第7章重金属及其它有机污染物

第7章重金属及其它有机污染物在食品安全领域中，重金属的概念和范围并不十分严格，一般是指对生物有显著毒性的一类元素，而其它有机污染物主要包括N-亚硝基化合物、多环芳烃化合物、杂环胺类化合物和二恶英等化合物。7.1重金属从毒性角度出发，重金属既包括有毒元素如铅、镉、汞、铬、锡、镍、铜、锌、钡、锑、铊等金属，也包括铍、铝等轻金属和砷、硒等类金属，非金属元素氟通常也包括在内。自从20世纪50年代日本出现水俣病和痛痛病，最终查明是由于食品遭到汞污染和镉污染所引起的，自此以后，重金属所造成的食源性危害问题开始引起人们极大的关注。7.1.1重金属污染食品的途径重金属污染食品的途径除高本底的自然环境以外，主要是人类活动造成的环境污染。其中造成食品污染的主要渠道是工业生产中三废的不合理排放，农业上施用含重金属的农药和化肥等；其次是原料、添加剂、加工机械、容器、包装、贮存和运输等环节可能对食品造成重金属污染。7.1.2重金属的毒性作用特点人体摄入的重金属，不仅其本身表现出毒性，而且可在人体微生物作用下转化为毒性更大的金属化合物，如汞的甲基化作用。另外其他生物还可以从环境中摄取重金属，经过食物链的生物放大作用，在体内千万倍地富集，并随食物进入人体而造成慢性中毒。一般认为，重金属的中毒机理是：重金属离子与蛋白质分子中的巯基、羧基、氨基、咪唑基等形成重金属配合物，可产生使酶阻断或使膜变性等生理毒害作用。重金属形成的化合物在体内不易分解，半衰期较长，有蓄积性，可引起急性或慢性中毒反应，还有可能产生致畸、致癌和致突变作用。重金属在体内的毒性作用受许多因素影响，如与侵入途径、浓度、溶解性、存在状态、膳食成分、代谢特点及人体的健康状况等因素密切相关。在众多有毒元素中，以铅、镉、汞、砷等元素对食品安全的影响最为严重，下面主要介绍它们的污染来源以及常用的国家标准检测方法。7.1.3铅对食品的污染铅（lead，Pb）为灰白色金属。铅的氧化态有0、+2和+4。在自然界中，铅多以氧化物和盐的形式存在，大多难溶于水。铅的一些有机化合物，如四乙基铅［Pb（CH2CH3）4］等烷基铅具有良好的抗震性，曾被作为汽油防爆剂广泛使用。铅可与多种金属在熔融状态下相互溶解，形成具有特殊性能的合金材料，具有非常重要的经济价值。7.1.3.1食品中铅污染来源1.工业污染如铅矿的开采及冶炼，蓄电池、交通运输、印刷、塑料、涂料、焊接、陶瓷、橡胶、农药等很多行业均使用铅及其化合物，这些工业生产中产生的含铅三废以各种形式排放到环境中造成污染。2.食品生产设备、管道、容器和包装材料用铅材料制作的食品包装材料和器具，如马口铁、陶瓷和搪瓷、锡壶、食品包装的含铅印刷颜料和油墨等，其中的铅在一定条件下可迁移到食品中造成污染；大多数天然水中约含铅5µg·L-1，饮水中的铅主要由铅管道污染所致，也有来自于环境污染的含铅废水；啤酒厂和酒厂所使用的铅管、酒桶和酒罐上的青铜龙头等常会引起酒的铅污染。3.含铅食品添加剂、加工助剂的使用酒精饮料中的铅污染是普遍存在的，尤其是用传统的方法酿造时更容易受铅的污染；加工松花蛋使用黄丹粉（PbO）可使禽蛋受到铅污染。另外，打猎时使用的铅子弹留在猎物体内，可使猎物肉严重污染，大量地食用含铅的猎物肉很容易引起食物中毒。已有充足的证据表明，美国、加拿大和英国等国的野鸟和动物是人体摄入铅的重要来源。7.1.3.2食品中铅的测定可采用石墨炉原子吸收光谱法和二硫腙比色法。1.石墨炉原子吸收光谱法（1）原理样品经灰化或酸消解后，注入原子吸收分光光度计石墨炉中，电热原子化后吸收283.3nm.共振线，在一定浓度范围，其吸收值与铅含量成正比，与标准系列比较定量。（2）测定方法包括样品预处理、样品消化和测定①样品预处理粮食、豆类去杂物后，磨碎，过20目筛，储于塑料瓶中，保存备用；蔬菜、水果、鱼类、肉类及蛋类等水分含量高的鲜样，用食品加工机或匀浆机打成匀浆，储于塑料瓶中，保存备用。②样品消化可根据实验条件选用以下任何一种方法消解。