四种食用菌中重金属和砷的总量测定及形态分析

陈　　琛，汤　　静，胡秋辉，2，赵立艳，*

（1．南京农业大学食品科技学院，江苏南京210095；2．南京财经大学食品科学与工程学院，江苏南京210046）

四种食用菌中重金属和砷的总量测定及形态分析

陈琛1，汤静1，胡秋辉1，2，赵立艳1，*

（1．南京农业大学食品科技学院，江苏南京210095；2．南京财经大学食品科学与工程学院，江苏南京210046）

以黑木耳、香菇、金针菇和灰树花四种食用菌作为研究对象，采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定As、Pb、Cd、Cr、Cu五种元素的总量；采用Tessier连续浸提法制备样品，对以上五种元素进行形态分析。结果表明：四种食用菌中重金属和砷总量符合大部分相关国家限量标准。重金属和砷的形态分析表明，四种食用菌中As均以离子交换态为主；Pb在四种食用菌中存在形态差异很大；除金针菇外其他三种食用菌中Cd均以水溶态和离子交换态为主；Cr在各食用菌中存在形态差异很大；除黑木耳外其他三种食用菌中Cu均以水溶态为主。本文表明连续浸提法可用于食用菌重金属和砷的形态分析，反映食用菌中重金属及砷的形态分布信息。

食用菌，重金属，砷，ICP-OES，形态分析

近年来重金属对人类健康的影响受到人们的普遍关注，尤其是食用菌中重金属、砷污染，更是关注的热点问题之一［1-2］。有研究表明［3］，食用菌中重金属含量一般高于粮食和蔬菜等植物性食品，甚至可能高于动物性食品。重金属经食用菌富集后，通过食物链进入人体，累积后会破坏新陈代谢［4-5］，引发基因突变及诱发癌症［6-9］，对人体健康构成极大威胁。重金属在食用菌中的不同形态反映其进入人体的难易程度［10］，也与毒性密切相关［11］，因而不能简单地以总量评价食用菌的食用安全性。国内对食用菌中重金属的研究大多集中在总量分析及检测方法建立方面［12-14］，而有关化学形态方面的研究甚少。因此，对食用菌中重金属进行形态分析研究很有必要。重金属形态分析可采用连续浸提法分析测定，此法对重金属形态的浸提主要依赖于不同浸提剂对不同形态重金属的溶解能力［15-16］，所浸提出不同形态的重金属在食用菌中的活性和毒性各不相同［17-21］。由Tessier［22］提出的连续浸提法为一种普遍采用的形态分析方法，已广泛应用于重金属形态分析及其毒性、生物可利用性等研究。该法将重金属和砷分为水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态以及残渣态［23］。

本文测定了四种常见食用菌中重金属和砷的总量，并将Tessier连续浸提法应用于食用菌中重金属和砷的形态分析上，对各形态的重金属和砷进行浸提和含量的测定分析，初步探讨食用菌内重金属和砷的形态分布规律，更好地评价食用菌的食用安全性，对保证食用菌的安全具有重要的意义。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

黑木耳、香菇、金针菇、灰树花南京市卫岗农贸市场；30%H2O2、硝酸、盐酸羟铵、醋酸钠、醋酸铵、氯化镁、醋酸分析纯，南京化学试剂有限公司；As、Pb、Cd、Cr、Cu标准储备液（1000μg/mL）国家标准物质研究中心，分析时逐级稀释至所需浓度；实验用水为去离子水。

中草药粉碎机天津市泰斯特仪器有限公司；DHG-9030A型电热恒温鼓风干燥箱上海一恒科技有限公司；万分之一天平上海梅特勒-托利多仪器有限公司；KQ-250DB型数控超声波清洗器昆山市超声仪器有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅国华电器有限公司；TDL-5-A型离心机上海安亭科学仪器厂；STG全塑通风吸毒柜南京住宅建设总公司环保防腐通风设备厂；电磁炉天津市泰斯特仪器有限公司；N-1001型旋转蒸发仪日本东京理化器械株式会社；CME MARS密闭微波消解仪美国CEM公司；VISTA-MPX电感耦合等离子体发射光谱仪美国Varian公司；本实验所有玻璃与塑料材质的容器均在15%硝酸中浸泡过夜，并用去离子水冲洗干净，晾干备用。

1.2实验方法

1.2.1样品处理将食用菌样品置于电热恒温鼓风干燥箱内，60℃干燥至恒重，取出冷却，用粉碎机粉碎，过60目的筛子，将过好筛子的食用菌原粉装在封口袋中，于-20℃保藏备用。

