不同脱壳研磨方式对稻谷重金属含量的影响研究

金曹贞 孙灿 郝晓洁 瞿君 易小琦

（上海市闵行区动植物检测检验中心，上海 201109）

大米作为人们日常生活中最主要的食物，尤其在我国南方地区，约有70%的人们以大米为主食，因此，保证大米质量安全具有十分重要的意义[1]。近年来，随着“镉麦”等事件的深度曝光，农产品的重金属污染进一步引起人们的重视。然而，大米也是重金属进入人体的主要途径之一，据调查，稻谷不同部位的重金属含量有所不同，基本呈现出糠粉>糙米>精米>稻壳的趋势，且稻谷不同部位的重金属会互相迁移[2-3]，由此说明，不同脱壳研磨方式对稻谷重金属含量有一定影响[4-5]。在此背景下，本研究采集了上海市闵行区5个街镇不同水稻种植专业合作社的31个稻谷样本作为研究对象，分析了不同脱壳研磨方式对稻谷中重金属Cu、Zn、Cd含量的影响，从而总结出稻谷不同部位的重金属含量变化规律，现将相关研究结果报道如下，以期为稻谷安全加工和市民安全选购提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品来源及处理

本研究于2020年采集了上海市闵行区5个街镇（浦江镇、浦锦街道、颛桥镇、吴泾镇、马桥镇）不同水稻种植专业合作社的31个稻谷样本，见表1。采集的稻谷样本自然风干后，采用3种方式进行脱壳研磨：第一种是机脱壳手磨，即先用碾米机脱粒、去壳，再手工研磨粉碎；第二种是手剥壳手磨，即先手工剥壳，再手工研磨粉碎；第三种是机脱壳机磨，即先用碾米机脱粒、去壳，再用不锈钢粉碎机粉碎。所有粉碎后的稻谷样品分别过60目筛并存入样品袋中备用。

表1 稻谷样本来源及分布

1.2 实验材料与分析方法

主要仪器和设备：PE-900T原子吸收分光光度仪，FA-2104型电子分析天平，SPB 50-48型可调温式带孔石墨加热板，可调温式电炉。

主要试剂：硝酸（GR级），曲拉通（TritonX-100），硝酸钯，常规实验室玻璃器皿（使用前以稀硝酸浸泡清洗），二级蒸馏水，质量分数99%以上的高纯氩气。

其他材料：标准物质大米粉（G SB-1，G B W 10010）和湖南大米粉（GSB-23，GBW10045，来源于地球物理地球化学勘查研究所）。

本实验选取硝酸快速消解法[6]：称取试样0.5 g（精确到0.000 1 g）于带盖的刻度离心管中，用少量蒸馏水湿润，加0.5～1.0 mL硝酸，盖上盖子（不能太紧，拧1/3圈即可），在120 ℃的带孔石墨加热炉上加热30 min，冷却后用0.1%曲拉通定容至25 mL，混匀待测。同时做试剂空白实验。

1.3 重金属去除率计算

重金属去除率计算公式：D=[(C×ω)÷(C0×ω0)]×100%。式中，D为去除率（%），ω为去除部分重量（g），C为去除部位浓度（mg/kg），ω0为总重量，C0为总浓度（mg/kg）。

2 结果与分析

2.1 国家标准样品测试值比对

为验证本实验检测方法的准确性，本研究分别测定了标准物质大米粉（GSB-1，GBW10010）和湖南大米粉（GSB-23，GBW10045）的重金属含量，见表2。结果显示：标准物质大米粉GSB-1和GSB-23中Cd含量分别在0.085～0.090 mg/kg和0.190～0.200 mg/kg，平均含量分别为0.087 mg/kg和0.200 mg/kg，均在标物证书保证值的1倍标准差范围内，且接近标物证书保证值中值；标准物质大米粉GSB-1和GSB-23中Cu含量分别在5.2～5.5 mg/kg和2.3～2.5 mg/kg，平均含量分别为5.3 mg/kg和2.4 mg/kg，其中，GSB-1的检测结果平均值在标物证书保证值的2倍标准差范围内，GSB-23的检测结果平均值接近标物证书保证值的中值；标准物质大米粉GSB-1和GSB-23中Zn含量分别在21.8～22.2 mg/kg和14.8～15.3 mg/kg，平均含量分别为22.0 mg/kg和15.0 mg/kg，平均值均在标物证书保证值的1倍标准偏差范围内。以上结果表明，标准物质大米粉中3种重金属元素的平均含量均在标物证书保证值的2倍标准差范围内，相对标准偏差均符合GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范 食品理化检测》附录F规定。

表2 标准物质大米粉样品中重金属含量测定结果

2.2 稻谷中重金属含量测定结果分析

由表3可知，稻谷经3种不同剥壳研磨方式所得大米样本中，Cd含量范围分别为：0～0.045 mg/kg、0.001～0.047 mg/kg、0～0.043 mg/kg，参照大米中重金属评价限量标准GB2762-2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》，Cd含量均未超标（Cd≤0.2 mg/kg）。另外，Cu、Zn未列入污染重金属评价范围。

