劉文政 楊紹群 殷 忠 畢 珊 張 權(quán) 劉利亞

(貴州省疾病預(yù)防控制中心，貴陽 550004)

茶葉既是很好的飲料來源，又是我國的重要經(jīng)濟(jì)作物，其衛(wèi)生質(zhì)量的好壞關(guān)系到我國茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、茶農(nóng)收益和茶客健康[1]。重金屬的含量測定是茶葉衛(wèi)生質(zhì)量檢查的一個重要方面，也是人們關(guān)心的一個熱點(diǎn)。貴州是我國茶葉種植大省，在茶葉生產(chǎn)要素方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢[2]。近年來貴州茶葉產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，種植面積與產(chǎn)量增速顯著，遵義、銅仁、黔南、黔東南等地均已形成較為成熟的茶葉產(chǎn)業(yè)布局[2]。

近年來，茶葉累積重金屬的研究報道相繼出現(xiàn)[3-6]。王峰等[7]研究發(fā)現(xiàn)閩中某礦區(qū)縣茶園茶葉中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Cd含量分別為2.04、10.96、21.72、71.75、1.44、2.26、0.03 mg/kg，均未超出相關(guān)限量標(biāo)準(zhǔn)。周亶等[8]報道毛尖茶葉中Cu、Zn、Mn含量分別為15.35、33.87、696.00 mg/kg，普洱茶葉中Cu、Zn、Mn含量分別為16.02、17.13、659.41 mg/kg，兩種茶葉中Pb含量均未檢出，浸泡時間為30 min、浸泡水溫為90 ℃時，茶水中Cu、Zn、Mn的浸出率最高。周靜博等[9]報道綠茶中重金屬Pb、Cu、Zn、Mn、Ni含量分別為0.67、2.82、59.00、604.00、5.97 mg/kg，茶水中金屬元素的浸出率為49.30%～63.80%。張清海等[2]報道貴州云霧茶園土壤重金屬含量較高，目前有關(guān)茶葉中金屬元素的浸出特征及健康風(fēng)險評價研究相對較少。僅見SOFUOGLU等[10]對紅茶中氟和微量元素的暴露風(fēng)險評價和CAO等[11]對普洱茶中微量元素的生態(tài)風(fēng)險研究報道。然而關(guān)于綠茶中金屬元素，尤其是鉛、鎘、汞、銅等重金屬含量水平卻鮮有系統(tǒng)研究報道。茶葉并非直接供人食用，而是經(jīng)沸水浸泡后飲用，直接測定茶葉中重金屬的含量不足以評價茶葉對人體的健康影響，必須同時對茶湯中重金屬含量進(jìn)行測定才有意義[2]。因此本研究對貴州主產(chǎn)區(qū)所產(chǎn)綠茶、茶湯中重金屬Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As含量進(jìn)行測定，并對人體的潛在健康風(fēng)險進(jìn)行評價，以了解其污染狀況，為人們科學(xué)健康地飲茶及茶葉的種植、加工生產(chǎn)和綠茶的質(zhì)量安全評價提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

經(jīng)文獻(xiàn)檢索及現(xiàn)場實(shí)地調(diào)查研究決定，選擇ZY(遵義)、TR(銅仁)、QN(黔南)、LPS(六盤水)、QXN(黔西南)等5個具有代表性的綠茶生產(chǎn)地進(jìn)行樣品采集。樣品采集于各產(chǎn)地大超市、街邊茶攤及茶葉售點(diǎn)，分別采集當(dāng)?shù)夭煌b、不同價位且有代表性的樣品，共設(shè)置采樣點(diǎn) 40個，其中ZY、TR、QN、LPS、QXN各8個采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)樣品為組合樣，隨機(jī)在每個采樣點(diǎn)的不同采買點(diǎn)采集等質(zhì)量綠茶樣品，得茶葉供試樣200份，其中ZY、TR、QN、LPS、QXN各40份綠茶樣品。綠茶樣品采集完成并送回實(shí)驗(yàn)室后，將每個樣品充分混勻后采用四分法和隨機(jī)取樣法取樣，取10 g茶葉樣品，55 ℃烘至恒重，用高速粉碎機(jī)粉碎，過150 μm孔徑的尼龍篩，用于樣品Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As的分析測定，剩余樣品裝入自封袋冷藏干燥保存。

