籼米中金属元素污染物分布及与加工程度的关系研究

冯 吉,杨明月,陈 红,潘志明,庞 源,黄 露,张云丰,张 庶

(1.德阳市食品药品安全检验检测中心,四川 德阳 618000； 2.德阳市食品药品安全监测和举报投诉中心，四川 德阳 618000; 3.德阳市产品质量监督检验所，四川 德阳 618000)

籼米中金属元素污染物分布及与加工程度的关系研究

冯 吉1,杨明月2,陈 红1,潘志明1,庞 源3,黄 露1,张云丰1,张 庶1

(1.德阳市食品药品安全检验检测中心,四川 德阳 618000； 2.德阳市食品药品安全监测和举报投诉中心，四川 德阳 618000; 3.德阳市产品质量监督检验所，四川 德阳 618000)

用电感耦合等离子体质谱法检测27个不同加工程度的籼米中3种金属元素污染物含量。结果表明，稻谷中金属元素呈不均匀分布，且各个部位含量差异较大，其中糙米表面和近表面元素含量较高，近中部和糙米中部含量较低。随着加工程度加大，铅(Pb)、镉(Cd)和铬(Cr)3种污染物的含量逐渐降低，且原子量较大的金属元素下降的趋势更明显。

电感耦合等离子体质谱法；籼米；污染物；加工程度

食品污染物[1]是食品中产生的或由环境污染带入的、非有意加入的化学性危害物质。通过食品污染物源头控制和生产过程控制相结合，重点对食品原料中污染物进行控制，严格生产过程卫生控制，可降低食品终产品中相关污染物含量。食品中污染物是影响食品安全的重要因素之一，是食品安全管理的重点内容。

《食品安全国家标准 食品中污染物限量(GB 2762-2016)》中规定了常见的食品污染物。其中，铅(Pb)、镉(Cd)和铬(Cr)是稻谷中较容易富集的3种金属元素污染物。因此，近年的“国家食品安全监督抽检实施细则”均将Pb、Cd和Cr列入“大米检验项目”中的必检项目。金立新等[2]研究表明，大米重金属污染以镉较为常见。

稻谷由颖(稻壳)和颖果(糙米)组成，颖果由果皮、种皮、珠心层、糊粉层、胚乳及胚组成。谷皮层、糊粉层富集了稻谷内除了淀粉以外主要的营养物质，矿物质元素含量丰富。果皮、种皮和糊粉层通常称为糠层，作为大米加工过程中的“下脚料”常用于饲料工业。我们吃的加工大米主要是稻谷的胚乳部分，富含碳水化合物，供应我们能量。因此，研究籼米中金属元素污染物分布及与加工程度的关系有较强的现实意义。

1 材料与方法

1.1 样品来源与分布

2016-11-2016-12，分别采集不同产地的金属元素污染物可能含量较高的籼稻样品27个，每个样品约1～2 kg，主要品种有德香4103、蓉稻906等。

1.2 试剂与仪器

1.2.1试剂

硝酸(电子级)，成都市科龙化工试剂厂;多元素标准溶液，国家有色金属及电子材料研究院;ICP-MS标准模式调谐液，美国Perkin-Elmer公司;大米加工精度行业标准样品，宜兴市粮油集团大米有限公司;所用水均为超纯水(电阻率不小于18.3 MΩ·cm)。

1.2.2仪器

NexION 300X电感耦合等离子体质谱仪，0～1 000 μl可调移液器，UPTII-20超纯水机，HGG-1分样器，JLG-II型砻谷机,JNM-III型碾米机，AL204电子天平，DJ-02倾倒式粉碎机，EH20A 微控数显电热板。

1.3 方法

1.3.1样品前处理

将采集的样品进行随机编号，用分样器取得有代表性样品，每个样品分成4份，使用砻谷机、碾米机加工。砻谷机用于稻谷脱壳，得到糙米。碾米机碾磨40 s,得到加工精度三级米;碾磨90 s,得到加工精度一级米。

