广西蚕蛹的砷汞硒锑含量测定及其安全利用探讨

覃勇荣，李宏森，陆锡东，罗志勇，刘旭辉

（河池学院化学与生物工程学院，广西宜州546300）

广西蚕蛹的砷汞硒锑含量测定及其安全利用探讨

覃勇荣，李宏森，陆锡东，罗志勇，刘旭辉*

（河池学院化学与生物工程学院，广西宜州546300）

为了深入了解重金属污染对农产品质量的影响，以便为当地产业发展提供决策依据，在广西桑蚕主产区随机采集蚕蛹样品，用湿法消解，氢化物发生-原子荧光光度法，测定了蚕蛹中的As、Hg、Se、Sb等重金属含量。结果表明：所测蚕蛹样品中的As、Hg、Se、Sb含量分别为：0.60mg/kg～13.77mg/kg、0.003mg/kg～0.059mg/kg、0.56mg/kg～5.50mg/kg、0.000～0.072mg/kg。参照相关的食品安全国家标准，广西蚕蛹样品中的As含量全部超标（≥0.5mg/kg）；Se的含量相对较高，均超出了肉类和蛋白类食品的安全标准（≤0.5mg/kg）；大部分蚕蛹样品（92.6%）中的Hg含量没有超标（≤0.05mg/kg），但有2个蚕蛹样品的Hg含量达到临界值，1个蚕蛹样品的Hg含量超标；蚕蛹样品中的Sb含量均非常低。采自矿区及其邻近县市的蚕蛹样品，其重金属含量超标情况尤为严重。因为广西蚕蛹样品中的As和Se含量偏高，所以在金属矿区或工矿企业周围发展桑蚕产业应合理规避环境风险，开发利用蚕蛹等桑蚕副产品，应对其重金属进行有效清除或进行无害化处理。

广西；蚕蛹；重金属；砷；汞；硒；锑

蚕蛹是缫丝工业的主要副产物，富含蛋白质和不饱和脂肪酸，人体必需的8种氨基酸含量高，是生产复合氨基酸的良好原料。在我国的医学典籍中，蚕蛹是食药两用、滋补强身、调和脾胃、长肌肉的食物和药物。现今，种桑养蚕已成为广西农村的重要产业，桑园面积达17.47万hm2，蚕茧产量超过30万t[1]。蚕蛹约占蚕茧重量的75%，其合理开发利用具有巨大的潜在经济效益。广西是有色金属之乡，矿产资源丰富，在矿物开采和选冶过程中，矿区及其周边环境不可避免地受到重金属污染的影响。特别是近年来，由于矿物资源的不合理开发和乡镇企业的快速发展，环境污染问题比较突出，不仅使产业投资风险增加，也给桑蚕产品质量安全和副产品的深度开发带来诸多不利的影响[2]。因此，对广西蚕蛹中的重金属含量进行测定和比较分析，具有重要的现实意义。目前，关于蚕蛹的相关研究主要集中在以下方面：①蚕蛹油、蚕蛹蛋白的提取工艺[3]；②蚕蛹营养成分分析（如微量元素分析，脂肪酸的性状及组分分析，蚕蛹水解产物及氨基酸组分分析等）[4-7]；③生物活性成分及药理作用[8]；④高蛋白饲料开发（饲料添加剂及禽畜饲料开发）[9]；⑤特色食品开发（食品添加剂、功能饮料研发等）[10-12]；⑥新型药物开发（如人工皮肤生长因子研发等）[13]；⑦有毒有害物质检测（重金属及农药残留量分析）[14]。虽然重金属污染对桑蚕种养的影响引起了一些研究者的关注，并利用盆栽试验研究了铅、锌、镉胁迫对桑树幼苗生长的影响，提出了一些防治措施[15-18]。但是，迄今为止，关于重金属矿区对桑蚕的生长、产量及毒性机理方面的研究报道甚少，对桑蚕副产品开发利用的潜在风险也鲜有报道，关于As、Hg、Se、Sb等重金属污染对广西桑蚕业危害的研究鲜见公开报道。本研究利用湿法消解，氢化物发生—原子荧光光谱法，对采自广西主要桑蚕产区蚕蛹样品的As、Hg、Se、Sb等重金属含量进行测定，并对其利用风险进行分析，可以为广西蚕业资源的合理开发利用提供必要的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 样品采集及处理

