ICP-MS多元素解決方案助力常見兒童主食中重金屬暴露的研究

01 摘要

在過去幾年中，研究發(fā)現(xiàn)葡萄和葡萄產(chǎn)品（如果汁和葡萄酒）中的污染水平很高。最近的研究表明，蘋果汁和葡萄酒中含有砷。直到 20 世紀(jì) 80 年代末和 90 年代，砷基殺蟲劑，特別是砷酸鉛，一直在世界各地廣泛使用。盡管砷殘留在本世紀(jì)初就被認(rèn)為是一個(gè)潛在的問題，但砷酸鉛仍是全美使用最廣泛的殺蟲劑之一，在 20 世紀(jì) 40 年代一直被用于數(shù)百萬英畝的農(nóng)作物上。砷酸鉛是果園中最常用的殺蟲劑，許多果園仍在使用砷酸鉛，因此砷污染的可能性依然存在。重金屬殺蟲劑被設(shè)計(jì)成具有持久性，在被禁用幾十年后仍會(huì)造成環(huán)境和健康問題。許多流行的早餐和面包涂抹醬都是由水果、堅(jiān)果、種子和酵母組成的天然產(chǎn)品。兒童經(jīng)常食用這些流行的涂抹醬和干果。對(duì)葡萄、堅(jiān)果和可可豆等個(gè)別涂抹醬成分的研究報(bào)告顯示，其中含有大量重金屬污染。在這項(xiàng)研究中，對(duì)各種干果（包括葡萄干）和面包涂抹醬（包括水果涂抹醬、花生醬、堅(jiān)果黃油、酵母涂抹醬和可可涂抹醬）樣品進(jìn)行了重金屬污染檢測(cè)。樣品用微波消解，然后用 ICP-MS 檢測(cè)，以確定這些常見食品中可能存在的重金屬污染。

02 引言

在歐洲，榛子醬位居榜首。堅(jiān)果黃油最大的增長(zhǎng)領(lǐng)域是亞洲，因?yàn)楦鞣N樹堅(jiān)果黃油正被引入日常飲食中。據(jù)估計(jì)，2018 年堅(jiān)果類和甜味涂抹產(chǎn)品的銷售額為 57.5 億歐元，比 2013 年增長(zhǎng)了 65%。那么，為什么堅(jiān)果黃油如此受歡迎呢？堅(jiān)果黃油提供了大量蛋白質(zhì)、健康的單不飽和脂肪酸以及多種維生素和礦物質(zhì)。那么，能帶來如此多健康益處的產(chǎn)品怎么會(huì)對(duì)我們有害呢？由于花生和樹堅(jiān)果以植物為基礎(chǔ)，生長(zhǎng)在土壤中，因此容易吸收土壤中的元素。這些元素包括鈾、鉛、鍶、鎘、殘留化肥和殺蟲劑中的砷以及其他污染源。許多經(jīng)過研磨和加工的產(chǎn)品也會(huì)受到加工過程中的添加劑或磨損金屬的污染或摻假。

由于人們?cè)絹碓揭庾R(shí)到干果的營養(yǎng)價(jià)值和便利性，干果市場(chǎng)繼續(xù)大幅增長(zhǎng)。干果是通過自然曬干或其他工藝去除原有水分的水果。一般來說，干果含有對(duì)健康有益的抗氧化劑和纖維。

有些干果，如蔓越莓或葡萄干，添加了糖，這雖然改善了口感，但卻遠(yuǎn)不如葡萄干類干果健康。

據(jù)報(bào)道，葡萄和葡萄酒中含有重金屬，尤其是砷和其他有毒金屬。葡萄藤會(huì)吸收土壤中自然存在的砷，或過去使用含砷和其他重金屬的殺蟲劑所產(chǎn)生的砷。干果中的砷濃度可能更高。在這項(xiàng)研究中，我們將調(diào)查葡萄干、蘇丹果和醋栗，它們基本上都是葡萄干。醋栗是來自黑科林斯葡萄的葡萄干，和葡萄干一樣是自然曬干的。葡萄干在水和油的混合物中浸泡，以加快干燥過程，從而使其呈現(xiàn)金黃色。新鮮蔓越莓具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值，包括維生素 C 和 K，可促進(jìn)血液凝固。而曼越莓干則幾乎沒有這些營養(yǎng)成分。在本解決方案中，我們將研究這些干果和面包醬，看看我們的零食中含有哪些金屬。

03 材料

SPEX 認(rèn)證預(yù)備標(biāo)準(zhǔn)

• CLMS-1：ICP-MS 多元素解決方案

• CLMS-2：ICP-MS 多元素解決方案

• CLMS-3：ICP-MS 多元素解決方案

• CLMS-4：ICP-MS 多元素解決方案

• CL-ICV-1：初始校準(zhǔn)驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)

樣品

葡萄干	大豆醬
小葡萄干	腰果醬
醋栗	餅干醬
櫻桃	葵花籽醬
蔓越莓	芝麻醬
花生醬	榛子醬
杏仁醬	酵母產(chǎn)品

所有樣品均購自英國、德國、新澤西州和北卡羅來納州的超市。

反應(yīng)物

• 高純度硝酸(HNO3)

• 去離子水(18 MΩ)

