微波消解-电感耦合等离子体-质谱法同步检测白玉菇中Pb、As、Cd及其健康风险评估

徐明芳，岳 甜，傅利军，刘 莉，张秀敏，马永征，沈林燕，孙 勇,

（1.暨南大学生命科学技术学院，广东 广州 510632；2.北京食品科学研究院，北京 100068）

白玉菇（Hypsizygus marmoreus）又名白玉蕈，如图1所示，隶属担子菌亚门（Basidiomycotina），玉蕈属（Hypsizigus），研究[1]发现白玉菇是一种高蛋白（21.8%粗蛋白）、低脂肪、富含真菌多糖（7.5%多糖）的食品，子实体丛生、洁白清亮、质地脆嫩可口，不仅营养成分丰富，且含有多种生物活性物质，具有提高免疫力、清除体内自由基、预防衰老、降低胆固醇、降低血糖和血压、改善心律等作用[2-3]，享有“闻之松茸，食则玉蕈”的美誉，白玉菇作为近年来从日本引进的一种珍稀品种在抗病毒、抗肿瘤、抗氧化等方面具有重大开发前景，深受国内外消费者青睐的食用菌珍品[4]。

图1 白玉菇子实体Fig. 1 White H. marmoreus

早在1998年Garcia等[5]研究发现食用菌子实体具有生物累积金属离子的能力，且积累量受环境和食用菌种类的影响。Zhu Fangkun等[6]研究表明食用菌的重金属富集能力强于其他农作物，其浓度比蔬菜和水果中的重金属浓度高很多，并且食用菌富集重金属的种类及富集量也都强于一般植物，甚至还可能高于动物[7]。食用菌的重金属来源主要有栽培料、土壤、水源与空气4 个方面，其中木本植物对重金属有一定的吸收积累作用，当农林副产品加工成食用菌的栽培原料时，可通过食用菌的生长、转化、富集到食用菌内，此外重金属不能被土壤微生物降解，它们通过食物链在生物体内富集和转化，超过一定限度时就会对生物体造成毒害作用[8]。因此，对市售白玉菇及其他几种食用菌重金属含量差异性分析，并进行健康风险评估具有重要的现实意义。

近些年，有关食用菌中重金属含量的研究主要集中在前处理方法及测定方法上。常见的食用菌重金属检测前处理方法主要有：干式灰化法[9]、湿法消解法[10-11]、微波消解法[12-15]。郭楠楠等[16]采用不同的前处理方法如干式灰化法、湿法消解法和微波消解法对干香菇进行消解处理，发现微波消解法处理样品的回收率高于前两者。邓艺萍等[17]用微波消解和湿法消解分别测定了5 个国家标准参考物质的金属元素并进行比较，得出微波消解法具有时间短、试剂用量少、污染低等优势。食用菌重金属检测方法的研究主要有原子吸收光谱法[18-20]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[21-22]、原子荧光光度法[23]、电感耦合等离子体质谱（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）法[24]等。其中ICP-MS法被称为微量元素检测的金方法，具有检出限低、准确度高、线性范围宽、抗干扰能力强，可以分析元素的不同形态等特点[25-27]。解楠等[28]采用ICP-MS测定上海市场上银耳、黑木耳、香菇等食用菌中重金属砷（As）、铅（Pb）、镉（Cd）含量，发现ICP-MS具有对多种元素同时进行快速检测的优点。

