廣西南寧興寧區(qū)不同季節(jié)水牛和娟姍牛生乳中Pb、Cd、Cr元素含量的研究

周志揚，梁琪妹，周俊華，李紹波，黃香，王啟芝，羅鮮青，黃麗霞，何仁春

（廣西壯族自治區(qū)畜牧研究所，廣西南寧530001）

牛奶是一種含有人體生長和維持所需全部營養(yǎng)物質(zhì)的優(yōu)質(zhì)食物，同時具有營養(yǎng)強化，免疫強化，生理調(diào)節(jié)等諸多功效[1]，因而在人類食物結構中占據(jù)非常重要的地位。我國是人口大國，牛奶的需求量隨著人民生活水平的提高而大量增加，消費者對牛奶的品質(zhì)與安全也越來越重視[2]。在牛奶生乳的品質(zhì)與安全指標控制中，重金屬元素含量是比較關鍵的指標。國內(nèi)外都在這方面進行了比較多的研究。周雪巍[3]對山東、山西和廣西地區(qū)春夏兩季的牛奶、羊奶、水牛奶及飼料中的微量元素和重金屬元素的研究表明，這些地區(qū)的奶畜原乳中鉛（Pb）、鎘（Cd）等重金屬元素并未超過國家標準。孫萬成等[4]研究了青海省不同牧場牦牛乳中重金屬元素的暴露水平，研究表明有色礦場的生產(chǎn)會對牦牛乳重金屬指標產(chǎn)生一定的影響。董峰光等[5]采用污染指數(shù)法對煙臺市市面上的乳及乳制品進行了重金屬元素污染狀況和程度的監(jiān)測，結果表明Pb和Cd是該市乳及乳制品中主要的重金屬污染物。Taved 等[6]研究了冬季牛羊奶中的 Pb、Cd、鉻（Cr）重金屬元素的殘留水平，試驗證明部分樣品中Cd元素含量超過限定標準。G.O.Tona等[7]采用AAS法研究了尼日利亞西南部奧博莫索地區(qū)銷售的牛奶及奶制品中的鉛和鎘重金屬元素含量的相對關系。這些研究都表明飼料原料、種類、水源、周邊環(huán)境、奶畜品種、季節(jié)等都會對奶及奶制品中的重金屬元素含量有影響。

本試驗將通過使用原子吸收光譜儀石墨爐法對4個季節(jié)廣西南寧地區(qū)的水牛乳和娟姍牛生乳中鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）重金屬元素的含量進行研究，從源頭檢測乳及乳制品中重金屬元素的含量，以期為水牛乳及娟姍牛乳在廣西南寧地區(qū)的安全生產(chǎn)提供一定的數(shù)據(jù)基礎和參考。

1 材料與方法

1.1 儀器設備及試劑

AAS-900T原子吸收光譜儀：美國珀金埃爾默股份有限公司；P-4030環(huán)保加熱平臺：深圳市精良和科技有限公司；PTC 500超純水機：成都越純科技有限公司；SH150-900冷凝器：萊伯泰科有限公司；XS-204電子天平，量感0.0001 g：梅特勒-托利多；30L酸缸：河南泰恒塑業(yè)有限公司；SB-5200D超聲清洗儀：寧波新芝生物科技股份有限公司；1 000 μL、100 μL 移液槍：艾本德生命科學公司；高純Ar氣體純度99.999%：南寧藍天醫(yī)療氣體有限公司；HNO3（GR級）：西隴科學股份有限公司；Pb、Cd、Cr 1 000 μg/L 標準溶液、H2O2（GR 級）、NH4H2PO4（AR 級）、Mg（NO3）2（AR 級）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 試驗動物及樣品處理