干法灰化：称取1.00～2.00g（根据铅含量而定）样品于瓷坩埚中，先用小火在可调式电热板上炭化至无烟，移入马弗炉500℃灰化6～8h后，冷却。若个别样品灰化不彻底，则加1ml混合酸在可调式电炉上小火加热，反复多次直到消化完全，放冷，用硝酸（0.5mol/L）将灰分溶解，用滴管将样品消化液洗入或过滤入（视消化后样品的盐分而定）10～25ml容量瓶中，用少量水多次洗涤瓷坩埚，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用，同时作试剂空白。湿法消化：称取样品1.00～5.00g于三角瓶或高脚烧杯，放数粒玻璃珠，加10ml混合酸（或再加1-2ml硝酸），加盖浸泡过夜，次日在电炉上消解，若变棕黑色，再加混合酸，直至冒白烟，消化液呈无色透明或略带黄色，放冷用滴管将样品消化液洗入或过滤入（视消化后样品的盐分而定）10～25ml容量瓶中，用少量水多次洗涤三角瓶或高脚烧杯，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时作空白试剂。③测定仪器条件：波长283.35m，狭缝0.2～1.0nm，灯电流5～7mA，干燥温度120℃，20s；灰化温度450℃，持续15～20s，原子化温度1700～2300℃，持续4-5s，背景校正为氘灯或塞曼效应。标准曲线绘制：吸取铅标准溶液10.0μg/ml。20.0μg/ml，40.0μg/ml，60.0μg/ml，80.0μg/ml各10μL，注入石墨炉，测定其吸光度，并求吸光度与浓度关系的一元线性回归方程。样品测定：分别吸取样液和试剂空白液各10μL，注入石墨炉，测得其吸光度，代入标准系列的一元线性回归方程中求得样液中铅含量。（3）计算铅含量（μg/kg或μg/ml）10001000)(331221mVVVmm（7－1）式中m1——测定样液中铅含量，ng/ml；m2——空白液中铅含量，ng/ml；m3——样品质量或体积，g或ml；V1——实际进样品消化液体积，ml；V2——进样总体积，ml；V3——样品消化液总体积，ml。2.二硫腙比色法（1）原理样品经消化后，在pH8.5～9.0时，铅离子与二硫腙生成红色络合物，溶于三氯甲烷。加入柠檬酸铵，氰化钾和盐酸羟胺等，防止铁、铜、锌等离子干扰，与标准系列比较定量。（2）测定方法样品预处理：样品预处理同石墨炉原子吸收光谱法。样品消化：①湿法消化同石墨炉原子吸收光谱法。②灰化法粮食及其他含水分少的食品：称取5.00g样品，置石英或瓷坩埚中，加热至炭化，然后移入马弗炉中，500℃灰化3h，放冷，取出坩埚，加硝酸（1：1，体积比），润湿灰分，用小火蒸干，在500℃灼烧1h，放冷，取出坩埚。加1ml硝酸（1：1，体积比），加热，使灰分溶解，移入50ml容量瓶中，用水洗涤坩埚，洗液并入容量瓶中，加水至刻度，混匀备用。含水分多的食品或液体样品：称取5.0g或取5.00ml样品，置于蒸发皿中，先在水浴上蒸干，再按上面方法自“加热至炭化”起依法操作。测定：吸取10.50ml消化后的定容溶液和同量的试剂空白液，分别置于125ml分液漏斗中，各加水至20ml。吸取0，0.10ml，0.20ml，0.30ml，0.4ml，0.50ml铅标准溶液（相当于0，1μg，2μg，3μg，4μg，5μg铅），分别置于125ml分液漏斗中，各加1ml硝酸（1：99，体积比）至20ml。在样品消化液、试剂空白液和铅标准液中各加2ml柠檬酸铵溶液（20g/L），1ml盐酸羟胺溶液（200g/L）和2滴酚红指示液，用氨水（1+1，体积比）调至红色，再各加2ml氰化钾溶液（100g/L）混匀，各加5ml二硫腙使用液，剧烈振摇1min，静置分层后，三氯甲烷层经脱脂棉滤入1cm比色杯，以三氯甲烷调节零点于波长510nm处测吸光度，各点减去零管吸收值后，绘制标准曲线或计算一元回归方程，样品与曲线比较。（3）计算10001000)(ml/mgkg/mg1221VVmmm）或铅含量（（7－2）式中m1——测定用样品消化液中铅的质量，μg；m2——试剂空白液中铅质量，μg；m——样品质量（体积），g（ml）；V1——样品消化液的总体积，ml；V2——测定用样品消化液体积，ml。