食用菌健康风险评估中，有研究[29]根据GB 2762—2012《食品中污染物限量》规定的食用菌中Hg限量标准及联合国粮农组织和世界卫生组织（Food and Agriculture Organization/World Health Organization，FAO/WHO）规定的每周Hg允许摄入量现行标准，评价云南野生牛肝菌的食用安全性。研究表明，不同产地、种类牛肝菌菌盖、菌柄中总Hg含量存在明显差异，少数牛肝菌总Hg含量超过相关标准，食用具有一定的潜在风险。张徐惠群等[30]采用原子吸收光度法和原子荧光光谱法测定北京地区市售的18 种食用菌中Pb、As含量，分析食用菌重金属含量的整体趋势，阐明不同品种食用菌的不同测量结果在概率分布上呈现正态分布和偏正态分布的趋势，可用一定含量范围即置信区间代表食用菌中Pb、As元素的含量，评估食用菌中Pb、As含量的健康风险，此外，还有采用污染指数法进行食用菌污染评价。靶标危害系数方法（target hazard quotients/total target hazard quotient，THQ/TTHQ）是美国环境保护局于2000年建立的一种用于评估人体通过食物摄取重金属风险的一种评估 方法[31-32]，具有既能评价单一重金属的潜在风险，又能评价多种重金属复合暴露的健康风险的特点。此外，THQ法是根据成人及儿童的平均体质量而建立的风险分析方法，具有不同年龄段人群的不同参数，更能体现出不同年龄段人群中存在的健康风险，具有适用性较高的特点。该方法是基于假定污染物吸收剂量与摄取剂量相等，以实验所测定的人体摄入的污染物剂量与参考剂量的比值作为评价标准，如果单一重金属风险THQ值小于1， 说明暴露人群并没有明显的健康风险，反之，则可能存在潜在的健康风险。考虑到重金属对人体的危害是由多种重金属元素共同作用的结果，可用TTHQ表示多种重金属复合风险，如果该值小于1，则说明多种重金属复合对暴露人群没有明显的影响，反之，则存在负面影响。与动、植物相比，食用菌具有更强富集重金属的能力，为了评估食用白玉菇摄入的重金属与潜在的健康风险相关性，采用THQ评估非致癌的健康风险具有重要的现实意义。然而不同的消解前处理技术与检测方法对食用菌重金属元素分析会有显著影响，选择高效样品重金属前处理技术，建立快速、准确检测方法，将为食用菌重金属检测及其健康风险评估奠定基础。

本研究采用微波消解-电感耦合等离子体质谱技术（microwave digestion-inductively coupled plasma-mass spectrometry，MD-ICP-MS）建立同步测定白玉菇样品中重金属Pb、As、Cd分析方法，通过THQ/TTHQ评价白玉菇中重金属对人体的健康风险，旨在为白玉菇安全性评价与深加工产品的研发提供依据，也为其他食用菌的重金属健康风险评估提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

随机采集当地超市以及农贸市场销售的袋装白玉菇、香菇、姬松茸和平菇样品，各选取50 g样品，用干净食品袋包装带回实验室立即进行洗涤、烘干处理。

30%过氧化氢（H2O2）、硝酸（HNO3） 广州化学试剂厂；As 国家有色金属及电子材料分析测试中心；Pb、Cd标准溶液 上海麦克林生化科技有限公司。

MARS5微波消解仪 美国CEM公司；7500a电感耦合等离子体质谱仪 美国Agilent公司；超纯水仪 美国Thermo公司。

1.2 方法

1.2.1 样品微波消解处理

食用菌样品用去离子水洗净后在50 ℃烘箱中烘干至质量恒定，经干燥后的样品用食品多功能机粉碎成粉末，过80 目筛后用自封袋密封备用。精确称量干食用菌粉0.500 0 g放入100 mL聚四氟乙烯消化容器中，加入4 mL HNO3和4 mL H2O2浸泡，加盖密封。将消解管对称放入微波消解仪中，开启通风，按表1所列微波消解程序消解样品。冷却后取出消化液，转移到50 mL容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，摇匀，待测，同时做试剂空白和加标回收率实验。

表1 微波消解过程的参数Table 1 Parameters of microwave digestion procedure

1.2.2 样品测定

1.2.2.1 ICP-MS仪器测定参数

参数的设定可直接影响ICP-MS仪器测定的灵敏度、精密度和检出限。首先用质谱调谐液调整仪器至最佳工作状态，以排除质谱干扰，然后采用内标校正法进行校正，排除非质谱干扰。最后将As、Pb、Cd标准溶液稀释成系列浓度标准溶液，与空白试剂、样品溶液分别按表2的仪器工作参数进行测定，由工作站软件分析数据，通过标准曲线对样品中3 种重金属进行定量。

表2 ICP-MS仪器设置参数和采集参数Table 2 ICP-MS parameter settings and acquisition parameters

1.2.2.2 精密度与加标回收率实验

准确称取食用菌干粉0.500 0 g，按样品处理方法进行处理，连续测定6 次，测量精密度；在样品中分别加入As 0.5 mg/kg、Cr 0.05 mg/kg、Pb 1 mg/kg元素的标准液，每个元素重复3 次，结果取平均值计算加标回收率。

1.2.3 重金属污染评价标准

依据GB 2762—2017《食品中污染物限量》[33]的规定，食用菌中各种重金属最高允许限量标准为As 0.5 mg/kg、Pb 1.0 mg/kg及Cd 0.2 mg/kg。

1.2.4 重金属接触人体健康风险评估参数设置与计算

健康风险评估中，THQ和TTHQ计算如式（1）、（2）所示：式中：各参数名称和取值见表3。

表3 食用菌重金属THQ分析参数取值Table 3 Values of the parameters used in the calculation of THQ for heavy metals

