高粱种植地、籽粒、基酒及酒糟中重金属含量分析_焦志银.pdf

试验研究 2023.1近年来，由于采矿、冶金工业及化肥、农药的应用等人为活动，导致土壤、空气和水环境中大量重金属的释放和沉积1。而环境中的重金属可在植物的可食用部位积聚，还会通过食物链的传递和放大作用进入生物体内，造成机体机能的失常而引发多种疾病，严重威胁了人体的健康2。例如镉是一种有毒的重金属，其生物半衰期近30年，含镉污染的食物可通过食物链在人体中富集，导致与镉相关的疾病，如肾小管功能障碍和骨病3。由此可知，重金属污染对人体健康损害严重，对食品中的污染物进行研究是很有必要的。高粱Sorghum bicolor（L.）Moench是全球重要的谷类作物之一，也是一种多用途作物，其秸秆被用作动物饲料4。此外，高粱具有很高的经济价值，是我国白酒酿造的主要原料5。白酒是以高粱为酿造原材料，添加发酵剂，经蒸煮、糖化、发酵后酿造而成。因此高粱的品质包括其营养成分含量直接影响了白酒的质量6。目前关于酿酒高粱的研究多集中在高粱籽粒品质及酿酒生产工艺参数上，且生产环节中的各种研究相对独立，而在高粱整个产业链中有关重金属的分布及含量方面缺乏相关的研究。本研究旨在了解高粱籽粒基酒/酒糟过程中重金属的动态含量变化情况，增加人们对高粱生产和高粱酿造白酒中重金属污染情况的了解，增强人们的食品安全意识，为高粱重金属污染研究提供理论依据及实际应用生产价值。1材料与方法1.1样品来源试验所用土壤取自衡水市阜城县（纬度37.87、经度116.25），共采集土壤样品8份。袋装标记后带高粱种植地、籽粒、基酒及酒糟中重金属含量分析焦志银牛敬田王金萍石燕楠王志芳贾鑫悦杜启籍贵苏杜瑞恒吕芃（河北省农林科学院谷子研究所/国家高粱改良中心河北分中心/农业农村部特色杂粮遗传改良与利用重点实验室/河北省杂粮研究实验室 河北石家庄050035）摘要：重金属污染导致的食品安全问题对人类健康造成了严重的危害。随着高粱产业的扩大，了解酿酒高粱的重金属污染情况对高粱的生产应用具有重要意义。为了解酿酒高粱在生产过程中的重金属污染及变化情况，本研究使用Cadence土壤重金属分析仪测定土壤样品的重金属含量，根据农用地土壤污染标准判定检测土壤样品无污染，进一步按照食品安全国家标准中的相应检测法对冀酿2号籽粒，所产基酒及酒糟进行总砷、镉、铬、铜、总汞、镍、铅、锌重金属含量测定，根据现有国家标准的限制值评价测定结果。结果表明，高粱籽粒、基酒及酒糟重均存在重金属污染，其中籽粒检出铜、镍、锌分别含2.66 mg/kg、0.26 mg/kg、22.20 mg/kg；基酒中含镍0.23 mg/kg；酒糟中除汞之外的重金属含量范围为0.1113.30 mg/kg。采用单因子污染指数法评定污染情况发现，此次样品的超标程度为酒糟籽粒基酒土壤。高粱酿酒过程中的重金属污染超标情况属于非安全级别，亟待关注和解决。关键词：高粱；酿酒；重金属污染；食品安全基金项目：河北省杂粮杂豆创新团队项目（HBCT2018070204）；河北省农林科学院基本科研业务费包干制项目资助（编号：HBNKY-BGZ-02）；国家谷子高粱产业技术体系（CARS-06-14.5-B5）。作者简介：焦志银（1993-），女，博士，助理研究员，从事高粱育种工作。E-mail:zhiyin_通讯作者：吕芃（1981-），男，硕士，研究员，从事高粱育种工作。E-mail:31-2023.1 试验研究回实验室。取该种植地土壤上的酿酒高粱品种冀酿2号（JN-2）的高粱籽粒，待成熟后取籽粒1.1 kg，在干燥环境下密封保存。单粮酒样取河北凤来仪酒业公司由冀酿2号高粱籽粒发酵产生的基酒500 mL，密封保存。取贵州某制酒厂的酒糟1 kg，样品同样密封保存，所有样品经河北冠卓检测科技股份有限公司 测 定 总 砷（As）、镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、总 汞（Hg）、镍（Ni）、铅（Pb）、锌（Zn）共8种重金属含量。1.2测定项目及方法使用Cadence土壤重金属分析仪（美国XOS公司）测定土壤中总砷、镉、铬、铜、总汞、镍、铅、锌的含量。