本研究的试验材料为蚕蛹。样品采自广西壮族自治区河池市、百色市、玉林市、贵港市等主要桑蚕产区，共采集了27个不同产地的蚕蛹样品。蚕蛹样品采集点的地域分布及数量统计见表1。

表1 广西蚕蛹样品的采集地分布Table1 Distribution of the silkworm pupa sam ples collected from Guangxi

2013年3月至2014年5月，在广西各地市的主要养蚕区随机采集蚕蛹或蚕茧样品，样品采回之后，置60℃电热恒温鼓风干燥箱中烘至恒重（采集前经过烘干处理的样品，烘24 h即可），将蚕蛹粉碎后装入塑料封口袋中，注明蚕蛹的采集地和采集时间等有关信息，然后将其放在玻璃干燥器中，置阴凉处保存，备用。因蚕蛹的脂肪和蛋白质含量比较高，因此需要特别注意防潮和防虫。

1.1.2 仪器设备

AFS-9900M全自动四通道氢化物发生原子荧光光度计（附带专用AS-2型砷、汞、硒、锑编码空心阴极灯，以及断续流动自动进样系统）：西安科创海光仪器有限公司；AL204电子天平：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；101-2-BS电热恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械厂；艾柯DZG-303A纯水仪：台湾艾柯成都康宁试验专用纯水设备厂；华烨HYP-1040消化炉：上海纤检仪器有限公司；所用玻璃仪器均用5%硝酸浸泡过夜，水清洗干净，最后用去离子水冲洗干净。

1.1.3 试剂

硝酸；盐酸；高氯酸；浓度为100μg/mL的砷、汞、硒、锑标准溶液（国家标准物质研究中心，GR）；混合液：称取15 g硫脲和15 g抗坏血酸溶解于300mL去离子水中，混匀；载流液：5%盐酸水溶液；还原剂溶液：称取5 g NaOH溶于去离子水，溶解后加入20 g KBH4，定容至1 000mL。

除特别说明外，试验药品均为分析纯（AR），试验用水均为去离子水。

1.2 试验方法

目前，国内关于重金属元素检测的主要方法有：电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-MS）、原子吸收分光光度法（AAS）、电化学极谱法、氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）等。本试验采用湿法消解、氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS法）测定蚕蛹中重金属元素As、Hg、Se、Sb的含量[19-24]。

1.2.1 标准工作液的配制

用浓度为100μg/mL的As、Se、Sb、Hg标准溶液，分别配制成浓度为1.0μg/mL的As、Se、Sb标准储备液和浓度为0.1μg/mL的Hg标准储备液。分别移取0、0.5、1.0、2.0、4.0、5.0mLAs或Se标准储备液，然后加入体积比为1∶1的硝酸10mL、混合液40mL，定容至100mL，配制成浓度分别为0、5.0、10.0、20.0、40.0、50.0 ng/mL的As或Se标准工作液；分别移取0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0mLSb标准储备液，然后加入体积比为1∶1的硝酸10mL、混合液40mL，定容至100mL，配制成浓度分别为0、1.0、2.0、4.0、8.0、10.0 ng/mL的Sb标准工作液；分别移取0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、1.2mL Hg标准储备液，然后加入1∶1硝酸10mL，定容至100mL，配制成浓度分别为0、0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、1.2 ng/mL的Hg标准工作液。Hg、Se标准系列工作溶液可以直接测定，As、Sb的标准系列工作溶液在室温下放置30min后，置于自动进样盘内，按仪器条件测定。