1.2 儀器與試劑

Ethos A微波消解系統(tǒng)(意大利Milestone公司)，iCAP Q型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國賽默飛世爾有限公司)，Milli-Q integral超純水處理系統(tǒng)(美國Millipore公司)。

硝酸(超級純，蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司)，過氧化氫(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，鉛、鉻、鎘、汞、銅、鋅、錳、鎳和砷單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)，茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10016，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心)，超純水。

1.3 樣品分析

1.3.1 黔產(chǎn)市售綠茶中重金屬含量測定

采用HNO3-H2O2微波消解法[3]消解茶葉樣品，待冷卻后，將消解罐內(nèi)容物轉(zhuǎn)移定容。搖勻過0.22 μm水系濾膜，綠茶中重金屬Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定。

1.3.2 黔產(chǎn)市售綠茶茶湯中重金屬含量測定

采用傳統(tǒng)煮飲法對茶葉樣本進(jìn)行處理，取綠茶1 g投入50 mL沸水中，繼續(xù)加熱至水沸騰后，小火再煮2 min，關(guān)火濾渣，即得茶湯。過0.22 μm水系濾膜，茶湯中重金屬Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定。

1.4 質(zhì)量控制

所有試劑均為優(yōu)級純，分析用水均由超純水處理系統(tǒng)制備。測定過程中，每10個樣品設(shè)置一個平行樣，所有樣品均由空白樣、二次平行樣和添加綠茶成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10052)進(jìn)行質(zhì)量控制，二次平行樣的相對偏差均小于5%，樣品加標(biāo)回收率在92.6%～114%，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果均在允許誤差范圍內(nèi)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 綠茶茶湯中重金屬的浸出率

采用傳統(tǒng)煮飲法對綠茶樣本進(jìn)行處理，分別稱取綠茶1 g投入50 mL煮沸的超純水中，繼續(xù)加熱至水沸騰后，小火再煮2 min，關(guān)火濾渣，即得茶湯。過0.22 μm水系濾膜，綠茶茶湯中重金屬含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定。結(jié)合茶葉中重金屬的含量計算浸出率，見計算公式(1)：

J=m1/m2

(1)

式中：J為茶葉中重金屬的浸出率，%；m1為茶湯中重金屬的含量，mg；m2為投加的茶葉中重金屬的含量，mg。

1.5.2 重金屬人體健康風(fēng)險評價模型

目前，國際健康風(fēng)險評價模型主要有化學(xué)致癌物風(fēng)險評價模型和化學(xué)非致癌物風(fēng)險評價模型兩種。依據(jù)國際致癌研究署(IARC)、美國環(huán)境保護(hù)署(US EPA)綜合風(fēng)險信息系統(tǒng)(IRIS)數(shù)據(jù)庫和世界衛(wèi)生組織(WHO)編制的分類系統(tǒng)，得知具有致癌風(fēng)險的金屬元素是Cd、As，具有非致癌風(fēng)險的金屬元素是Cr、Pb、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni。

其中化學(xué)致癌物的人體健康風(fēng)險評價模型[12-13]見公式(2-3)：

(2)

(3)

式中：Rc為重金屬致癌總風(fēng)險，a-1；Ric為化學(xué)致癌物i經(jīng)食入途徑產(chǎn)生的平均個人致癌年風(fēng)險，a-1；ADD為化學(xué)致癌物i經(jīng)食入途徑的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；Qi為化學(xué)致癌物i經(jīng)食入途徑的致癌強(qiáng)度系數(shù)，[mg/(kg·d)]-1。

化學(xué)非致癌物的人體健康風(fēng)險評價模型[12-13]見公式(4-5)：

(4)

(5)

