加工方式对海带和紫菜中砷及其形态的影响

舒本胜，翟毓秀，刘俊荣，郭莹莹，尚德荣，宁劲松，隋 颖，赵艳芳

（1.大连海洋大学食品科学与工程学院，辽宁大连116023；2.中国水产科学研究院，黄海水产研究所，农业部水产品质量安全检测与评价重点实验室，山东青岛266071；3.国家水产质量监督检验中心，山东青岛266071）

加工方式对海带和紫菜中砷及其形态的影响

舒本胜1，2，3，翟毓秀2，3，*，刘俊荣1，郭莹莹2，3，尚德荣2，3，宁劲松2，3，隋 颖2，3，赵艳芳2，3

（1.大连海洋大学食品科学与工程学院，辽宁大连116023；2.中国水产科学研究院，黄海水产研究所，农业部水产品质量安全检测与评价重点实验室，山东青岛266071；3.国家水产质量监督检验中心，山东青岛266071）

研究浸泡、油炸、水煮和烘烤四种加工方式对海带和紫菜中总砷及其形态含量的影响，并对其食用安全性进行评价。结果表明：浸泡和水煮都能减少海带和紫菜中总砷和四种砷化合物含量。油炸和高温烘烤影响砷形态和含量的变化：油炸样品中总砷含量减少，DMA、MMA和无机砷含量变化表现出不一致性；除250℃外，其他温度烘烤的样品总砷含量均增加，二甲基砷酸（DMA）、一甲基砷酸（MMA）、无机砷含量随温度的升高而增加，到250℃时最多增加近3倍，对食用安全性有一定影响；在150℃油炸15min和200℃烘烤的样品中有新的砷化合物生成，其结构和毒性尚难确定。

加工方式，海带，紫菜，总砷，砷形态

海藻中含有丰富的碘、维生素、矿物质、碳水化合物、蛋白质、膳食纤维等营养成分和生理活性物质，素有“天然微量元素宝库”之称。但由于海藻对海水中的砷元素具有富集特性，也被称为海洋生态系统中的“砷库”[1]，海藻中总砷含量约在12～108mg/kg（以干重计）[2]，主要砷化合物为亚砷酸盐（AsⅢ）、砷酸盐（AsⅤ）、一甲基砷酸（MMA）、二甲基砷酸（DMA）、砷甜菜碱（AB）、砷糖等，以砷化合物的半致死量LD50（mg/kg）计，其毒性由大到小依次为AsⅢ（14mg/kg）＞AsⅤ（20mg/kg）＞MMA（200～1800mg/kg）＞DMA（200～2600mg/kg）＞AB（＞10000mg/kg）[3]。2009年，欧盟食品安全局（EFSA）设定的砷可信下限（BMDL）为0.3～ 8μg/（kg·d），除了对皮肤有损害外，还能致肺癌、皮肤癌和膀胱癌[4]。随着海藻食用量日益增多，关于其中有毒砷化合物可能造成潜在危害的问题，逐渐成为人们关注的焦点。目前国内外多数停留在对原料的研究，而对海藻经加工和烹饪处理后，总砷及各砷形态的含量变化规律方面的研究尚属空白。本文就不同常用烹饪方式对海藻中总砷和各砷形态含量的影响进行了研究，以期为海藻食品的安全食用和风险评估提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

海带 山东荣成市；紫菜样品 超市（同一厂家同批生产）；砷标液（1mg/mL，GBW08611）、AsⅤ（1mg/mL，GBW086667）、MMA（1mg/mL，GBW08668）、DMA（1mg/mL，GBW086669） 标准储备液购于国家标准物质中心；实验所用试剂 均为优级纯；实验用水 超纯水；盐酸溶液（1+1），盐酸溶液（7%），氢氧化钾溶液（0.5%），硼氢化钾溶液（1.5%），硫脲溶液（50g/L），磷酸氢二铵（15mmol/L）等。

SA-10原子荧光形态分析仪 北京吉天仪器有限公司；AFS-2201双道氢化物发生原子荧光光度计 北京海光仪器厂；恒温水浴锅，真空干燥箱，家用电磁炉，烤箱等（玻璃仪器使用前经15%硝酸浸泡24h）。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理 将海带（干样）剪成约2cm×2cm的小块混匀，紫菜（干样）直接采用，分成若干份，水煮、油炸和烘烤前均用去离子水浸泡1h，沥干后再进行实验，同时做对照组。