参考食品安全国家标准的检验方法，称取固体试样0.5 g(精确至0.001 g)于锥形瓶，加入10 ml 硝酸，于可调式电热板上(参考条件：设置电热板温度为120℃，保持0.5～1 h；再从120℃升至180℃，保持2～4 h；最后从180℃升至200～220℃，至冒白烟，消解结束)。若消化液呈棕褐色，再加少量硝酸，消解至冒白烟，消化液呈无色透明或略带黄色，取出消化管，冷却后用水定容至10 ml ，混匀备用。同时做试剂空白试验。

1.3.2仪器工作参数

电感耦合等离子体质谱仪的工作参数见表1。

表1 仪器工作参数

2 结果与分析

2.1 线性方程的斜率、截距与相关系数

用Excel软件进行数据处理，测定待测元素的信号响应值，以待测元素的浓度为横坐标，待测元素的响应信号值为纵坐标，绘制标准曲线。Pb、Cd和Cr 3种元素的原子量、线性方程及相关系数见表2。

表2 3种元素的原子量、线性方程的斜率、截距及相关系数

由表2可见，电感耦合等离子体质谱有很好的线性相关性，可以同时测定Pb、Cd和Cr这3种元素，适合籼米中的金属元素污染物含量分析。

2.2 不同加工程度对籼米中铅、镉含量的影响

金属元素污染物含量较高的27份样品，按加工程度划分得到的Pb、Cd含量绝对值(μg/g)见表3(Cr含量较低，未标示)。27份样品Pb、Cd含量绝对值(μg/g)的总平均值见图1(Cr含量较低，未标示)。

表3 不同加工程度的样品中铅和镉污染物含量 μg/g

图1不同加工程度籼米中的Pb和Cd含量

2.3 加工程度与金属元素污染物的变化趋势

把籼稻稻谷中的Pb、Cd和Cr含量设定为100%，随着加工程度的变化，三种的含量同时变化。Pb、Cd和Cr百分含量见图2。

由图1和图2可以看出,随着加工程度不断加大，籼米中的金属元素污染物Pb、Cd和Cr的含量是呈逐渐降低的趋势。用方差分析不同加工程度之间金属元素污染物含量水平，设显著性水平α=0.05，得到不同加工程度组间差异显著(P<0.05)。

由图2还可见，砻谷机去除籼稻的稻壳过程中，Pb的含量变化是最大的。说明Pb在稻壳中含量较高。随着加工程度的不断加大，Pb的含量下降速度是最快的，而Cd和Cr的下降速度比较缓慢。

图2 不同加工程度籼米中的Pb、Cd和Cr百分含量

3 结果与讨论

3.1 电感耦合等离子体质谱法优点

电感耦合等离子体质谱法的优点[3]是可以一次进样，同时测定样品中的多种元素含量，很适合对大米中的多种污染物进行定量分析。硝酸湿法消解技术，操作步骤简单，使用仪器和试剂少，减少了其他试剂引入的污染，是非常经济高效的样品处理方法，可以批量处理大量的样品。

3.2 加工程度与元素流失的关系

砻谷机脱壳，得到糙米(颖果)；糙米经碾米机碾去皮层和部分糊粉层，得到成品大米。从营养的角度看，加工程度越大，大米的营养元素流失也越多。钱丽丽等[4]、陈义芳[5]、陈刚[6]、刘昆仑[7]、邓勇军[8]研究表明，不同加工等级大米中营养元素(硒、锰、铜、锌、铁和钙等)等组成不发生变化，但营养元素含量特征是不同的，稻谷中元素是不均匀分布，且各个部位含量差异较大，其中糙米表面和近表面元素含量较高，近中部和糙米中部含量较低；对糙米来说，在外层的糊粉层中元素含量要比其他部位高得多。