单金属靶标危害系数THQ大于1，表明该重金属可引起人体健康风险，THQ值越大则表明该重金属对人体的健康风险越大；TTHQ为多金属靶标危害系数，表示多种重金属复合污染导致的潜在健康风险，TTHQ大于1，表明多种重金属复合污染对人体健康风险。

1.3 统计分析

采用SPSS 19软件进行数据统计分析，采用Excel软件进行图表绘制。

2 结果与分析

2.1 MD-ICP-MS法同步检测白玉菇中重金属As、Pb、Cd

2.1.1 线性回归方程与检出限

采用MD-ICP-MS法测定As、Pb、Cd标准溶液（0、5、10、20、50、100、200、500 ng/mL），以质量浓度为横坐标，对应的峰面积为纵坐标，绘制标准曲线，拟合回归方程及相关系数（R2）。以3 倍的信噪比所对应的质量浓度计算检出限。回归方程、线性范围和检测限如表4所示。

表4 金属元素的线性回归方程与检出限Table 4 Linear regression equations and detection limits of heavy metal elements

由表4可知，As、Cd、Pb的线性范围为0～100 μg/L， 各元素峰面积与其质量浓度呈良好线性关系，相关系数为0.999 5～0.999 6。仪器检出限分别为0.3、0.01 µg/L和0.03 µg/L。

2.1.2 精密度和加标回收率实验结果

表5 样品回收率和精密度实验（n=6）Table 5 Recoveries and precision (relative standard deviation) of spiked samples (n= 6)

由表5可知，加标回收率在98.84%～100.92%之间，表明所建立的方法准确、可靠。所有元素的相对标准偏差低于6%，证明该方法的重复率高、精密度好。

2.2 白玉菇与及其他食用菌中As、Pb、Cd含量差异性

表6 食用菌中重金属（As、Pb和Cd）的总体含量Table 6 Average contents of heavy metals (As, Cd and Pb) in edible fungi

如表6所示，3 种重金属在食用菌中的含量差异较大，且每种重金属含量变化范围较宽，变异系数较高，表现为As（117.13%）＞Cd（108.11%）＞Pb（89.04%），说明不同食用菌种类对同种重金属的富集能力存在很大差异，与前人研究结果相同[37]，此外食用菌富集重金属的量还可能受到环境条件（空气、水、土壤）、栽培技术与原料等其他因素的影响[38]。对于超标率而言，Cd的超标率最高，达到58.33%，As为25%，Pb在这批食用菌中均未超标。

如表7所示，As、Pb、Cd的平均总含量在4 种食用菌中由高到低排序依次为姬松茸＞香菇＞平菇＞白玉菇，且不同食用菌中同一重金属含量的变异系数均不同，这进一步说明了不同食用菌富集重金属的能力不同。其中，白玉菇与香菇Cd超标率达分别到达33.33%与100%；姬松茸中As与Cd的超标率均达到100%；平菇中3 种重金属的平均含量未超过国家标准。食用菌受Cd污染最严重，其次是As。

表7 4 种食用菌中不同重金属的含量Table 7 Contents of different heavy metals in four types of edible fungi

图2 4 种食用菌的As、Pb、Cd平均含量及分布Fig. 2 Average contents and distribution of As, Pb, and Cd in four types of edible fungi

从图2可知，同一重金属在不同食用菌中含量差异较大，As主要分布在姬松茸中，白玉菇中最少，2者间相差近13.6 倍；Pb也是主要分布在姬松茸中，白玉菇中最低，2者间相差近15.7 倍；Cd则以姬松茸中的最高，平菇最低，2者间相差近50.7 倍。由此可知，重金属的积累量与食用菌品种有关，而不同食用菌品种对栽培原料的要求不同，其中，姬松茸属粪草生菌类，采用土壤栽培法，栽培基料中稻草70%、棉子壳10%、牛粪17.5%、尿素0.5%、过磷酸钙1%、石膏1%，主要为稻草、麦草等作物的秸秆及牛粪、禽粪和化肥等粗放型物质；白玉菇跟其他食用菌类相比是一种比较珍贵的食用菌，工厂化生产采用瓶栽培法，栽培基料为锯木屑58%、棉籽壳20%、麦麸15%、玉米面5%、石膏1%、石灰1%等精细物料[39]。因此，食用菌重金属的积累量受栽培原料等其他因素的影响。另外，与对应的重金属国标值相比发现，姬松茸中As平均值超过国标的4 倍；Pb在这4 种食用菌中均没有超标；姬松茸和香菇中，Cd平均值分别为国标的8.9、3.8 倍，结果表明，白玉菇与其他几种食用菌相比存在Cd残留风险，姬松茸样品中存在As、Cd安全风险。