1.2.1 實驗動物

從廣西水牛研究所水牛種畜場及廣西畜牧研究所黃牛研究室牛場，分別挑選健康的泌乳期水牛30頭和娟姍牛15頭作為實驗對象。按牛場現(xiàn)有管理制度進行飼養(yǎng)管理，飼料種類、飼養(yǎng)量等與日常生產(chǎn)保持一致。樣品采集前一個星期對牛群健康狀況、采食量、泌乳量等進行觀察，待穩(wěn)定后分別于2016年秋冬及2017年春夏季4個季節(jié)的中旬上午6∶00～9∶00和下午14∶30～16∶00統(tǒng)一人工擠奶，每個季節(jié)連續(xù)采樣3天，樣品裝入潔凈試管。上下午所采奶樣同比例混合，并及時放入冰箱4℃冷藏保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 樣品處理

原子吸收光譜法測定生乳中Pb、Cd、Cr，采用濕法消解，制樣方法參考GB 5009.12-2017《食品安全國家標準食品中鉛的測定》[8]；GB 5009.15-2014《食品安全國家標準食品中鎘的測定》[9]；GB 5009.123-2014《食品安全國家標準食品中鉻的測定》[10]系列，并稍有改動。

1.3 Pb、Cd、Cr原子吸收光譜測定

Pb、Cd、Cr重金屬元素測定采用石墨爐檢測法，峰面積積分方式，非線性過零點方程，Ar氣體流量為250 mL/min，進樣體積 20 μL，化學改性劑進樣量 5 μL。每個樣品檢測3次，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）控制在10%以內(nèi)，取平均值。每個季節(jié)所有樣品前處理完成后，樣品統(tǒng)一檢測，避免因檢測批次不同帶來誤差。石墨爐檢測條件如表1所示。

表1 石墨爐工作參數(shù)Table 1 Working parameters of graphite furnace

2 結果及分析

2.1 檢測結果可信度分析

2.1.1 檢出限

按照表1儀器工作條件，分別測定Pb、Cd、Cr的標準系列溶液，繪制標準曲線，標準溶液濃度梯度，及標準曲線方程如表2所示。

取標準空白溶液重復檢測20次，以（S/N）≥3為儀器的檢出限[11]；美國環(huán)境保護署（U.S EnvironmentalProtection Agency，EPA）規(guī)定測定方法檢出限（method detection limit，MDL）[12]。測定 7 個重復的低濃度加標樣品，Pb、Cd、Cr元素加標濃度分別為 8、8、4 μg/L，并接照給定分析方法的全過程進行處理和測定。方法檢出限的計算公式如下：

表2 標準溶液濃度梯度及曲線方程Table 2 Standard solution concentration gradient and curve equation

式中：n為重復測定的加標樣品數(shù)；S為n次加標測定濃度的標準偏差；t為自由度為n-1時的Student's，t值（可查表得到）；1-a為置信水平。

2.1.2 相關系數(shù)及線性方程

相關系數(shù)及線性方程為檢測過程中儀器所顯示。國標對于檢測中的相關系數(shù)一般要求大于0.995，低于0.995則認為相關性太低，檢測結果不可信。本次測定在曲線制作過程中，均要求相關系數(shù)大于0.995，否則重新制作標液和曲線。

2.1.3 儀器精確度

取較低濃度的標準溶液進行多次檢測，并計算結果之間的RSD值，值越低則檢測精確度越高。本次檢測中各元素最低濃度標液分別為Pb元素1.0 μg/L、Cd元素0.5 μg/L、Cr元素2.0 μg/L，在連續(xù)11次測定中，RSD最大值分別為1.71%、1.33%、0.98%。

2.1.4 檢測精確度

每個樣品檢測3次，RSD＜10%時，取平均值作為檢測結果，RSD＞10%時，增加檢測次數(shù)，直到至少3次測定結果之間RSD＜10%。

2.1.5 回收率

本次檢測回收率測定采用的是樣品加標回收，具體步驟如下：相同的樣品取兩份，其中一份加入定量的待測成分標準物質(zhì)；兩份同時按相同的分析步驟分析，加標的一份所得的結果減去未加標一份所得的結果，其差值同加入標準物質(zhì)的理論值之比即為樣品加標回收率，計算公式如下：

2.1.6 準確度衡量參數(shù)