7.1.4汞对食品的污染汞（mercury，Hg）呈银白色，是室温下唯一的液态金属，俗称水银，在室温下具有挥发性。汞通常显示0、+1和+2氧化态。汞在自然界中主要有游离汞和汞化合物两大类，汞化合物又分为无机汞和有机汞，有机汞的毒性比无机汞大。7.1.4.1食品中汞污染的来源汞化合物可用于电气仪表、化工、制药、造纸、油漆、颜料等工业，其三废的排放造成大量汞进入环境，成为较大的汞污染源。含汞农药的使用、污水灌溉及含汞废水养鱼，是汞污染食品的主要途径。鱼贝类是汞的主要污染食品。汞经被动吸收作用渗透入浮游生物，鱼类通过摄食浮游生物和用腮呼吸等方式摄入汞。当含汞废水排入河流后，水中的无机汞在重力的作用下伴随颗粒物沉降到海底（河底）的污泥中，污泥中的微生物通过体内的甲基钴氨酸转移酶的作用下，使无机汞转变为能溶于水的甲基汞或二甲基汞，渗透到水中浮游生物体内。因此，无论是无机汞还是甲基汞均可对人体造成伤害。由于食物链的生物富集和生物放大作用，鱼体中甲基汞的浓度可以达到很高的水平。20世纪50年代，在日本发生的典型公害病——水俣病，就是由于含汞工业废水严重污染水俣湾，当地居民长期食用该水域捕获的鱼类而引起的甲基汞中毒。我国在20世纪70年代在松花江流域也曾发生过甲基汞污染事件。7.1.4.2食品中总汞的测定食品中总汞测定的国标方法有原子荧光光谱分析法、冷原子吸收光谱法和二硫腙比色法，甲基汞的国标测定方法有气相色谱法（酸提取巯基棉法）和冷原子吸收法（酸提取巯基棉法）。以下就食品中总汞测定的冷原子吸收光谱法和二硫腙比色法作一介绍。1.冷原子吸收光谱法（1）原理汞蒸气对波长253.7nm的共振线具有强烈的吸收作用。试样经过酸消解或催化酸消解使汞转为离子状态，在强酸性介质中用氯化亚锡还原成元素汞，以氮气或干燥空气作为载体，将元素汞吹入汞测定仪，进行冷原子吸收测定，在一定浓度范围其吸收值与汞含量成正比，与标准系列比较定量。（2）分析步骤包括试样预处理、试样消解和测定①试样预处理粮食、豆类去杂质后，磨碎，过20目筛，储于塑料瓶中，保存备用；蔬菜、水果、鱼类、肉类及蛋类等水分含量高的鲜样用食品加工机或匀浆机打成匀浆，储于塑料瓶中，保存备用。②试样消解称取1.00～3.00g试样（干样、含脂肪高的试样＜1.00g，鲜样＜3.0g或按压力消解罐使用说明书称取试样）于聚四氟乙烯内罐，加硝酸2～4ml浸泡过夜。再加过氧化氢（30%）2～3ml（总量不能超过罐容积的1/3）。盖好内盖，旋紧不锈钢外套，放入恒温干燥箱，120～140℃保持3～4h，在箱内自然冷却至室温，用滴管将消化液洗入或过滤入（视消化后试样的盐份而定）10.0ml容量瓶中，用水少量多次洗涤罐，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时作空白试剂。③测定包括标准曲线绘制和试样测定两步。标准曲线绘制：吸取汞标准使用液2.0、4.0、6.0、8.0、10.0ng·ml-1各5.0ml（相当于10.0、20.0、30.0、40.0、50.0ng）置于测汞仪的汞蒸气发生器的还原瓶中，分别加入1.0ml还原剂氯化亚锡（100g·L-1），迅速盖紧瓶塞，随后有气泡产生，从仪器读数显示的最高点测得其吸收值，然后，打开吸收瓶上的三通阀将产生的汞蒸气吸收于高锰酸钾溶液（50g·L-1）中，待测汞仪上的读数达到零点时进行下一次测定。并求得吸光值与汞质量关系的一元线性回归方程。试样测定：分别吸取样液和试剂空白液各5.0ml置于测汞仪的汞蒸气发生器的还原瓶中，以下按（A）自“分别加入1.0ml还原剂氯化亚锡”起进行。将所测得吸收值，代入标准系列的一元线性回归方程中求得样液中汞含量。（3）结果计算试样中汞的含量按公式（7－3）进行计算。10001000)()(2121mVVAAX（7－3）式中：X—试样中汞含量，单位为微克每千克或微克每升（μg·kg-1