1.2.2 重金属元素测定条件的选择

本试验用HG-AFS法测定蚕蛹中重金属元素As、Hg、Se、Sb的含量，混合液、载流液、还原剂溶液、仪器的工作条件见表2。

表2 仪器工作条件Table2 W orking conditionsof the instrument

1.3 试验步骤

1.3.1 样品溶液的制备

称取粉碎后的蚕蛹样品约0.5000 g置于消化管内（每个样品均做3个重复），加入10mLHNO3-HClO4混合酸（6∶1，体积比），再加入1mL 30%的H2O2，盖上表面皿过夜（12 h以上），让其缓慢氧化。次日在通风橱中用消化炉恒温130℃加热至红棕色气体变淡后，将温度升至180℃，在此温度持续加热样品，至消化管内冒出大量的HClO4白烟为止，取下稍冷却，加入5mL 6mol/LHCl，煮沸，取下冷却。将消化好的样品溶液无损失地移入50mL容量瓶中，加水定容，摇匀。Hg、Se可用样品制备液直接进行测定；而As、Sb的测定则要从制备好的样品溶液中分取10mL，再加入2mL混合液，摇匀，放置30min，然后用HG-AFS法进行测定。

1.3.2 样品测定

在表2的仪器工作条件下，分别用As、Hg、Se、Sb的标准系列工作液制作标准曲线，然后在相同的条件下测定试剂空白和样品溶液中各元素的相应值，记录仪器所测得的元素含量。

1.3.3 数据处理

数据的处理及相关分析，主要使用Excel 2003、SPSS 19.0和Origin 7.0等数理统计软件进行，用最小显著差数法（LSD法）对广西区内不同产地蚕蛹样品中的重金属含量进行多重比较的方差分析（α=0.01）。

蚕蛹样品中的被测重金属元素含量：M/（mg/kg）= C×V/（m×1 000）

式中：C为从标准曲线中查到的被测重金属元素的质量浓度，ng/mL；V为湿法消化后定容体积，mL；m为烘干后的蚕蛹样品质量，g。

2 结果与分析

2.1 校准曲线及回归方程

As、Hg、Se、Sb等4个被测元素的回归方程和相关系数分别为：Y=86.756C-66.067，R=0.999 4；Y=228.48C-4.465 4，R=0.999 6；Y=23.625C-10.855，R=0.999 8；Y= 199.98C+9.053 6，R=0.999 2。检出限分别为：0.020、 0.002、0.020、0.020 ng/mL。

2.2 精密度试验

从配制的As、Hg、Se、Sb标准系列工作液中任选一个浓度的待测溶液，在相同的试验条件下分别重复测定6次，具体结果见表3。

表3 仪器的精密度试验结果Table3 Precision testof themethod

由表3可知，As、Hg、Se、Sb四种元素标准工作液浓度测定的相对标准偏差（RSD）远小于5%，由此可见，本试验所使用的仪器精密度非常高。

2.3 蚕蛹样品中的重金属含量

蚕蛹样品重金属元素As、Hg、Se、Sb含量测量的结果见表4。

表4 广西蚕蛹样品重金属含量的测定结果Table4 Resultsof heavym etalcontent in silkworm pupa samplescollected from Guangxi mg/kg

通过对广西区内27个蚕蛹样品重金属含量的测定，从表4可知，As的含量为0.60mg/kg～13.77mg/kg，Se的含量为0.56mg/kg～5.50mg/kg。参照食品安全国家标准GB 2762-2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》和GB 2762-2005《食品中污染物限量》，总砷≤0.5mg/kg，总汞≤0.05mg/kg，总硒≤0.5mg/kg。如果将所测蚕蛹样品与肉类或蛋白类食品的重金属含量标准进行比较，从试验结果来看，所测蚕蛹样品的砷和硒含量均超出了相应的食品安全国家标准。金城江、东兰、贵港、环江、罗城、平南等地的蚕蛹样品，As含量超标比较严重，均在2.4mg/kg以上；在27个蚕蛹样品中，有21个样品的砷含量超标1倍以上，占样品总数的77.78%。在平果和环江采集的蚕蛹样品，Se含量最高的超出食品安全国家标准7倍～9倍以上，约有93%的蚕蛹样品硒含量是食品安全标准的两倍以上。本试验测得的蚕蛹样品的Hg含量在0.003mg/kg～0.059mg/kg之间，96.3%的蚕蛹样品Hg含量符合食品安全相关要求（总汞≤0.05mg/kg），只有采自环江的一个蚕蛹样品（HJ-2）Hg含量超标，采自柳城县和平果县的蚕蛹样品Hg含量达到或接近临界值（分别为0.050mg/kg和0.049mg/kg）。所测蚕蛹样品的Sb含量均比较低（0～0.072mg/kg），因为找不到食品安全的相关标准（如矿泉水中Sb的限量为0.005mg/L），所以无法判断其是否超标。