因此，不可过度追求大米外观品质，应适度加工，改进大米的加工过程，尽量减少营养元素的流失这对于有效地利用稻谷的营养元素具有重要意义。

加工程度越大，食品金属元素污染物的含量也越低。特别是一些在稻谷外表面较多检出的真菌毒素、大原子量的金属元素污染物，如果增大加工程度能有效去除稻谷的外层，确实有助于提高大米的食品安全水平。

3.3 原因分析

可能是由于金属元素原子量越大，其体积越大，越容易被多孔的稻谷外层截留，从而使内层的含量较低。金属元素原子量越小，其体积也越小，越难以被多孔的稻谷外层截留而进入稻谷的中心地带。

4 结论

粮食加工企业在追求大米外观的完美和加工精度提高的同时，虽然损失了一部分营养物质，但是对减少食品金属元素污染物的含量有一定价值。本研究对土壤、水源受金属元素污染地区所生产的稻谷，用提高加工精度的方式减少一部分食品金属元素污染物的危害有一定参考意义。

另外，稻谷加工过程中的谷壳、谷糠等如果用于饲料工业，需注意金属元素在动物体内的蓄积和通过食物链向人体的传导。

致谢

德阳市产品质量监督检验所为本项研究提供了良好的研究环境，在此表示感谢。

[1] 国家食品药品监督管理总局. 食品安全国家标准 食品中污染物限量:GB 2762—2016[S].北京：中国标准出版社，2016.

[2] 金立新，侯青叶，包雨函，等.德阳镉污染农田区生态安全性及居民健康风险评价[J].现代地质, 2008, 22(6): 984-989.

[3] 游小燕，郑建明，余正东.电感耦合等离子体质谱原理与应用[M].北京：化学工业出版社.2014：145-146.

[4] 钱丽丽，宋春蕾，李志江，等.大米中营养元素分布及与加工精度的关系[J].食品科学，2015，36(12)：129-132.

[5] 陈义芳, 周卫东, 孙国荣, 等. 水稻籽粒不同部位与Al、Cd、Pb含量的关系[J]. 江苏农业学报, 2007, 23(2): 93-97.

[6] 陈 刚，刘爱平，周卫东，等.Ca在水稻籽粒中的富集及其与其他7种元素的关系[J]. 生态学报, 2007, 27(12): 5 318-5 324.

[7] LIU Kun-lun, CAO Xiao-hong, BAI Qing-yun, et al. Relationships between physical properties of brown rice and degree of milling and loss of selenium[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 94: 69-74.

[8] 邓勇军, 张一云, 吴丽萍, 等. 荧光分析方法对大米加工过程中微量元素流失规律的研究[J]. 四川大学学报(自然科学版), 2002, 39(6):1 065-1 069.

Relationshipbetweenmetalelementscontaminantsdistributioninindicariceandprocessingdegree

FENG Ji1,YANG Ming-yue2,CHEN Hong1,PAN Zhi-ming1,PANG Yuan3,HUANG Lu1,ZHANG Yun-feng1,ZHANG Shu1

(1.Deyang Food and Drug Safety Inspection Center,Deyang 618000,China;2.Deyang Food and Drug Safety Monitoring and Reporting Complaints Center,Deyang 618000,China;3.Deyang Product Quality Supervision and Inspection Institute,Deyang 618000,China)

The contents of 3 kinds of mineral elements in 27 rice samples collected with different processing levels were determined by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS).The results showed that the contents of metal elements were different in different parts of paddy, and their contents were higher on the surface than near the core and in the core of rice caryopsis. With the increase of processing degree, the contents of 3 kinds of metal elements, such as Pb,Cd and Cr, decreased gradually, and the decreasing trend of metal elements with more atomic weight was more obvious.

inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS); indica rice; contaminants; processing degree

2017-04-24；

2017-11-27

冯 吉(1981-)，男，高级工程师，研究方向为食品安全检验检测。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.12.001

TS207.5;TS212.4.

A

1003-6202(2017)12-0001-03

赵琳琳)