式中：Rn為重金屬非致癌總風(fēng)險，a-1；Rjn為化學(xué)非致癌物j經(jīng)食入途徑產(chǎn)生的平均個人致癌年風(fēng)險，a-1；ADD為化學(xué)非致癌物j經(jīng)食入途徑的單位體重日均暴露劑量，mg/(kg·d)；RfD為化學(xué)非致癌物j經(jīng)食入途徑的單位體重日均暴露參考劑量，mg/(kg·d)；70為平均壽命[13]，a。Qi和RfD參考值見表1。

表1 重金屬毒性參數(shù)

本文研究茶葉-茶湯系統(tǒng)中重金屬對人體健康造成的風(fēng)險，重金屬的暴露途徑主要是經(jīng)口攝入，暴露介質(zhì)主要是茶湯。本研究中重金屬在經(jīng)口攝入途徑和茶湯中的人體日均暴露劑量計算[12-13]見公式(6)，人體健康風(fēng)險評價模型參數(shù)見表2。

(6)

1.5.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0、Origin8.6進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 茶葉樣品中重金屬含量

分別對五個生產(chǎn)加工地市售綠茶重金屬(Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb、As)含量進(jìn)行測定，結(jié)果見表3。由表3可知，綠茶Cr含量為3.98～4.63 mg/kg，Mn含量為320.04～526.74 mg/kg，Ni含量為17.43～25.74 mg/kg，Cu含量為15.00～23.15 mg/kg，Zn含量為27.68～42.23 mg/kg，As含量為1.12～1.34 mg/kg，Cd含量為0.72～1.06 mg/kg，Hg含量為0.11～0.13 mg/kg，Pb含量為1.20～1.45 mg/kg。依據(jù)GB 2762—2017茶葉中Pb限量標(biāo)準(zhǔn)(≤5 mg/kg)[16]、NY 659—2003中Cd(≤1 mg/kg)、Hg(≤0.3 mg/kg)、As(≤2 mg/kg)、Cr(≤5 mg/kg)限量標(biāo)準(zhǔn)[17]可知，五個生產(chǎn)加工地黔產(chǎn)市售綠茶Cr、Cd、Pb、Hg及As含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值?，F(xiàn)行有關(guān)茶葉的國標(biāo)中未見對Mn、Cu、Zn和Ni作出限量規(guī)定，故不予考慮。

表3 綠茶中不同重金屬的含量

重金屬的含量分布在各生產(chǎn)加工地綠茶中存在一定差異(表3)，總體表現(xiàn)為QXN>LPS>TR>QN>ZY。QXN綠茶Cr、Ni、Cu、Zn和Hg含量最高，分別為4.63、25.74、23.15、42.23和0.13 mg/kg，而ZY綠茶Cr、Cu和Hg含量均最低。QXN綠茶Ni、Cu、Zn含量顯著高于其他生產(chǎn)加工地綠茶(p<0.05)，分別超出24.53%～47.68%、20.70%～54.33%、31.23%～52.57%，QXN綠茶Cr和Mn含量顯著高于QN和ZY(p<0.05)，其顯著性差異可能是由于QXN當(dāng)?shù)夭鑸@土壤的某些金屬元素存在高背景值、綠茶的生產(chǎn)加工工藝存在差異等原因所導(dǎo)致的；TR綠茶Cd含量顯著高于ZY、QN和QXN(p<0.05)，這與TR當(dāng)?shù)亟饘俚V藏豐富、茶園土壤可能存在Cd污染、企業(yè)生產(chǎn)加工的綠茶品種不同有關(guān)。QN綠茶Pb含量顯著高于TR、LPS和QXN(p<0.05)，可能的原因是QN綠茶在生產(chǎn)加工時，受到了來自當(dāng)?shù)劂U鋅礦區(qū)的工業(yè)污染，而As、Hg含量在不同生產(chǎn)加工地綠茶中差異性不顯著(p>0.05)。茶葉重金屬的含量高低可能與該品種茶葉對重金屬的富集能力強(qiáng)弱有關(guān)[2]。