3 讨论

本试验采用低温湿法对蚕蛹样品进行消化，避免了在高温条件下，干灰化法处理样品时，挥发性元素汞和砷易挥发的问题。采用HG-AFS法测定蚕蛹中的微量元素，具有分析灵敏度高、干扰少、线性范围宽、可进行多元素同时分析等特点，是一种优良的痕量分析技术。从实验测定结果来看，广西不同产地蚕蛹的重金属含量有较大差异，其原因可能与各地不同重金属元素的土壤背景值和工矿企业布局有一定的关系。

由于诸多原因，我国农业环境污染问题突出，形势严峻，在农业产业结构调整过程中，环境污染对桑蚕产业的影响不容忽视。广西的桑蚕种养主要集中在河池、百色、贵港和玉林、贺州等地市，上述地区也是广西有色金属加工冶炼或乡镇企业比较发达的地区。工业三废的排放，尤其是废水、废气对桑园影响比较严重。家蚕食用污染物含量超标的桑叶，重金属元素在其体内累积下来，使得蚕蛹中的重金属含量偏高，通过食物链和生物的富集效应，或通过桑蚕副产品的开发，影响人体健康和生态安全。蚕蛹在食品和保健领域具有广阔的应用前景[25]，因此，蚕蛹食品的安全问题备受关注。砷的毒性很大，食物中过量的砷，还会使人患糖尿病。硒是人体必需的微量元素，对防治癌症[26]、克山病、大骨节[27-29]、心脑血管疾病及提高人体免疫力[30]均有重要影响，但摄入过量也会导致中毒。汞对人的神经及多个系统均有毒性[31-32]，极易通过食物途径进入人体，其生物放大作用使汞中毒问题更加复杂，因此，食物中汞的限量标准非常严格[33-34]。

广西矿产资源丰富，在矿石开采和金属冶炼时，如果管理不善或技术方法处理不当，三废偷排，对环境的危害极大，环境事件时有发生[35-36]。从本研究结果看，所采集的蚕蛹样品As和Se含量全部超标，Hg含量大多没有超标。采自河池的蚕蛹样品，其砷含量普遍超标，编号为JChJ的蚕蛹样品砷含量高达13.77mg/kg，超出食品安全国家标准的26倍之多，编号为DL和HJ的蚕蛹样品的砷含量也超标5倍以上。刘旭辉等（2009）曾对宜州桑叶中的11种微量元素进行检测，结果发现：被测样品中Mn、Cu、Co、Ni、Cr等重金属元素含量较高，均超出了食品安全的国家标准[37]，由此可见当地的环境质量状况可能有待改善。但是，刘旭辉等人当时并没有对宜州桑叶中的As、Hg、Se、Sb等重金属元素含量进行检测，也没有对宜州桑叶采样点的桑园土壤重金属含量进行比较分析，因此，无法说明宜州桑园土壤重金属污染的状况及桑叶重金属超标的主要原因。所测蚕蛹样品中的硒含量普遍超标，可能与桑蚕的主要食物来源（桑叶）有关。桑叶中的硒主要来源于土壤和水源，桑树比一般的植物具有更强的富硒能力[38]。所以，笔者的试验结果，从另一个侧面说明了广西重金属污染问题的严重性，也说明了广西桑蚕业发展所面临的生态风险。遗憾的是，关于重金属污染对广西桑蚕产业影响的相关研究和公开报道并不多见。因为人力物力所限，笔者的该研究也未能从生态系统物质循环和食物链的角度，对广西桑蚕主产区桑园土壤、桑树及蚕蛹中的As、Hg、Se、Sb等重金属含量进行比较分析，以便深入了解桑树对桑园土壤中相关重金属元素的吸收、转运及其在蚕蛹中分配和迁移的规律，为合理规避重金属污染的生态风险提供理论依据。诸多工作有待日后进一步深入和完善。

