临沂基地不同食药用菌中6种金属元素的ICP-MS检测

谢 玲 马湘豫 高楚倩 李兰芝 夏志兰*

临沂基地不同食药用菌中6种金属元素的ICP-MS检测

谢 玲1, 2, 3马湘豫1高楚倩1李兰芝4夏志兰1, 2, 3*

（1. 湖南农业大学园艺学院中药系，长沙 410128；2. 湖南省蔬菜重点实验室，长沙 410128；3. 湖南省食用菌工程技术研究中心，长沙 410128；4. 湖南农业大学湖南省农业大数据分析与决策工程技术研究中心，长沙 410128）

食药用菌；品种；电感耦合等离子质谱分析；限量重金属；综合污染指数；富集系数

食药用菌（edible & medicinal mushrooms）泛指一类能够形成大型子实体或菌核并具有食用或药用功能的真菌类群[1]，如凤尾菇[2]、猴头菇[3]、姬松茸[4]、银耳[5]、蛹虫草[6]等，其被证实具有抗氧化、抗炎、免疫调节和抗肿瘤等多种药用价值。食药用菌均具有较强的金属富集能力[7]，金属超标现象屡见不鲜，尤其是农户栽培的产品，由于缺乏安全栽培标准作指导，问题较突出。为了保证食用菌食用安全，我国《GB2762—2017食品安全国家标准食品中污染物限量》和欧盟标准[8]对食用菌中常见重金属铅、镉、汞、砷都有严格的限量规定。因此，有必要对农户栽培的食药用菌产品及相应的栽培基质进行金属元素含量的检测，了解目前农户食药用菌产品质量现状和不同食药用菌品种的金属富集能力，以为种植者选择安全可靠的栽培基地及栽培品种提供参考和借鉴。

富硒、富锌农产品研究与开发是近年的热点。国内外已开发的富硒大豆[9]、富锌小麦[10]等产品因受到地域、硒（锌）转化效率低以及人为添加金属元素易产生安全风险等原因而发展受限。而食药用菌栽培物料低廉易得，栽培不受地域限制，且硒、锌转化效率较高，甚至有不通过人为添加就可获得富硒、富锌产品的可能。因此，筛查不同食药用菌品种富集硒、锌的能力同样具有重要意义。

本研究通过电感耦合等离子质谱分析技术（ICP-MS）调查来自临沂某基地的灵芝、茯苓等10个食药用菌常规栽培品种新鲜子实体（菌核）及相应栽培基质中砷、镉、锌、硒等元素的含量及富集规律，初步明确不同食药用菌品种以及同一品种不同部位对不同金属元素的富集能力，为食药用菌安全栽培的品种选择、评价及富硒（锌）产品开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

（1）试验材料。2018年1月至2019年11月期间收集来自山东临沂某基地的10种食药用菌及其栽培基质，共50个新鲜子实体（菌核）样品和100个栽培料（包括初级和栽培后期两个阶段）样品。上述10种食药用菌分别为灵芝，茯苓，银耳，蛹虫草，木耳，猴头菇，姬松茸（巴西蘑菇），香菇，羊肚菌，凤尾菇

（2）仪器。电子分析天平（AUW320，日本SHIMADZU）；超纯水系统（Select Descale纯水系统，英国Purite）；微波消解仪（MK-II 型压力自控微波消解系统，上海新科）；电感耦合等离子体质谱仪（7900型，美国安捷伦）；赶酸仪（GST25-20型赶酸仪，天津莱玻特瑞）。

1.2 方法

（1）微波消解。称取样品0.20 g于消解罐中，先后加入7 mL硝酸和1.5 mL过氧化氢溶液，盖上罐帽放入微波消解仪中，消解完毕后冷却取出，置于加热仪上赶酸，冷却后用超纯水定容至100 mL。

（2）ICP-MS工作条件[11]。雾化器：Bablington高盐雾化器；雾化室：石英双通道scott雾化室；矩管：石英一体化，1.5 mm中心通道；雾化室温度：2 ℃；取样锥：1.0/0.4 mm（Ni）锥；载气流速：0.85 L/min；高频发射功率：1 450 W；混合气流量：0.28 L/min；样品提升速率0.1 r/s；等离子气流量：15.0 L/min；采样深度：7.0 mm；辅助气流量：1.0 L/min；样品提升量：0.4 mL/min；氦气流量5 mL/min。