1.2.2重金属和砷的总量测定［24-25］准确称取0.5000g食用菌原粉于微波消解罐中，加入约10mL优级纯浓硝酸，采用CME MARS微波消解仪消化至溶液澄清透明，消解程序见表1，取出冷却至室温；在STG全塑通风吸毒柜内将消化罐内的消化液转移至三角瓶中，并将其置于电炉上加热蒸发至约0.5～1mL，以达到赶酸的目的；最后，将三角瓶中剩余的消化液转移至10mL的容量瓶内，用0.5%硝酸溶液定容至刻度，摇匀备用，同时做样品空白。用ICP-OES法测定原粉中重金属和有害元素砷的总量。

表1　微波消解程序参数Table 1　Parameters of microwave digestion procedure

1.2.3各形态重金属和砷的样品制备及测定采用著名地球化学家Tessier的连续浸提法［22］进行样品的制备，将重金属和砷分为6种形态：水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态以及残渣态［26］。采用超声波辅助进行提取。

1.2.3.1水溶态取一定量的样品2g，加入20mL的去离子水，调pH7，摇匀；置于超声波清洗器中，间歇超声1h（超声10min，歇5min），4500r/min离心10min；取上清液于量瓶中，残渣用去离子水洗后，4500r/min离心10min；上清液并入上述量瓶中，按总量方法进行消化、定容（转移至10mL容量瓶中），待测。残渣I待用。

1.2.3.2离子交换态在残渣I中加入16mL 1mol/L的氯化镁溶液，摇匀；放入超声波清洗器中，间歇超声1h（超声10min，歇5min），4500r/min离心10min；取上清液于量瓶中，残渣用去离子水洗后，4500r/min离心10min；上清液并入上述量瓶中，按总量方法进行消化、定容（转移至10mL容量瓶中），待测。残渣II待用。

1.2.3.3碳酸盐结合态在残渣II中加入16mL 1mol/ L的pH5的醋酸钠溶液，摇匀；放入超声波清洗器中，间歇超声2h（超声10min，歇5min），4500r/min离心10min；取上清液于量瓶中，残渣用去离子水洗后，4500r/min离心10min；上清液并入上述量瓶中，按总量方法进行消化、定容（转移至10mL容量瓶中），待测。残渣III待用。

1.2.3.4铁锰氧化物结合态在残渣III中加入40mL 0.04mol/L的盐酸羟胺的25%盐酸溶液，摇匀；放入超声波清洗器中，间歇超声2h（超声10min，歇5min），4500r/min离心10min；取上清液于量瓶中，残渣用去离子水洗后，4500r/min离心10min；上清液并入上述量瓶中，按总量方法进行消化、定容（转移至10mL容量瓶中），待测。残渣IV待用。

1.2.3.5有机结合态在残渣IV中加入6mL 0.02mol/L的硝酸，10mL pH2的30%的H2O2，摇匀；在90℃的恒温水浴锅中保温3h，冷却后再加入6mL pH2的30% H2O2，继续保温2h；冷却至室温后，加入10mL 3.2mol/L的醋酸铵的硝酸溶液；室温过夜，4500r/min离心10min；取上清液于量瓶中，残渣用去离子水洗后，4500r/min离心10min；上清液并入上述量瓶中，按总量方法进行消化、定容（转移至10mL容量瓶中），待测。残渣V待用。

1.2.3.6残渣态残渣V晾干，按总量方法进行消化、定容（转移至10mL容量瓶中），待测。

1.2.4混合标准溶液的配制［27］精密吸取As、Pb、Cd、Cr、Cu标准储备液1mL至于100mL容量瓶，用1%硝酸溶液定容，得10μg/mL稀释液，分别取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mL稀释液至100mL容量瓶，用1%硝酸溶液定容至刻度得混合标准系列溶液：0、20、40、60、100μg/L。

1.2.5统计方法所有数据均采用SPSS 17.0进行方差分析（ANOVA）。p＜0.05表示有显著性差异。

2　结果与讨论

2.1标准曲线的绘制

经ICP-OES测定，得到系列标准溶液中各元素相应浓度的测定值。以标准溶液的浓度为横坐标，测定值为纵坐标，计算线性回归方程，结果见表2。

表2　各元素的线性回归方程和线性范围Table 2　Linear range and linear regression equation of each element