将土壤样品置于80干燥箱中烘干，过180目筛，然后将样品上机检测，操作步骤按仪器要求进行。本次土壤pH7.5，根据土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB 15618-2018）列出各项重金属的风险筛选值（表1）。检测方案依据最新标准，高粱籽粒、基酒及酒糟中的总砷、镉、铬、铜、总汞、镍、铅、锌的测量分别按照食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定（GB 5009.11-2014）第一篇第二法、食品安全国家标准食品中镉的测定（GB 5009.15-2014）食品安全国家标准食品中铬的测定（GB 5009.123-2014）食品安全国家标准食品中铜的测定（GB 5009.13-2017）第三法、食品安全国家标准食品中总汞及有机汞的测定（GB 5009.17-2014）第一篇第一法、食品安全国家标准食品中镍的测定（GB 5009.138-2017）食 品 安 全 国 家 标 准 食 品 中 铅 的 测 定（GB 5009.12-2017）和食品安全国家标准食品中锌的测定（GB 5009.14-2017）第三法的标准进行操作，限量指标见表2。1.3检测结果的评价标准重金属污染结果依据 食品安全国家标准食品中污染物限量（GB 27622017）判定，其规定了食品中铅、镉、汞、砷、镍、铬的限量指标，铅在谷物及其制品中为0.2 mg/kg，在蒸馏酒中为0.5 mg/kg；镉含量要求是在稻谷之外的谷物中为0.1 mg/kg；汞在谷物及其制品中为0.02 mg/kg；砷在稻谷之外的谷物中为0.5 mg/kg；铬在谷物及其制品中为1.0 mg/kg；其他未有相关限量值要求。1.4重金属污染评价方法采用单因子污染指数法评价食品中重金属超标程度。单因子超标指数计算公式为Pi=Ci/Si，其中Pi表示某一重金属单因子污染指数，Ci为该重金属的实测值（单位mg/kg），Si为评价标准中该重金属的限量值（单位mg/kg）。分级标准：Pi1为清洁；1Pi2为潜在污染；2Pi3为轻污染；3Pi5为中污染；Pi5为重污染。2结果与分析2.1土壤中重金属含量对取自衡水市阜城县的冀酿2号种植地的8个采样点进行了土壤中重金属的检测，检测结果见表3。结合土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB 15618-2018）中对农用地土壤中8种重金属的农用地土壤污染风险筛选值，其中总砷含量范围为4.0310.4 mg/kg，镉含量最高为0.21 mg/kg，铬含量范围 为23.959.4 mg/kg，铜 含 量 范 围 为8.1422.8 mg/kg，总汞含量最高为1.03 mg/kg，镍含量范围为17.236.2 mg/kg，铅含量范围为15.324.3 mg/kg，锌含量范围为32.773.5 mg/kg。本次所有土壤样品中8种重金属含量均在安全范围内，说明此处冀酿2号种植基地土壤的重金属污染等级处于清洁的安全水平。2.2籽粒中重金属含量本试验检测结果低于定量限时显示未检出，高于检出限时则显示数据。本研究对冀酿2号高粱籽粒中8种重金属含量进行检测，检测结果见表4。冀酿2号高粱籽粒样品中的砷、镉、铬、汞、铅含量均在相应国家标准的限量值范围内，而铜、镍、锌超出了对应的限量值范围，含量分别为2.66 mg/kg、0.26 mg/kg和22.2 mg/kg。这一结果说明冀酿2号高粱籽粒中可表1土壤中8种重金属含量检测的风险筛选值（单位：mg/kg）检验项目总砷镉铬铜总汞镍铅锌风险筛选值250.62501003.4190170300表2食品中8种重金属含量检测的限量指标（单位：mg/kg）检验项目总砷镉铬铜总汞镍铅锌定量限0.0400.0030.030.20.010.050.05232-试验研究 2023.1表5基酒中8种重金属检测结果（单位：mg/kg）检验项目总砷镉铬铜总汞镍铅锌检验结果-0.23-表6酒糟中8种重金属检测结果（单位：mg/kg）检验项目总砷镉铬铜总汞镍铅锌检验结果0.130.0132.805.41-1.280.1113.3能存在铜、镍、锌污染。