（3）限量重金属污染评价。借鉴强承魁等人的评价方法[12]，采用单因子污染指数（P）结合综合污染指数（）进行评价：①P=T/S，其中T为x重金属元素的实测值，S为x重金属元素的限量标准值，P>1.0时代表污染，P<1.0时代表未污染；②{[(P)2+(P)2]/2}1/2，其中(P)为x重金属元素污染指数最大值，(P)为x重金属元素污染指数平均值。>1为污染，<1为安全。

（4）富集系数评价。采用富集系数（bio-enrichment coefficients，BCF）[13]对药用菌重金属富集能力进行评价。计算公式为：BCF=C/C。其中C为药用菌子实体内重金属平衡浓度，C为培养基质中重金属平衡浓度。若BCF>1，说明该药用菌对该元素相对富集，BCF值越大，对该元素的富集能力越强，由此可评价元素的富集程度。

（5）统计分析。采用PASW l8.0 for Windows和Origin7.5软件进行分析处理，One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test进行正态性分析和ANOVA进行多组数据的单因素方差分析，LSD两两比较，两组数据进行独立样本T检验。其中＜0.05为统计学意义上的显著性差异，>0.05为无显著性差异。

2 结果与分析

2.1 金属元素线性方程及相关系数

各金属元素标准品相关线性方程及相关系数见表1。从表1可知，样品中6种金属元素浓度在0～100 µg/L检测范围内，线性关系良好。

2.2 子实体中6种金属元素含量

As、Cd、Pb、Cu等限量重金属过度摄入对人体有害，在人体中积累到一定程度可能会引起慢性中毒。从表2可知，①As含量均值：除姬松茸和凤尾菇外，其他8种食药用菌均小于1 mg/kg，其中又以凤尾菇子实体中As含量最高，为15.5320.269 mg/kg。②Cd含量均值：除香菇子实体为4.3540.222 mg/kg，大于1 mg/kg外，其他9种均小于1 mg/kg。③Pb含量均值：除蛹虫草达1.7660.083 mg/kg外，其他9种均小于1 mg/kg。④Cu含量均值：蛹虫草、姬松茸、猴头菇、香菇4个品种均高于10 mg/kg，其中姬松茸高达51.9541.098mg/kg；除羊肚菌外的其他5个品种也均大于1 mg/kg。

表1 6种金属元素的线性回归方程及相关系数

表2 10种食药用菌子实体（或菌核）中6种金属元素含量比较(mg/kg，n=5)

2.3 子实体中4种限量重金属污染评价

4种重金属的限量标准，As、Cd参考欧盟2006年颁布的委员会条例（EC）No1881/2006及2014年修订条例（EU）No488/2014，并结合国际食品法典委员会（CAC）颁布的《食品和饲料中污染物和毒素同用标准CODEX STAN193-2013》的规定，As≤1.0 mg/kg，Cd≤1.0 mg/kg（香菇或平菇0.2 mg/kg）；Pb限量值参考《食药用菌卫生标准GB 7096-2014》《食品安全国家标准食品中污染物限量GB2762-2012》及其他我国标准中对食药用菌的规定，Pb≤1.0 mg/kg（香菇或平菇0.3 mg/kg）；Cu限量值参考蔬菜标准，Cu≤10.0 mg/kg。

由上述限量标准对照表3可知：①单因子污染指数（P），姬松茸和凤尾菇子实体中As的P>1，香菇子实体中Cd的P>1，蛹虫草和凤尾菇子实体中Pb的P>1，且蛹虫草、猴头菇、姬松茸和香菇4种子实体中Cu的P均大于1，提示上述几种食药用菌样品存在某种限量重金属污染风险。②综合污染指数（）：结果显示值的大小顺序为香菇>凤尾菇>姬松茸>蛹虫草>猴头菇>灵芝>木耳>茯苓>银耳>羊肚菌，且前4种子实体中值均大于1，提示存在4种限量重金属污染。由此可知，农户在选择食药用菌栽培品种时，从重金属限量安全的角度考虑，应尽量避开容易受到重金属污染的品种如香菇、凤尾菇等，而选择相对安全的木耳、银耳和羊肚菌等品种。