1.2.2 烹饪方法

1.2.2.1 浸泡 按重量比1∶8，将海带、紫菜样品分别放入去离子水中，浸泡1h后，捞出样品，沥干，80℃烘干，粉碎，过60目筛，备用。

1.2.2.2 水煮 按重量比1∶8，将海带、紫菜样品放入沸水中，煮10、20、30min后，捞出，沥干，80℃烘干，粉碎，过60目筛，备用。

1.2.2.3 油炸 按重量比1∶8，将海带、紫菜样品放入预热的花生油中，在120、150℃油炸5、10、15min后，捞出样品，沥干，80℃烘干，粉碎，过60目筛，备用。

1.2.2.4 烘烤 分别取适量海带、紫菜样品在100、150、200、250℃烘烤7min后取出，80℃烘干，粉碎，过60目筛，备用。

1.3 测定方法

1.3.1 总砷测定方法 按照GB/T5009.11-2003《食品中总砷及无机砷的测定》中，氢化物原子荧光光度法测定[5]。

1.3.2 砷化合物的测定 采用高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光联用技术测定海藻中砷化合物[6]，该方法可测定砷糖、MMA、DMA、无机砷（将AsⅢ氧化为AsⅤ，测定其总量）。

1.3.2.1 测定步骤 称取1.000g样品于25mL具塞刻度试管中，加10mL 1.2mol/L HCl旋涡混匀，70℃水浴下振荡提取1h，冷却，加入10mL水，混匀，70℃振荡提取0.5h，取出，4000r/min离心15min，取1.0mL上清液加入0.2mL H2O2和0.8mL水，混匀，在70℃水浴下处理20min，冷却后用0.45μm滤膜过滤，取100μL上机测定，与标准曲线对照，计算测定结果。同时做空白实验。

1.3.2.2 仪器条件 色谱柱：Hamilton PRP-X100（250mm×4.1mm id，10μm）；保护柱：Hamilton PRPX100（250mm×4.1mm id,10μm)；流动相：15mmol/L（NH4）2HPO4，pH6.0；进样体积：100μL；还原剂：1.5% KBH4+0.5%KOH；负高压：300V；载气氩气：400mL/min；载流：7%HCl；灯电流：100mA；屏蔽气：600mL/min。

1.3.2.3 计算 测定结果按照下式计算。

式中：X为样品中待测物含量（mg/kg），C为待测液中砷化合物浓度（ng/mL），C0为空白浓度（ng/mL），m为称样量（g），V为测定液体总体积（20mL），2为稀释倍数。测定结果均以干基计。

2 结果与分析

表1 浸泡1h海带和紫菜中总砷及其形态含量（mg/kg）Table 1 The contents of total arsenic and four arsenic compounds in poached kelp and Porphyra soaked for 1h

2.1 浸泡对海带和紫菜中总砷及其形态含量的影响

家庭食用和工业生产的海带和紫菜制品一般都要经过冲洗和浸泡，本实验依此进行模拟。经过1h浸泡的海带、紫菜中总砷和砷化合物含量如表1所示。

从表1中可以看出浸泡处理后，海带和紫菜中总砷、砷糖、DMA、MMA和无机砷含量均减少，其中海带中DMA、MMA和无机砷分别减少33.6%、38.4%、22.7%，紫菜中DMA、MMA和无机砷分别减少50.9%、67.7%、25.9%。Laparra等[7]研究表明，羊栖菜在烹饪前经过冲洗和浸泡后总砷含量减少60%以上，Ichikawa等[8]研究表明，用普通的浸泡等方法可减少羊栖菜中82%以上的砷酸盐，本研究结果表明，海带和紫菜中也有相似的规律，海藻在食用前用水浸泡，食用更为安全。

2.2 水煮对海带和紫菜中总砷及其形态含量的影响

2.2.1 水煮对总砷含量的影响 从图1中可以看出随着水煮时间的延长，海带中总砷含量逐渐增加，但在20min前总砷含量都低于对照组（以下均以浸泡1h的样品为对照），30min时已经高于对照组。随着水煮时间的延长，紫菜总砷含量基本保持稳定，且均小于对照组。Devesa等[9]对11种海产品进行研究，认为总砷含量增加的原因主要是由于水煮过程中一些可溶性化合物溶解在水里。本实验做了沸水中水煮30min海带重量变化实验，结果如表2所示。