2.2四种食用菌中各重金属及砷含量分析

将表3中四种食用菌中各重金属及砷总量的测定结果对照国家相关食用菌重金属限量标准（见表4）。所有样品中As含量及香菇中Cd含量高于GB 2762-2012的限量标准，但以其他标准对四种食用菌中重金属和砷的含量进行评价，可以看出重金属含量均在安全限量内。因此，As含量是食用菌中重金属污染控制的关键。同时也可看出，各相关标准中食用菌的重金属限量仍需要进一步的统一。

2.2.1不同食用菌中同一重金属及砷含量的比较基于表3中的数据，将各食用菌中同种元素的含量进行对比。结果表明，各食用菌中As含量由大到小依次为：黑木耳＞灰树花＞金针菇＞香菇，黑木耳和灰树花中As含量之间不存在显著性差异（p＞0.05）；Pb含量由大到小依次为：黑木耳＞灰树花＞香菇＞金针菇，黑木耳和灰树花、香菇和灰树花中Pb含量之间不存在显著性差异（p＞0.05）；Cd含量为：香菇＞灰树花＞金针菇＞黑木耳，四种食用菌中Cd含量之间存在显著性差异（p＜0.05）；Cr含量由大到小依次为：灰树花＞香菇＞金针菇＞黑木耳，黑木耳、香菇和金针菇中Cr含量之间不存在显著性差异（p＞0.05）；Cu含量为：灰树花＞香菇＞金针菇＞黑木耳，四种食用菌中Cu含量之间存在显著性差异（p＜0.05）。由此可以看出，不同食用菌对重金属和砷的富集能力是不同的。

2.2.2同种食用菌中不同重金属及砷含量的比较由表3数据可以看出，四种食用菌中重金属和砷的含量有所不同，黑木耳中各重金属含量大小依次为Cu＞Pb＞As＞Cr＞Cd，五种元素含量之间存在显著性差异（p＜0.05）；香菇中各金属含量大小依次为Cu＞Pb＞Cd＞As＞Cr，As和Cd含量之间无显著性差异（p＞0.05）；金针菇中各重金属含量大小依次为Cu＞As＞Pb＞Cr＞Cd，As和Pb、Cd和Cr含量之间无显著性差异（p＞0.05）；灰树花中各重金属含量大小依次为Cu＞Pb＞As＞Cr＞Cd，As和Pb、Cd和Cr含量之间无显著性差异（p＞0.05）。这些可能与食用菌本身富集重金属和砷的能力有关，也可能与其生长的环境因素有关。

表3　食用菌重金属和As总量（mg/kg）Table 3　Total heavy metals and As content in edible fungi（mg/kg）

表4　国家标准食用菌重金属限量（mg/kg）Table 4　Maximum levels of heavy metal content in edible fungi（mg/kg）

2.3四种食用菌中各重金属及砷的形态分析

不同浸提剂所浸提出的各形态元素在食用菌中的活性和毒性不同［20］，一般认为，水溶态和离子交换态容易溶出，最活泼，易被生物利用，毒性效应也最显著；残渣态最稳定，难以被生物利用，毒性效应最小；其他形态的活性和毒性介于其间［17-19］。因此，按照各形态的活性、毒性排列六种重金属形态，其大小顺序依次是：水溶态＞离子交换态＞碳酸盐结合态＞铁锰氧化物结合态＞有机结合态＞残渣态［21］。

2.3.1黑木耳中各形态的重金属及砷含量表5为黑木耳中各形态元素的含量。As以离子交换态为主，占总量的57.16%，显著高于其他各形态（p＜0.05）；Pb以碳酸盐结合态和有机结合态为主，合计占总量的67.82%，与其他各形态差异显著（p＜0.05）；Cd以水溶态和离子交换态为主，合计占总量的60.34%，其余各形态均显著低于这两种形态（p＜0.05）；Cr以残渣态为主，占总量的66.02%，显著高于其他各形态（p＜0.05）；Cu则以有机结合态为主，占总量的59.54%，与其他各形态差异显著（p＜0.05）。可以看出黑木耳中As、Cd主要以活性高的形态存在，毒性效应较大，Pb、Cu以相对活泼的形态存在，而Cr以最稳定的形态存在。