2.4 前期栽培料或培养土中6种金属元素含量

表3 10种食药用菌子实体中4种限量重金属的污染评价（mg/kg，n=5）

表4 10种食药用菌前期栽培料（或培养土）中6种金属元素含量（mg/kg，n=5）

a：各组与灵芝组比较且有显著性差异（<0.05）；b：各组与茯苓组比较且有显著性差异（<0.05）；c：各组与银耳组比较且有显著性差异（<0.05）；d：各组与蛹虫草组比较且有显著性差异（<0.05）；e：各组与木耳组比较且有显著性差异（<0.05）；f：各组与猴头菇组比较且有显著性差异（<0.05）；g：各组与姬松茸组比较且有显著性差异（<0.05）；h：各组与香菇组比较且有显著性差异（<0.05）；i：各组与凤尾菇组比较且有显著性差异（<0.05）；无显示表明无显著性差异，>0.05。a：各组与灵芝组比较且有显著性差异（<0.05）；b：各组与茯苓组比较且有显著性差异（<0.05）；c：各组与银耳组比较且有显著性差异（<0.05）；d：各组与蛹虫草组比较且有显著性差异（<0.05）；e：各组与木耳组比较且有显著性差异（<0.05）；f：各组与猴头菇组比较且有显著性差异（<0.05）；g：各组与姬松茸组比较且有显著性差异（<0.05）；h：各组与香菇组比较且有显著性差异（<0.05）；i：各组与凤尾菇组比较且有显著性差异（<0.05）；无显示表明无显著性差异，>0.05。

（2）由于羊肚菌的栽培大多采用畦作法，检测对象并不适合选择原始菌料，而宜采用与子实体直接接触的培养土。结合其余9个品种菌料平均值来看，羊肚菌培养土中As、Cd、Pb、Cu、Zn、Se的含量均较低，且无重金属超限情况。

2.5 后期栽培料或培养土中6种金属元素含量

除羊肚菌外，其余9个食药用菌品种后期栽培料中6种金属元素含量检测结果见表5。As含量，除茯苓组和蛹虫草组极低外，有三组含量高于1.0 mg/kg，数值区间为0.000～1.894 mg/kg；Cd含量各组均小于1.0 mg/kg，除茯苓与木耳、木耳与凤尾菇比较有显著差异外，其余各组两两比较并无显著性差异，平均值区间为0.000～0.902 mg/kg；各组平均值区间Pb含量为0.148～15.164 mg/kg，Cu含量为1.610～12.012 mg/kg。综上，9种食药用菌后期栽培料中As、Cd、Pb、Cu 4种限量重金属含量较前期变化明显，推测主要与物种的富集能力强弱有关。10种菌料/土中的Zn含量均值区间为1.404～105.542 mg/kg，Se为0.014～0.406 mg/kg。

2.6 子实体中各金属元素的富集系数（BCF）

（1）As、Cd、Pb、Cu富集系数。从表6可知，对As的BCF值，有8种食药用菌较小且均小于1；仅姬松茸和凤尾菇除外，姬松茸为3.4159，有一定的富集能力，而凤尾菇高达33.7652，值得重点关注。对Cd的BCF值，姬松茸为10.0312，香菇为6.2919，均表现出较强的富集能力，与文献报道相符[14, 15]，其次为凤尾菇（BCF=4.6667）。除蛹虫草对Pb有较强的富集能力外（BCF=11.9324），其他9种食药用菌均无明显富集且BCF≤0.2527。值得关注的是，此次检测到5种食药用菌对Cu有富集能力，BCF值大小顺序为姬松茸>蛹虫草>茯苓>猴头菇>香菇，其中姬松茸对Cu的BCF值为6.0090。

表5 10种食药用菌后期栽培料（或培养土）中6种金属元素含量（mg/kg，n=5）

姬松茸0.678±0.0400.064±0.0113.300±0.2688.646±0.19567.388±0.9160.094±0.009 香菇0.376±0.0150.692±0.0352.516±0.1308.316±0.13449.814±0.4880.168±0.017 凤尾菇0.460±0.0270.024±0.0112.890±0.0607.256±0.12546.888±0.6970.156±0.016 羊肚菌（培养土）0.068±0.0110.012±0.0050.852±0.0380.330±0.0301.404±0.0470.052±0.011