这3种重金属中仅镍在食品安全国家标准食品中污染物限量（GB 2762-2017）中有限量值的规定，其在油脂及其制品中为1.0 mg/kg，但其在高粱籽粒组织中还没有规定限量要求。2.3基酒中重金属含量对基酒中砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅和锌8种重金属进行了检测，结果见表5。基酒样品中砷、镉、铬、铜、汞、铅和锌的重金属含量均未检出，低于国家标准指标。基酒中镍含量超出了食品安全国家标准食品中镍的测定（GB 5009.138-2017）中的限量值，为0.23 mg/kg。食品安全国家标准食品中污染物限量（GB 2762-2017）中虽然规定了食品中镍的限量指标，却缺乏酒类制品中的限定量，因而无法判断其是否超出国家标准限量。2.4酒糟中重金属含量酒糟中砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅和锌8种重金属检测结果见表6。结果显示，在酒糟中只有汞的含量未检出，其他7种重金属均高于限量值，范围为表4高粱籽粒中8种重金属检测结果（单位：mg/kg）注：“-”代表未检出。下同。检验项目总砷镉铬铜总汞镍铅锌检验结果-2.66-0.26-22.2表3高粱种植基地土壤中8种重金属检测结果（单位：mg/kg）土样序号总砷镉铬铜总汞镍铅锌110.400.2182.222.81.0336.224.373.527.47ND0.150.713.7ND0.426.720.851.034.700.1326.410.3ND0.321.217.338.947.97ND0.154.716.7ND0.431.323.458.053.560.1527.48.14ND0.317.215.332.768.100.1359.416.3ND0.328.422.658.274.03ND0.123.98.76ND0.320.016.634.685.70ND0.137.211.5ND0.324.419.745.6注：ND（Not-Detected）表示未检出。0.01313.300 mg/kg，砷、镉、铬、铜、镍、铅和锌的重金属含量依次为0.13 mg/kg、0.013 mg/kg、2.80 mg/kg、5.41 mg/kg、1.28 mg/kg、0.11 mg/kg和13.3 mg/kg。2.5重金属风险评估利用公式计算高粱种植基地土壤中8种重金属的单因子超标指数。由表7可知，所有类型重金属的Pi值均小于1，说明此次土壤样品均受收到重金属污染。其中铜、砷和镉这3种重金属的Pi相比其他重金属的数值偏大，但仍在清洁范围内。进一步分别计算高粱籽粒、基酒和酒糟3个样品中砷、镉、铬、铜、汞、镍、铅、锌的污染指数，结果见表8。由表8可知，本试验中的籽粒砷、镉、铬、汞、铅、的重金属单项污染指数属于清洁级别，说明这5项重金属的污染水平处于安全水平，而铜、镍、锌的Pi在5.213.3之间，大于5，属重污染。在基酒中，只有镍的污染指数超过了安全范围，为4.6，属于中污染水平，其他重金属的含量均未超标。在酒糟中，除汞含量处于安全水平外，其他7种重金属均超标，其中锌Pi值为6.65，属轻污33-2023.1 试验研究染，砷、镉Pi分别为3.25和4.33，属中污染，铬、铜、镍、锌的Pi分别为93.33、27.05、25.6和6.65，属重污染。这些数据说明本试验中3种样品均有不同程度的重金属污染，超标程度为酒糟籽粒基酒土壤。3结论与讨论植物中的重金属污染主要来源于植物的种植环境，植物会吸收大气、土壤和水分中的重金属。因此一旦环境中产生了重金属污染，极易造成植物可食用部分的重金属含量超标，从而对人体造成危害7-8。本次试验中衡水市阜城县的冀酿2号种植基地的土壤中8种重金属含量结果表明此农用地无污染，但此田地种植的高粱籽粒的重金属检测结果显示其铜、镍、锌超出了对应的限量值范围，推测可能是由于高粱对重金属具有富集效果导致的。Jia等的研究发现，高粱在镉、铜等胁迫下，可将重金属离子从土壤到根系再到植