2.3 食用菌途径摄入重金属的人体健康风险评估

表8 4 种食用菌中As、Pb和Cd的THQTable 8 THQ of As, Pb and Cd in the four types of edible fungi

如表8所示，对于成人而言，所有的香菇、姬松茸和平菇与部分白玉菇（33.33%）中单一金属As THQ均 大于1，说明成人摄入所采集的食用菌中的As对健康的危害程度最大；所有姬松茸与部分香菇（66.67%）中的Cd存在THQ值大于1，Cd危害程度其次，从单一重金属总体的风险看，3 种重金属成人THQ值由高到底排序为As＞Cd＞Pb，其中白玉菇与平菇存在As摄入健康风险较低，姬松茸与香菇存在As、Cd摄入健康风险较高。对于儿童而言，所有的香菇、姬松茸、平菇与白玉菇中单一金属As THQ均大于1，说明儿童摄入所采集的4 种食用菌中的As对健康的危害程度最大；所有姬松茸、香菇与部分白玉菇（33.33%）中的Cd存在THQ值大于1，Cd危害程度低于As，从单一重金属总体的风险看，3 种重金属儿童THQ值由高到底排序为As＞Cd＞Pb，其中As和Cd在儿童中的THQ值均超过1，说明儿童进食所采集的4 种食用菌存在As和Cd的膳食摄入风险。

表9 4 种食用菌重金属的TTHQTable 9 TTHQ of heavy metals in the four types of edible fungi

如表9所示，对成人和儿童而言，所有食用菌均存在重金属TTHQ值大于1的情况，且姬松茸＞香菇＞ 平菇＞白玉菇，儿童摄入3 种重金属的TTHQ值均高于成人，此外，4 种食用菌重金属的TTHQ的总体平均值均超过1。本实验说明，从多种重金属复合风险看，成人和儿童如果摄入此批姬松茸、香菇存在潜在风险较高，而平菇和白玉菇则潜在健康风险较低，食用菌种类不同，对重金属的富集能力差异较大，这不仅跟食用菌的培养料有关，当培养料中重金属含量升高时，一般情况下该重金属在食用菌中的含量也会随之升高[40]，而且食用菌菌盖（富含孢子）与菌柄（网状多孔通道）结构的差异性[41]会影响重金属积累量，食用菌本身的富集能力的差异，例如食用菌种类、子实体形态部分、发育阶段、菌丝年龄和生化成分差异性也可能导致不同食用菌中重金属的含量差异较大[42]。

表10 单一重金属对成人和儿童的复合健康风险贡献率Table 10 Contribution ratios of single heavy metals in edible fungi to TTHQ for adults and children

如表10所示，As的贡献率最高，表明4 种食用菌对成人和儿童的复合健康风险主要由As引起，其次是Cd。因此从多种重金属复合风险看，As和Cd是这4 种食用菌中的主要重金属污染物，应引起重视。

3 结 论

建立MD-ICP-MS同步测定白玉菇中As、Pb、Cd的方法，在一定范围内，回归方程线性关系良好，相关系数大于0.999 5，适合食用菌重金属快速准确检验。将此方法用于检测市售采集的白玉菇中重金属含量，并与其他3 种菌菇（姬松茸、香菇和平菇）对比重金属含量差异性，研究发现，白玉菇与香菇、姬松茸和平菇相比，重金属的总体平均量最低，姬松茸中的重金属含量最高，4 种食用菌重金属的平均含量As＞Cd＞Pb，其中As与Cd均高于国标值，Cd的阳性超标率高于As和Pb，表明不同食用菌富集重金属的能力具有很大差异。靶标危害系数法THQ研究结果显示，从单一重金属看，3 种重金属成人与儿童的THQ值排序均为As＞Cd＞Pb，且As和Cd的THQ值均大于1，说明成人和儿童均存在As和Cd的膳食摄入潜在风险，其中As对健康的危害程度最大；从多种重金属的总体复合风险看，所有食用菌3 种复合重金属TTHQ值均大于1，而且白玉菇与其他3 种食用菌对成人和儿童的复合健康风险主要由As引起，其次是Cd，研究提示食用菌栽培过程中栽培料及土壤水质等各环节的重金属含量的控制，对于保证食用菌的安全性具有重要的现实意义，该研究将为白玉菇等食用菌深加工产品研发和质量安全性评价提供科学理论依据。