表6 10种食药用菌金属元素富集系数比较（n=5）

注：∞表示不能成功检测到培养料的Cd含量平衡值，进而无法计算出对应的富集系数。

（2）Zn、Se富集系数。由表6可知，有6种食药用菌对Zn的BCF值大于1，表现出一定的富集能力，其中以猴头菇为最高（BCF=3.6535），其次为蛹虫草（BCF=2.4386）；蛹虫草、猴头菇、姬松茸、香菇、凤尾菇对Se的BCF值均大于1，其中以蛹虫草的最高，为11.1428。

进一步分析表6可知，灵芝对6种金属元素的BCF≤0.4924，表明其对上述6种金属元素的富集能力均不明显，在栽培过程中控制好培养料的安全性，较易达到质量安全限量标准，木耳富集能力与之相似。茯苓仅对Cu表现一定的富集能力（BCF=3.4497）。银耳仅对Zn表现较低的富集能力（BCF=1.3867）。蛹虫草对Pb、Se、Cu和Zn均有一定的富集能力，其中Pb、Se的BCF≥11.1428，表明在其栽培过程中应高度注意对栽培物料质量的管控，同时表明其在富锌产品开发方面具有潜力。猴头菇对Cu、Zn、Se具有一定的富集能力，BCF值大小顺序为Se（5.6757）>Zn（3.6535）>Cu（1.6572）。6种金属元素中，姬松茸对Cd的富集能力最强（BCF=10.0312），其次为Cu（BCF=6.0090）、As（BCF=3.4159），BCF值大小排序为Cd>Cu>As>Se>Zn>Pb，表明姬松茸栽培过程需要特别注意重金属限量安全问题。香菇对Cd、Cu、Zn和Se均有一定的富集能力，其中对Cd的BCF值最高，为6.2919，表明在其栽培过程应关注物料中Cd的含量。凤尾菇对As、Cd的富集能力较强，BCF值分别为33.7652和4.6667，表明需要格外关注其栽培的质量安全控制；其对Zn和Se也表现出一定富集能力。羊肚菌对6种金属元素的BCF≤0.3077，富集能力弱。

2.7 6种金属元素在灵芝、茯苓、凤尾菇子实体（菌核）不同部位中的含量分布

对灵芝组数据进行单因素方差分析，对茯苓组、凤尾菇组数据分别进行独立样本t检验后的结果见表7。

（1）灵芝。As、Cd、Pb、Cu含量，灵芝不同部位检测数据各组间比较均具有显著性差异（<0.05）。As含量分布规律为菌肉层>菌柄>菌盖皮，而Cd、Pb、Cu含量分布均为菌柄>菌盖皮>菌肉层。此结论与部分研究报道的金属元素含量在其他大型真菌不同部位中一般呈现菌盖大于菌柄的规律存在差异[16]，猜测可能与灵芝特殊性质有关。目前未见有灵芝金属元素不同部位分布规律的文献报道。Zn含量分布为菌柄>菌盖皮>菌肉层，而Se含量分布各部位没有显著性差异（>0.05）。

表7 灵芝、茯苓、凤尾菇子实体（菌核）不同部位金属元素含量比较(mg/kg，n=5)

a：灵芝各组与灵芝菌肉层组比较且有显著性差异（P<0.05）；b：灵芝各组与灵芝菌盖皮组比较且有显著性差异（P<0.05）；c：灵芝各组与灵芝菌柄组比较且有显著性差异（P<0.05）；d：去皮茯苓块与茯苓皮组比较且有显著性差异（P<0.05）；e：凤尾菇菌盖与凤尾菇菌柄组比较且有显著性差异（P<0.05）；无显示表明无显著性差异，P>0.05。

（3）凤尾菇。凤尾菇菌盖中5种金属元素（As、Cd、Cu、Zn、Se）含量均高于菌柄且具有显著性差异，与诸多文献报道一致[17]。而Pb含量分布规律菌柄高于菌盖，且差异显著。

3 结论与讨论

金属元素在食药用菌中的积累是多种因素共同作用的结果，包括栽培基质中元素的个体物种特征和背景水平[18]。为减少品种干扰和不同基地的背景干扰，本研究选择来自同一基地的不同食药用菌品种的子实体或菌核和相应的后期栽培物料来检测金属元素含量，并评估其富集能力。