樣品制備

初始水果樣品制備

用 Spex SamplePrep Freezer/Mill® 研磨干果樣品。

• 2克干果

• 程序

• 預(yù)冷20分鐘

• 研磨5個(gè)周期（每個(gè)周期2分鐘）

• 每個(gè)周期 = 2分鐘冷卻

• 沖擊速率 = 每秒16次沖擊

初始擴(kuò)展樣品制備

使用液氮對(duì)面包涂抹醬進(jìn)行冷凍，方法是將已知量的樣品放入硅膠不粘模具中，然后在樣品上多次澆注液氮，以實(shí)現(xiàn)樣品的速凍，見圖 1 這樣做是為了確保所有樣品都能到達(dá)消解容器的底部，而這在面包涂抹物處于室溫時(shí)是很難做到的。

圖1. 樣品制備面包醬

樣品消化與分析

• 樣品在帶有 MARSXpress Plus 容器的 CEM MARS 6 iWave 微波裝置中消解(圖2)

• 將 0.25 克樣品加入裝有 10 毫升高純度硝酸的容器中

• 所有樣品和空白對(duì)照均采用“食品”一鍵消解法進(jìn)行消解

• 溫度：210°C

• 爬坡：20 分鐘

• 保持：15分鐘

• 功率：220-1800瓦

• 與每批樣品同時(shí)運(yùn)行消解空白，并從隨后每個(gè)系列的結(jié)果中減去

• 樣品的消解液被稀釋到30 mL，然后在用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)分析前按1:10的比例進(jìn)一步稀釋

圖2. 配備 iWave 溫度傳感器的 MARS 6

儀器條件

樣品在 Agilent ICP-MS 7900 上進(jìn)行痕量元素分析，采用 Menhard 帶旋風(fēng)噴霧室的霧化器，使用表 1 中的線路。使用補(bǔ)充氦氣提高了砷和鉻的響應(yīng)速度。

表1. ICP-MS 監(jiān)測(cè)的元素

04 成果

面包醬

配備 MARSXpress 容器的 MARS 6 能夠完全消解混合批次中的所有樣品。圖 3 顯示了具有代表性的溫度/功率曲線，其中程序設(shè)定溫度為 200°C 并保持該溫度 15 分鐘。圖中的柱狀圖顯示，所有容器都達(dá)到了相同的溫度，以確保完全消解每個(gè)樣品。

圖3. 來自 MARS 6的溫度和功率圖

表 2 中的 ICP-MS 分析結(jié)果顯示，許多樣品中的重金屬鈾 (U)、鉛 (Pb)、砷(As)、鍶 (Sr) 和鎘 (Cd) 含量高于預(yù)期水平。有趣的是，杏仁、腰果和榛子等樹堅(jiān)果黃油中的鈾 (U) 含量很高，而花生醬中的鈾 (U）含量卻很低。這可能與堅(jiān)果在收獲前在植物上停留的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。同樣值得注意的是，一些堅(jiān)果中的鉛（Pb）含量接近全球一些監(jiān)管機(jī)構(gòu)規(guī)定的兒童每日最高限量。

表2. 面包醬中的重金屬含量(30 克 (2 湯匙平均份量)中的微克含量)

干果 

配備 MARSXpress 容器的 MARS 6 能夠完全消解混合批次中的所有樣品。圖 3 顯示了具有代表性的溫度/功率曲線，其中程序設(shè)定溫度為 210℃，并保持該溫度 15 分鐘。圖中的柱狀圖顯示，所有容器都達(dá)到了相同的溫度，以確保完全消化每個(gè)樣品。一鍵式食品分析法用途廣泛，使用精確的功率，可在一個(gè)批次中運(yùn)行不同的樣品基質(zhì)。210℃ 的最高溫度可完全消解所有樣品，而無需額外的切碎或研磨。研磨樣品的結(jié)果與整個(gè)水果相當(dāng)。

表 3 顯示了各種干果中的重金屬濃度。值得注意的是，某些有毒重金屬的含量較高，如鉛（Pb）、鍶（Sr）和砷（As）。

表 3.干果中的重金屬含量(30 克(平均食用量)中的微克含量)

05 結(jié)論

雖然花生醬和樹堅(jiān)果黃油是蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)的絕佳來源，但人們應(yīng)該注意每天食用這些產(chǎn)品的量，以確保最大限度地降低鉛、砷、鍶和鎘等有毒重金屬的暴露水平。值得注意的是，與樹堅(jiān)果黃油相比，花生醬中的有毒金屬含量似乎最低。

生產(chǎn)商應(yīng)了解其產(chǎn)品中的重金屬含量，并告知消費(fèi)者產(chǎn)品中是否含有高含量的重金屬。重金屬應(yīng)作為營養(yǎng)標(biāo)簽的一部分進(jìn)行報(bào)告，以確保消費(fèi)者知情。

一般來說，所有樣本對(duì)人類食用都是安全的，但有些樣本的有毒重金屬含量比其他樣本高得多。這可能與水果生長(zhǎng)的環(huán)境條件有關(guān)。

如果攝入量超過建議的每日攝入量，或?qū)⑵渲幸恍┧�果與其他食物(如面包涂抹醬)一起食用，可能會(huì)導(dǎo)致重金屬濃度超過建議的每日允許量。

蔓越莓樣本結(jié)果的相對(duì)一致性可能與它們生長(zhǎng)的地理區(qū)域有關(guān)。

與葡萄或葡萄酒相比，葡萄干中的砷似乎不會(huì)對(duì)健康造成更大的影響。