg元素的中位值也上升了1位，通過比較可明確，在富硒大米中，與Se伴生且含量較高的潛在元素有Cr、Pb、Cd和Hg 4種元素。

2.3.4 富硒大米中伴生元素的分析和確證

對富硒大米樣品中的硒及其潛在伴生元素含量數據，數據利用SPSS 20.0 軟件進行分析，得到硒與 4 種金屬元素之間的相關關系，結果見表13。經顯著性分析，在富硒大米中，Se與Cd呈現極顯著的正相關關系，與Cr呈現顯著的正相關關系。因此，在富硒大米中，Se的主要伴生元素為Cd，這與已有報道中的相關結論相符[19,20]。

表13 富硒大米硒及其潛在伴生元素顯著性分析表

2.3.5 富硒大米Se主要伴生元素風險評估

根據2.3.5結果，以Cd為硒主要的伴生元素進行含量分析，結果如表14所示。根據GB 2762—2017規定，大米中Cd的限量值為0.2 mg/kg，52批次富硒大米的Cd含量區間為0.005 1～0.11 mg/kg，均值為0.035 mg/kg，中位值為0.021 mg/kg，檢測值均低于限量標準，樣品中Cd含量合格率為100.0%，均符合國家標準。

表14 富硒大米中Cd合格率情況匯總表

3 結論

本研究以富硒大米為檢測對象，以大米國家標準物質為參考，建立了同時測定硒及其他潛在伴生元素包括Pb、As、Cd、Cr、Tl、V、Co、Ni、Se、Fe、Mo、Sb、Sn、Na、Mg、K、Ca、Al、B、Ti、Mn、Cu、Zn、Sr、Ba、Hg共計26 種元素總量的ICP-MS檢測方法，并從線性、準確性、精密度和可靠性方面進行了方法學的確證，結果顯示方法回歸系數R2均大于0.995，檢出限范圍為0.000 1～1.0 μg/kg，定量限范圍為0.000 3～3.0 μg/kg，加標回收率為范圍在86.1%～126.7%，變異系數波動范圍在0.0%～14.9%，此ICP-MS方法線性范圍較寬、選擇性好、靈敏度高、準確性好，是富硒大米多元素檢測方便高效的檢測方法。

通過對隨機抽取的富硒大米和普通大米104個樣品的測定結果比較可知，富硒大米和普通大米中各元素含量差別較大，市售富硒大米硒含量的整體水平不高，52批次樣品中，有61.5%的市售富硒大米符合標準規定，51.9%的樣品符合標示值，近50%的被測樣品的硒含量與外包裝標示值不符，存在總硒含量不符的情況；市售普通大米存在一定水平的硒，但硒含量的整體水平較低，52批次樣品中，有6批次樣品達到了標準低限，占比為11.5%。通過多元素同步檢測，發現相較于普通大米，富硒大米的Cr、Pb、Cd、Sr、Sb、As、Hg和V這8種元素含量排序發生了變化，其中，Cr、Pb、Cd和Hg4種元素含量顯示與Se同向增長，且差異化程度較高，可初步確定為Se的潛在伴生元素。經顯著性分析，可以發現，在富硒大米中，Se與Cd呈現極顯著的正相關關系，與Cr呈現顯著的正相關關系，說明在富硒大米中Se的主要伴生元素為Cd。經含量統計分析，52批次富硒大米的Cd含量合格率為100.0%，進一步說明了以富硒大米作為膳食補硒渠道導致攝入Cd超標的食品安全風險較小。