图1 水煮海带和紫菜中总砷含量变化图Fig.1 The variation of total arsenic in cooked kelp and Porphyra

表2 沸水中水煮30min海带重量变化（g）Table 2 Weight change of cooked kelp in boiling water for30min（g）

海带经过30min水煮后，三次平行实验的平均减少量为1.16g，约减少17.69%，减少的主要原因是可溶性盐、海带胶等物质的溶出，从而使得总砷含量所占比重增加。水煮30min海带的总砷含量为18.82mg/kg，把减少的重量还原，则总砷含量为15.49mg/kg，和对照组相比总砷含量还是减少。

2.2.2 水煮对砷形态的影响 海带和紫菜在沸水中煮后三种砷化合物的含量变化如图2和图3所示。

图2 水煮海带三种砷化合物含量变化图Fig.2 The variation of three arsenic compounds in cooked kelp

图3 水煮紫菜三种砷化合物含量变化图Fig.3 The variation of three arsenic compounds in cooked Porphyra

由图2和图3得知，海带和紫菜经过水煮后三种砷化合物含量均低于对照组。但随着水煮时间的延长，海带中MMA和DMA含量表现为增加趋势，而无机砷含量逐渐减少；紫菜中DMA和MMA含量逐渐增加，无机砷含量逐渐减少。海带和紫菜在水煮过程中，一方面随着可溶性物质的溶出各种砷化合物的浓度增高，另一方面砷化合物也不断的溶出使其浓度降低，最终浓度由两者共同决定，因此三种砷化合物的变化规律表现出不一致性。另外，通过对水煮30min后得到的海带和紫菜水煮液进行分析，发现砷糖、DMA、MMA和无机砷存在，如表3所示。

表3 海带和紫菜水煮液中四种砷化合物含量（ng/mL）Table 3 The contents of four arsenic compounds in water solution of kelp and Porphyra（ng/mL）

2.3 油炸对海带和紫菜中总砷及其形态含量的影响

2.3.1 油炸对总砷含量的影响 海带和紫菜经过120℃和150℃油炸后，总砷含量变化如图4所示。

图4 油炸海带和紫菜总砷含量变化图Fig.4 The variation of total arsenic in fried kelp and Porphyra

由图4得知，在120℃和150℃油炸条件下，随着时间延长，海带和紫菜中总砷含量逐渐降低；温度越高，总砷含量减少得越多。紫菜经油炸后，总砷减少幅度更大，由油炸前的9.23mg/kg减少到3.23mg/kg以下，但随着油炸时间的延长，总砷含量变化不明显，这可能是由于紫菜藻体较海带薄，砷易溶出，在相对较短的时间内就能达到平衡，且基体性质有差异。通过测定海带和紫菜油炸30min后的油样和对照发现总砷含量大幅度增加，海带和紫菜油炸液中总砷含量分别增加到3.15mg/kg和4.22mg/kg。

2.3.2 油炸对砷形态的影响 海带经过120℃和150℃油炸后，三种砷化合物含量变化如图5和图6所示。

图5 120℃油炸海带三种砷化合物含量变化图Fig.5 The variation of three arsenic compounds in kelp fried at 120℃

图6 150℃油炸海带三种砷化合物含量变化图Fig.6 The variation of three arsenic compounds in kelp fried at 150℃

在两个温度下DMA表现出相同的变化规律，而MMA和无机砷有所不同。在120℃下，MMA和无机砷含量呈增加趋势，且均小于对照组；在150℃下，MMA和无机砷含量呈减少趋势，DMA和无机砷含量高于对照组，MMA含量只有在油炸15min时低于对照组。

图7 120℃油炸紫菜三种砷化合物含量变化图Fig.7 The variation of three arsenic compounds in Porphyra fried at 120℃

图8 150℃油炸紫菜三种砷化合物含量变化图Fig.8 The variation of three arsenic compounds in Porphyra fried at 150℃