3.1 As、Cd、Pb、Cu限量重金属元素含量与不同食药用菌品种的关系

临沂某基地10种食药用菌子实体样本检测结果中，凤尾菇As含量相对值最高，为15.5320.269 mg/kg，香菇Cd均值为4.3540.222 mg/kg，姬松茸子Cu含量高达51.9541.098 mg/kg，提示农户在选择此类品种时，应当密切关注产品中限量重金属的超标问题。

通过单因子污染指数（P）和综合污染指数（）对4种限量重金属污染情况进行进一步评价，结果样品中香菇、凤尾菇、姬松茸和蛹虫草4个品种存在一定的重金属污染。建议农户在选择栽培这类品种时，要特别关注栽培基质和管理过程的金属元素含量问题，或选择相对安全的如银耳、羊肚菌等品种，以保障产品质量安全。

对初始栽培基质中金属元素的含量考察结果表明，除羊肚菌外，2018—2019年间样品基地所用的食药用菌原料的4类限量重金属元素含量趋于稳定，基本无超限情况。说明该基地一段时间内所用的栽培原料较安全且稳定，提高了后续各品种富集系数的准确性。但后期检测到栽培料中金属元素平衡值总体表现出明显的差异，说明栽培品种、栽培环境和栽培管理对食药用菌的金属元素含量影响巨大。可从低富集食药用菌品种、降低栽培物料重金属水平、控制栽培过程等方面入手，降低子实体中有害限量重金属含量水平，值得注意的是，此次检测到羊肚菌初期和后期培养土中4种限量重金属元素含量均明显低于其他品种，推测与羊肚菌采用畦作法有关。基于本研究中检测到羊肚菌子实体及培养土中4类限量金属含量偏低，有必要作进一步的检测和分析。

从富集系数（BCF）来看，检测的10个品种中，对As富集系数最高值出现在凤尾菇组，BCF=33.7652；姬松茸对Cd有较强富集能力，BCF=10.0312；蛹虫草对Pb的BCF值达11.9324；而姬松茸对Cu的BCF值为6.0090。结合上述栽培基质金属含量平衡值发现，尽管姬松茸对Cd的富集能力较强，但子实体中Cd含量无超限情况（<1 mg/kg），说明选择高富集系数的食药用菌品种，可通过有效控制栽培物料中的初始重金属含量，加强栽培管理，生产出安全的产品。

值得注意的是，尽管不能成功检测到猴头菇和蛹虫草培养料中Cd含量平衡值，也无法计算出对应的富集系数，但结合本实验结果及文献报道[19]，推测猴头菇和蛹虫草对Cd有一定的富集能力，下阶段可通过胁迫实验进行验证。从富集系数的角度选择栽培品种，建议避开对限量重金属富集能力强的凤尾菇、姬松茸等，选择富集能力弱的灵芝、银耳、木耳等。

3.2 不同食药用菌品种的Zn、Se元素含量

Zn对人体生长发育、生殖遗传、免疫、内分泌等重要生理过程起着极其重要的作用，被人们誉为“生命之花”和“智力之源”。缺锌导致生长迟缓、性腺功能减退、免疫功能障碍和认知障碍[20]。以赣南地区为例，2014年2 200名儿童全血微量元素检测结果显示，中国少年儿童的总缺锌率高达52.5%[21]。因此，寻找或开发富锌食品显得非常重要。富锌产品中锌含量参考标准为0.05～5 mg/kg（湿重）或0.1～10 mg/kg（干重）。Se参与合成人体内多种含硒酶和含硒蛋白，能提高免疫作用，促进淋巴细胞的增殖及抗体和免疫球蛋白的合成[22]。近些年来，科学家们热衷于对富硒食品的研究，并提出了人工栽培食药用菌的富硒参考标准：0.15～1.00 mg/kg（湿重）或0.15～5.00 mg/kg（干重）。

3.3 As、Cd、Pb、Cu、Zn、Se元素在不同食药用菌品种中的含量分布

金属元素在食药用菌子实体（菌核）不同部位中含量分布并不均匀，故了解金属元素尤其是限量重金属元素的分布规律对食药用菌的栽培、采收及后续的分类加工和应用有重要的参考意义，尤其是作为中药使用的灵芝和茯苓。临床上，茯苓块和茯苓皮作为两种不同的中药分开入药。本研究检测到，尽管总体上茯苓块中4种限量重金属并无超限情况，但茯苓皮中As、Pb、Cu含量均超出了限量标准，在其加工应用过程中务必予以注意。

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