另外，从表3中还可看出，稻谷经3种不同剥壳研磨方式所得的大米样本中，Cd含量平均值分别为机脱壳手磨0.018 mg/kg、手剥壳手磨0.020 mg/kg、机脱壳机磨0.015 mg/kg；差异系数（CV）分别为机脱壳手磨68.4%、手剥壳手磨67.2%、机脱壳机磨63.4%。说明Cd含量平均值以手剥壳手磨为最大、机脱壳机磨为最小，差异系数以机脱壳机磨为最低。Cu含量测定平均值分别为机脱壳手磨3.200 mg/kg、手剥壳手磨4.910 mg/kg、机脱壳机磨3.400 mg/kg，差异系数分别为机脱壳手磨19.6%、手剥壳手磨18.4%、机脱壳机磨16.4%。说明Cu含量平均值以手剥壳手磨为最大、机脱壳手磨为最小，差异系数以机脱壳机磨为最低。Zn含量测定平均值分别为机脱壳手磨22.800 mg/kg、手剥壳手磨28.400 mg/kg、机脱壳机磨23.800 mg/kg，差异系数分别为机脱壳手磨16.6%、手剥壳手磨14.8%、机脱壳机磨8.1%。说明Zn含量平均值以手剥壳手磨为最大，机脱壳手磨为最小，差异系数以机脱壳机磨为最低，且这一结果与Cu含量测定结果基本一致。

表3 3种不同剥壳研磨方式所得大米样本的重金属含量比较

上述结果显示，稻谷在机脱壳和手剥壳两种方式下，所得大米样本中重金属含量差异较大，且Cd、Cu、Zn含量均为手剥壳大于机脱壳。究其原因主要是手剥壳仅剥去一层稻谷外壳，所得到的大米可视为糙米，而机械脱壳更彻底，所得到的大米可视为精米，因此，其重金属含量相对较低，该结论与此前诸多研究结果“Cd、Cu、Zn在稻谷不同部位的含量基本呈糠粉＞糙米＞精米＞稻壳的趋势”保持一致[2-3]。另外，手磨和机磨两种方式虽然对所得大米样本中重金属含量影响不大，但手磨样品的均匀度不如机磨样品，造成手磨样品的差异系数较高，因此，在实验室检测稻谷重金属含量时，建议选用机脱壳机磨方式来处理稻谷样品，以准确地检测大米（精米）中的重金属含量。

2.3 不同脱壳方式对稻米中重金属含量的影响

为探讨糙米和精米中的重金属含量变化情况，本研究随机选取了机脱壳机磨和手剥壳手磨两种处理方式的18组样本数据作Cd、Cu、Zn重金属含量的检测分析。由图1—图3可知，手剥壳手磨的稻米中Cu、Zn含量明显高于机脱壳机磨，而Cd含量略高于机脱壳机磨，同时Cu、Zn和Cd含量在糙米和精米中均呈明显的线性趋势。由此可见，当糙米中重金属含量明显高于精米时，可通过精加工方式有效去除大米中的部分重金属。

图1 不同脱壳方式对Cd含量的影响

图2 不同脱壳方式对Cu含量的影响

图3 不同脱壳方式对Zn含量的影响

2.4 不同加工方式对稻谷中重金属去除率的影响

由图4—图6可知，相对于糙米，精米中重金属元素Cd、Cu、Zn的去除率平均值分别为11.35%、34.31%、18.03%，即通过精加工去除3种重金属的难易程度为Cu＞Zn＞Cd，说明通过精加工可在一定程度去除稻谷可食用部分的重金属含量，这一结论与刘兰英、程亚、倪小英等[2,5,7]的研究结果基本一致。但在有害重金属被去除的同时，相应的微量元素和营养元素（如Cu、Zn等）也会有所下降，且下降程度高于有害元素Cd。这可能是由于重金属易富集于蛋白质含量较高的部位，稻谷加工精度越高，富含蛋白质的米胚和皮层被去除得越多。另外，谷物中的重金属含量除了与蛋白质含量有关外，还与纤维素含量密切相关[2]。

图4 稻谷中Cd含量的去除率

图5 稻谷中Cu含量的去除率

图6 稻谷中Zn含量的去除率

3 结 论

上述实验结果表明，不同剥壳研磨方式的稻米中，手剥壳手磨的Cd、Cu、Zn含量测定平均值均为最大，机脱壳机磨的Cd含量测定平均值最小，机脱壳手磨的Cu含量测定平均值最小，机脱壳手磨的Zn含量测定平均值最小，即手剥壳方式所得的大米（糙米）中重金属含量大于机脱壳方式所得的大米（精米）。在不同处理方式下，机脱壳机磨的3种重金属含量测定结果差异系数最低，说明剥壳方式对结果影响较大，研磨方式对结果的影响不大，其主要原因是手磨均匀度不够，故检测结果差异系数较机磨方式大。另外，在实验室检测稻谷可食用部分的重金属含量时，选用机脱壳机磨方式可较准确地获得大米（精米）中的重金属含量。手剥壳手磨方式所获得的大米（糙米）中重金属元素Cd、Cu、Zn含量均高于机脱壳机磨方式所获得的大米（精米），且糙米和精米中重金属含量呈现明显的线性关系；精米中3种元素重金属Cu、Zn、Cd的去除率平均值分别为34.3%、18.0%、11.3%，说明可通过精加工有效去除稻谷中部分重金属元素，但在去除有害重金属Cd的同时，相关微量元素和营养元素（例如Cu、Zn等）的含量也会有所降低。