因为硒是一种对人体健康有重要影响作用的微量元素，富硒食品和保健品开发有广阔的市场前景，因此，利用蚕蛹进行桑蚕副产品开发时，重金属含量检测和产品质量控制（重金属污染处理）是一个关键的技术问题。

河池市的凤山和巴马是远离工业区的县域，污染少、土质及水质好，从对凤山、巴马所产的蚕蛹的重金属含量来看，其所测的重金属元素含量远低于其他产区的蚕蛹，就重金属污染程度来看，其质量优于其他地区的蚕蛹。

4 结论

通过对以上试验结果的分析讨论，笔者认为，广西不同产地的蚕蛹样品重金属含量差异较大，其大小排序为：Se>As>Hg>Sb，不同产地蚕蛹样品中的As和Se含量差异显著；采自工矿区及其周边地区的蚕蛹样品，其重金属元素含量普遍较高；为了减少桑蚕产业风险，保证产品质量，桑蚕种养业应尽量避免或适当远离工矿区；在广西等矿产资源较丰富的省区，以蚕蛹为主要原料的产品开发，应对其重金属含量进行严格监测，并对有害重金属进行有效去除，以降低使用风险，消除安全隐患。

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Determ ination of Arsenic，M ercury，Selenium and Stibium in Silkworm Chrysalis Collected from Guangxiand Analysis of Its Safety Utilization

QINYong-rong，LIHong-sen，LUXi-dong，LUOZhi-yong，LIUXu-hui*
（SchoolofChemistry and Biological Engineering，HechiUniversity，Yizhou 546300，Guangxi，China）

In order to understand the impactofheavymetalpollution on the quality ofagricultural products，so as to provide decision-making basis for the developmentof local industry，silkworm chrysaliswere random collected from themain production areas in Guangxi.Heavymetal contentofarsenic，mercury，selenium and stibium in sampleswere determined bywetdigestion，hydride generation-atomic fluorescence spectrometry.The resultsshowed thatheavymetalcontentofAs，Hg，Seand Sb in sampleswere0.60mg/kg-13.77mg/kg，0.003mg/kg-0.059 mg/kg，0.56 mg/kg-5.50 mg/kg and 0.000-0.072 mg/kg respectively.Referenced to the national food safety standard related，As content in allsamplesexceeded the standard（≥0.5mg/kg）.Se contentof the sampleswere relatively high，and exceeded the national safety standards ofmeatand protein foods（≤0.5mg/kg）. Hg contentofmostsamples（92.6%）didn'texceed the standard，but two samplesof them approached the criticalvalue（0.05mg/kg），oneof the samplesexceeded the standard.Sb content in the sampleswere very low.Because ofunable to find the appropriate food or drug safety standards，whether Sb contentwasexcessiveornot，it could notbe determined.Because of heavymetal pollution，the situation of the samples collected from mining and itsneighboring countieswere particularly serious.Based on the resultsand analysis，some suggestionswere put forward by the authors.Because of Asand Se contentof the silkworm chrysalis collected from Guangxiwere relatively higher than thatof the other places，so，itshould be reasonable to avoid theenvironmental risks in theprocess of silkworm industry development in themining area or its surroundings.Furthermore，the exploitation ofsilkworm byproducts，theheavymetalelementsmustbeeffectively removed orharmless treated.

Guangxi；silkworm chrysalis；heavymetal；arsenic；mercury；selenium；stibium

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.24.027

2016-08-06

广西高校重点学科（桂教科研[2010]6号）；广西校地校企共建高校科技创新平台（桂教科研[2012]9号）；广西教育科学“十二五”规划2013年度立项课题（2013B026）；广西高校大学生创业创新计划项目（20121060509）

覃勇荣（1963—），男（汉），教授，硕士，主要从事桂西北岩溶地区生物资源开发利用与生态保护研究。

*通信作者：刘旭辉（1962—），女，教授，主要从事环境化学分析及岩溶地区资源开发研究。