紫菜经120℃和150℃油炸后，三种砷化合物含量变化如图7和图8所示。在120℃下，随着油炸时间的延长，紫菜中DMA和无机砷含量呈增加趋势，MMA含量呈减少趋势，除油炸5min时MMA含量略高于对照组外，其他均低于对照组。在150℃下，三种砷化合物的变化趋势和120℃表现的相似，含量均低于对照组。

另外，还测定了油炸海带和紫菜砷糖的峰面积以便衡量其含量的变化，如表4所示。

由表4看出，经过油炸后，海带和紫菜中的砷糖含量明显减少。在油炸过程中，一部分转移到油中，一部分可能降解为其他砷化合物。

总之，海带和紫菜经过120℃和150℃油炸后，DMA、MMA、无机砷和砷糖都表现出了不规则的变化规律。海带和紫菜在油炸过程中，一部分砷化合物会溶出，使其含量降低；可溶性物质溶出，使单位重量内砷含量增加；砷糖可能降解产生DMA、MMA等砷化合物；最终的含量由这几种因素共同决定，所以使四种砷化合物表现出不一致性。

2.4 烘烤对海带和紫菜中总砷及其形态含量的影响

一般用于海藻工业化加工和灭菌中，温度和时间都有多种选择，在食品工业中150℃以上的温度也极少用到，但如果样品与炉壁或格栅接触较近可能达到200℃甚至250℃[10]。本实验设定了在100、150、200、250℃下烘烤7min，来研究高温下海带和紫菜中总砷及其形态的变化。

2.4.1 烘烤对总砷的影响 从图9中可以看出，海带和紫菜在100、150、200℃下烘烤后，总砷含量均表现出增加趋势。而在250℃下烘烤样品的总砷含量明显降低。在烘烤过程中，海带和紫菜中的一些成分在高温下可能挥发或分解产生气体，使其重量减少，导致单位重量内总砷含量增加。实验发现，在250℃下烘烤几分钟后，部分海带和紫菜就开始焦化，部分砷化合物可能随之挥发，导致总砷含量降低。

图9 烘烤海带和紫菜中总砷含量变化图Fig.9 The variation of total arsenic in roasted kelp and Porphyra

表4 油炸海带和紫菜中AS峰面积列表Table 4 The arsenosugar peak area list of fried kelp and Porphyra

2.4.2 烘烤对砷形态的影响 海带和紫菜在100、150、200、250℃下经过7min烘烤，三种砷化物含量变化如图10和图11所示。

由图10和图11得知，随着烘烤温度的升高，海带和紫菜中DMA、MMA和无机砷的含量均表现出逐渐增加的趋势，其中DMA和MMA的含量均高于对照组。烘烤的海带样品中，温度超过150℃后三种砷化合物的含量增加速度较快。烘烤的紫菜样品中，MMA和无机砷含量增加缓慢，而DMA含量增加较快，特别在250℃时，其含量增加近3倍。

烘烤后海带和紫菜中砷糖含量的变化，结果如表5所示，随着烘烤温度的升高而降低，到250℃海带中砷糖减少88%以上，紫菜中砷糖减少84%以上。

图10 烘烤海带三种砷化合物含量变化图Fig.10 The variation of three arsenic compounds in roasted kelp

图11 烘烤紫菜三种砷化合物砷含量变化图Fig.11 The variation of three arsenic compounds in roasted Porphyra

表5 烘烤海带和紫菜中AS峰面积列表Table 5 The arsenosugar peak area list of roasted kelp and Porphyra

韦超[11]研究表明，当紫菜加热温度达到250℃时，1h内紫菜中砷糖完全降解，只有无机砷和简单的有机砷残留，其中AsⅢ和AsⅤ之和占总砷的85%。从几种砷化合物含量来看，经过200℃以上烘烤的海带和紫菜中，毒性较高的DMA、MMA和无机砷含量较高，其中250℃下烘烤的海带中无机砷含量已经超出我国藻类制品卫生限量要求（＜1.5mg/kg）[12]，存在食用风险。

2.5 藻类中砷化合物在高温处理过程的分解

在测定过程中发现，150℃油炸和200℃烘烤的海带和紫菜样品中均有未知峰出现，Shibata等[13]也发现紫菜在烹饪过程中砷形态发生了定性和定量的改变。图12为200℃烘烤7min的紫菜样品中，砷化合物谱图和对照样品的谱图（150℃油炸具有相似的谱图特征），但在250℃下烘烤的样品没有未知峰出现，200℃下的未知峰可能是砷糖降解过程中的不稳定产物。