2.2 茶湯中重金屬含量

五個生產(chǎn)加工地綠茶茶湯重金屬的含量和浸出率測定結(jié)果如表4、圖1所示。由表4可知，茶湯Cr含量為20.43～26.93 μg/L，Mn含量為5 278.18～8 887.96 μg/L，Ni含量為30.13～63.15 μg/L，Cu含量為55.12～75.03 μg/L，Zn含量為472.99～755.89 μg/L，As含量為7.76～9.04 μg/L，Cd含量為4.24～5.95 μg/L，Hg含量為0.89～1.07 μg/L，Pb含量為8.01～8.93 μg/L。綠茶樣品經(jīng)傳統(tǒng)煮飲法煮沸后，茶湯Mn含量最高，Zn次之，Hg最低。茶湯重金屬含量均表現(xiàn)為：Mn>Zn>Cu>Ni>Cr>Pb>As>Cd>Hg，這與馬明海等[3]研究結(jié)論相似。這可能與茶樹易選擇性地從土壤中富集吸收Mn有關(guān)，且Mn、Zn易從茶葉中浸出[8]。

表4 綠茶茶湯中不同重金屬的含量

由圖1可知，五個生產(chǎn)加工地的市售綠茶中，LPS綠茶Zn、Mn的浸出率最高，分別為87.04%、81.27%，Zn、Mn浸出率最低分別出現(xiàn)在QN、ZY綠茶中，分別為78.73%、74.87%；Hg最高、最低浸出率分別出現(xiàn)在QN、QXN綠茶中，分別為45.84%、32.25%；As最高、最低浸出率分別出現(xiàn)在LPS綠茶、ZY綠茶中，分別為39.63%、28.36%；Cd最高、最低浸出率分別出現(xiàn)在QXN、QN綠茶中，分別為34.59%、24.35%；Pb最高、最低浸出率分別出現(xiàn)在TR、QN綠茶中，分別為32.86%、29.56%；Cr最高、最低浸出率分別出現(xiàn)在QN、LPS綠茶中，分別為28.69%、22.58%；Cu最高、最低浸出率分別出現(xiàn)在ZY、QXN綠茶中，分別為19.43%、15.13%。五個生產(chǎn)加工地綠茶中重金屬浸出率大小次序均表現(xiàn)為：Zn>Mn>Hg>As>Cd>Pb> Cr>Cu>Ni。

圖1 重金屬的浸出率Figure 1 Diffusion rate of heavy metals.

2.3 茶葉重金屬的健康風(fēng)險評估

綠茶經(jīng)傳統(tǒng)煮飲法煮沸后，濾渣，收集浸出液。采用健康風(fēng)險評價模型計算茶葉中重金屬通過飲茶途徑所致的個人健康危害年風(fēng)險，茶湯中重金屬的健康風(fēng)險評估結(jié)果見表5。由表5可知，由化學(xué)致癌物Cd和As通過飲茶途徑產(chǎn)生健康危害的個人年平均風(fēng)險中，以Cd(2.90×10-6～4.07×10-6a-1)最大，As(1.31×10-6～1.52×10-6a-1)次之，Cd、As的致癌風(fēng)險水平均低于國際輻射防護(hù)委員會(ICRP，5×10-5a-1)和美國環(huán)境保護(hù)署(US EPA，1×10-4a-1)推薦的最大可接受風(fēng)險水平?；瘜W(xué)致癌物Cd和As對人體健康危害的個人年風(fēng)險總和(Rc)為4.24×10-6～5.58×10-6a-1，五個生產(chǎn)加工地市售綠茶的個人年風(fēng)險總和均低于ICRP和USEPA推薦的最大可接受風(fēng)險水平；Cd、As的個人年風(fēng)險分別占化學(xué)致癌物個人總年風(fēng)險的68.40%～73.07%、26.93%～31.60%。Cd在TR綠茶茶湯中的健康危害個人年風(fēng)險水平表現(xiàn)最高，為4.07×10-6a-1；As在LPS綠茶茶湯中的健康危害個人年風(fēng)險水平表現(xiàn)最高，為1.52×10-6a-1。