2.3.2香菇中各形态的重金属及砷含量表6为香菇中各形态元素的含量。As以离子交换态为主，占总量的56.59%，显著高于其他各形态（p＜0.05）；Pb以铁锰氧化物结合态和有机结合态为主，合计占总量的54.69%，与其余各形态存在显著性差异（p＜0.05）；Cd以水溶态和离子交换态为主，合计占总量的81.76%，其余各形态均显著低于这两种形态（p＜0.05）；Cr以水溶态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态为主，四者含量之间差异不显著（p＞0.05），合计占总量的85.36%，显著高于碳酸盐结合态和离子交换态（p＜ 0.05）；Cu以水溶态为主，占总量的49.83%，显著高于其他各形态（p＜0.05）。可以看出香菇中除了Pb以相对活泼的形态为主，其余四种元素均主要以活性高的形态存在，毒性效应较大。

表5　黑木耳中各形态重金属及砷的含量（mg/kg）Table 5　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Auricularia auricular（mg/kg）

表6　香菇中各形态重金属及砷的含量（mg/kg）Table 6　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Lentinus edodes（mg/kg）

表7　金针菇中各形态重金属及砷的含量（mg/kg）Table 7　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Flammulina velutipes（mg/kg）

表8　灰树花中各形态重金属及砷的含量（mg/kg）Table 8　Heavy metals and As concentration in different chemical forms of Grifola frondosa（mg/kg）

2.3.3金针菇中各形态的重金属及砷含量表7为金针菇中各形态元素的含量。As以离子交换态为主，占总量的64.80%，显著高于其他各形态（p＜0.05）；Pb以离子交换态、铁锰氧化物结合态和有机结合态为主，合计占总量的72.90%，与其余各形态存在显著性差异（p＜0.05）；Cd以离子交换态为主，占总量49.28%，显著高于其余各形态（p＜0.05）；Cr以水溶态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态为主，合计占总量的80.75%，前三者之间差异不显著（p＞0.05），其余各形态均显著低于这四种形态（p＜0.05）；Cu以水溶态为主，占总量的40.96%，显著高于其他各形态（p＜0.05）。可以看出金针菇中五种元素均主要以活性高的形态存在，毒性效应较大。

2.3.4灰树花中各形态的重金属及砷含量表8为灰树花中各形态元素的含量。As以离子交换态为主，占总量的49.26%，显著高于其他各形态（p＜0.05）；Pb以铁锰氧化物结合态为主，占总量的42.69%，显著高于其他各形态（p＜0.05）；Cd以水溶态和离子交换态为主，合计占总量的83.00%，其余各形态含量显著低于这两种形态（p＜0.05）；Cr以有机结合态和残渣态为主，合计占总量的56.69%，与其余各形态存在显著性差异（p＜0.05）；Cu以水溶态为主，占总量的46.16%，与其他各形态差异显著（p＜0.05）。可以看出灰树花中As、Cd、Cu主要以活性高的形态存在，毒性效应较大，Pb以相对活泼的形态存在，而Cr主要以最稳定的形态存在。

3　结论

从我国现行的食用菌及植物性产品的各重金属和砷的限量标准看，本文所研究的四种食用菌中主要重金属和砷含量低于大部分的限量范围。对于同种食用菌来说，其对不同种类的重金属和砷的富集能力是不同的，而同种元素在不同的食用菌中含量也有明显差异。

Tessier连续浸提法用于食用菌中重金属和砷的形态分析的应用上可得到一些能够反映食用菌中有害元素的存在形态与分布的信息：四种食用菌中As均以活性、毒性较大的离子交换态存在；Pb在各食用菌中存在形态分布不同，大部分以相对活泼的状态存在：黑木耳中以碳酸盐结合态和有机结合态为主，香菇中以铁锰氧化物结合态和有机结合态为主，金针菇中以离子交换态、铁锰氧化物结合态和有机结合态为主，灰树花中以铁锰氧化物结合态为主；除了金针菇中Cd的离子交换态比例最高，其他三种食用菌中Cd均以水溶态和离子交换态为主，活性和毒性效应较大；Cr在各食用菌中存在形态不同，大部分以最稳定的状态存在：黑木耳中以残渣态为主，香菇中以水溶态、铁锰氧化物结合态和残渣态为主，金针菇中以水溶态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态为主，灰树花中以有机结合态和残渣态为主；除了黑木耳中Cu的有机结合态比例最高，其活性相对活泼，其他三种食用菌中Cu均以活性、毒性较大的水溶态为主。

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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

陈琛（1990-），女，硕士研究生，研究方向：食品营养与化学。

赵立艳（1977-），女，博士，副教授，研究方向：食品营养与化学、食品质量与安全。

十二五国家科技支撑计划（2012BAD36B02）。