图12 200℃烘烤紫菜和对照样品的砷化合物谱图Fig.12 The spectra of control sample and arsenic compounds from Porphyra baked at 200℃

一些研究表明，当温度超过150℃时AB等砷化合物开始降解产生TMA+，增加的AsⅢ、AsⅤ和DMA等可能是其他形态的有机砷降解产生的[14-16]。Dahl等人[1]在140℃下对大西洋鲑鱼进行油炸，结果发现生成DMAP（二甲基砷化合物），推断是砷脂降解产生。在动物性海产品中，主要以AB、AC（砷胆碱）和砷脂形式存在；而在植物性产品中，主要是以砷糖形式存在，因此在高温处理过程中降解产物也应该不同。这两个未知峰可能是砷糖降解的产物，对新生成的砷化合物的化学结构和毒性尚难确定。但在150℃油炸和200℃烘烤，不能排除砷糖降解产生DMA、MMA、AsⅢ和AsⅤ砷化合物的可能，因此在食用和加工过程中使用较低温度的热处理方式是降低藻类食用风险的有效方法之一。由于国内外对海藻中砷糖热处理后的变化规律研究很少，目前还未见相关报道，从毒理学和食品安全的意义上讲，有待于今后的进一步研究。

3 结论

本研究结果表明，藻类经浸泡和水煮后可以减少各种砷化合物含量，而油炸和高温烘烤过程带来藻类中砷形态和含量的变化，在150℃油炸15min和200℃烘烤的样品中有新的砷化合物生成，其结构和毒性尚难确定，可能对食用安全带来隐患。一般常用的加工方式和烹饪方式的热处理温度都在150℃以下，所以浸泡、水煮、低温油炸和烘烤不会对海带和紫菜带来食用安全风险。

目前，我国藻类制品卫生标准《GB 19643-2005》只对无机砷含量做出规定，而未对其他砷化合物有限量要求。砷的毒性效应并不完全取决于总砷含量，而更多的取决于它存在的形态。对藻类进行食用安全性评价时，要综合考虑各种砷化合物在加工烹饪过程中的含量变化，在满足加工和食用感官要求的情况下，建议水煮时间尽可能控制在20min以内；油炸温度最好不超过150℃，油炸时间控制在10min内；烘烤温度控制在150℃以下。

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Effect of different processing methods on the arsenic and its form in kelp and Porphyra

SHU Ben-sheng1，2，3，ZHAI Yu-xiu2，3，*，LIU Jun-rong1，GUO Ying-ying2，3，SHANG De-rong2，3，
NING Jin-song2，3，SUI-Ying2，3，ZHAO Yan-fang2，3
（1.College of Food Science and Engineering，Ocean University of Dalian，Dalian 116023，China；2.Key Laboratory of Test and Evaluation on Quality and Safety of Aquatic Products，Ministry of Agriculture，Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，China；3.National Center for Quality Supervision and Test of Aquatic Products，Qingdao 266071，China）

The aims of experiment were to study the influence on the contents and forms of total arsenic and different arsenic compounds in kelp and Porphyra by different ways of processing including soaking，deepfrying，water cooking and baking，and to evaluate the edible safety of the foods by those cooking methods.The results showed that the contents of four arsenic compounds decreased in nearly all soaking and water cooking samples.Both the form and contents of arsenic changed in the cooking process of deep-frying and hightemperature baking.The contents of total arsenic decreased in deep-fried samples，while increased in baking samples except for temperature at 250℃.As for the forms of arsenic compounds，the changes of content of DMA，MMA and inorganic arsenic were discordant in deep-fried samples，while increased with a rise in temperature and increased by nearly 3 times at 250℃ in baking samples，which brought some effects to the edible safety.A kind of arsenic compound was found in the fried samples at 150℃ for 15min and the baked samples at 200℃for 7min，with the structure and toxicity hard to be definited.

processing methods；kelp；Porphyra；total arsenic；arsenic species

TS254.5+8

A

1002-0306（2012）09-0166-06

2011-07-20 *通讯联系人

舒本胜（1986-），男，硕士研究生，研究方向：水产品质量与安全。

国家科技支撑计划（2009BADB7B06）；基本科研业务费（20603022011015）。