表5 重金屬污染物的平均個人年健康風(fēng)險

由表5可知，茶湯中非致癌物Mn、Cu、Zn、Pb、Hg、Ni、Cr由飲茶途徑產(chǎn)生的健康危害個人年風(fēng)險水平均表現(xiàn)為Mn>Ni>Cr>Hg>Pb>Zn>Cu。由7種化學(xué)非致癌重金屬通過飲茶途徑所產(chǎn)生的個人健康危害年風(fēng)險總和(Rn)為8.96×10-8～1.46×10-7a-1，處于10-11～10-6a-1范圍內(nèi)，即每百萬人口中因茶湯中非致癌物而引起健康危害或死亡的人數(shù)不超過1人，遠(yuǎn)低于ICRP和US EPA推薦的最大可接受風(fēng)險水平。表明茶湯中非致癌物Mn、Ni、Cr、Hg、Pb、Zn、Cu所引起的健康危害極小，其對暴露人群造成的健康危害可忽略不計，這與馬明海等[3,7]研究結(jié)果吻合。

雖然茶湯中Cd、As的致癌風(fēng)險水平均低于US EPA推薦的最大可接受風(fēng)險水平，但與ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險水平接近。表明五個生產(chǎn)加工地綠茶茶湯中存在一定的Cd、As污染，可能對暴露人群造成一定的潛在健康危害，Cd、As是潛在的主要風(fēng)險污染物。茶湯中Cd、As應(yīng)成為潛在的主要監(jiān)控目標(biāo)，這與CAO等[11]對普洱茶、SOFUOGLU等[10]對紅茶和方鳳滿等[18]對皖南典型茶園茶葉的研究結(jié)果相同。

3 結(jié)論

綠茶中Cr含量為3.98～4.63 mg/kg，Mn含量為320.04～526.74 mg/kg，Ni含量為17.43～25.74 mg/kg，Cu含量為15.00～23.15 mg/kg，Zn含量為27.68～42.23 mg/kg，As含量為1.12～1.34 mg/kg，Cd含量為0.72～1.06 mg/kg，Hg含量為0.11～0.13 mg/kg，Pb含量為1.20～1.45 mg/kg。參照GB 2762—2012茶葉中Pb限量標(biāo)準(zhǔn)、農(nóng)業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2008—2012 Cu限量標(biāo)準(zhǔn)及NY 659—2003中Cd、Hg、As、Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)可知，五個生產(chǎn)加工地黔產(chǎn)市售綠茶Cr、Cd、Pb、Hg、Cu和As含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限值；現(xiàn)行有關(guān)茶葉的國標(biāo)未見對Mn、Zn和Ni做出限量規(guī)定，不予考慮。

五個生產(chǎn)加工地市售綠茶茶湯Zn、Mn的浸出率最高，分別為78.73%～87.04%、74.87%～81.27%；Hg次之，為32.25%～45.84%；Ni最低，為7.78%～11.58%。茶湯中重金屬浸出率表現(xiàn)為：Zn>Mn>Hg>As>Cd>Pb> Cr>Cu>Ni。

健康風(fēng)險評價結(jié)果表明，五個生產(chǎn)加工地市售綠茶中重金屬通過飲茶途徑所產(chǎn)生的健康危害個人年風(fēng)險水平表現(xiàn)為：Cd>As>Mn>Ni>Cr>Hg>Pb>Zn>Cu，茶葉中重金屬通過飲茶途徑所產(chǎn)生的個人健康危害年風(fēng)險總和為4.33×10-6～5.73×10-6a-1，均低于USEPA和ICRP推薦的最大可接受風(fēng)險水平，表明Mn、Ni、Cr、Hg、Pb、Zn、Cu、Cd和As引起的健康危害極小，其對暴露人群造成的健康危害可忽略不計，綠茶中重金屬均處于安全范圍內(nèi)。