在重金屬元素含量檢測中，通常使用準確度參數(shù)來衡量檢測結果的可靠程度。如國標中對標準曲線相關系數(shù)有要求，一般要求相關系數(shù)必須大于0.995。同時其他相關的參數(shù)也可以作為檢測結果的準確性佐證，其中儀器檢出限參數(shù)可以確定儀器狀態(tài)是否靈敏，方法檢出限和回收率可以衡量從制樣方法到測定方法整個過程的穩(wěn)定性與準確度，而RSD可以衡量測定結果的精確性。本試驗中對測定結果準確性的衡量指標如表3所示。

表3 準確度參數(shù)Table 3 Accuracy parameters

2.2 樣品測定結果

使用上述方法對樣品中Pb、Cd、Cr重金屬元素進行測定，計算測定結果，計算公式如下：

式中：水牛奶比重為1.120 g/mL，娟姍奶比重為1.029 g/mL。

采用EXCEL及SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行分析，其中同奶源不同季節(jié)數(shù)據(jù)采用最小顯著差異法（leastsignificant difference，LSD）及新復極差法（Dunnett-t）進行單因素方差分析，同季節(jié)不同奶源數(shù)據(jù)采用獨立樣本T值檢驗，置信區(qū)間皆為95%。水牛奶及娟珊牛奶各季節(jié)重金屬元素含量對比結果如表4所示。

表4 水牛奶及娟珊牛奶各季節(jié)重金屬元素含量對比Table 4 Comparison of heavy metal elements of Buffalo milk and Jersey cows milk in the same season

由表4可以看出，水牛生乳4個季節(jié)的Pb元素含量無顯著性差異（P＞0.05）；2017夏季水牛生乳中Cd元素含量低于其他3個季節(jié)，差異顯著（P＜0.05）；2016年冬季水牛生乳中Cr元素含量低于其他3個季節(jié)，且與2017年春季及2017年夏季差異顯著（P＜0.05）。

2016秋季的娟珊牛生乳中Pb元素含量與2016年冬季及2017年夏季差異顯著（P＜0.05），其中2016年冬季高于2016年秋季，而2017年夏季則低于2016年秋季；2016年冬季及2017年春季娟珊牛生乳中Pb元素與2017年夏季差異顯著（P＜0.05），2017年夏季生乳樣中Pb元素含量遠低于2016年冬及2017年春季；2017年春季的娟珊牛生乳中Cd元素含量高于其他3個季節(jié)，且差異顯著（P＜0.05）；2016年冬季娟珊牛生乳中Cr元素含量遠低于其他3個季節(jié)，差異顯著（P＜0.05）。

同季節(jié)娟姍牛奶與水牛奶中重金屬元素含量對比結果見表5。

表5 同季節(jié)娟姍牛奶與水牛奶中重金屬元素含量對比Table 5 Comparison of heavy metal elements of Buffalo milk and Jersey cows milk in same seasons

由表5可以看出，2016年秋季娟珊牛生乳Cd元素含量低于水牛生乳，而Cr元素含量則高于水牛生乳，且差異顯著（P＜0.05），其他元素含量之間并無顯著性差異（P＞0.05）；2016年冬季娟珊牛生乳Cd元素含量低于水牛生乳，但Cr元素含量高于水牛生乳，且顯著性差異（P＜0.05），其他元素含量之間無顯著性差異（P＞0.05）；2017年春節(jié)娟珊牛生乳Pb元素含量均高于水牛生乳，差異顯著（P＜0.05），其他元素含量差異不顯著（P＞0.05）；2017年夏季娟珊牛生乳中Cd元素含量均低于水牛生乳，且差異顯著（P＜0.05），其他元素含量差異不顯著（P＞0.05）。

3 結論與討論

重金屬元素不僅具有一定的致畸、致癌作用，還能直接作用于人體，如Pb會損傷人體神經(jīng)系統(tǒng)，Cd和Cr會損傷人體腎、肝、骨骼和消化系統(tǒng)等[13]。這些重金屬元素還具有一定的蓄積毒性，長期的食用重金屬元素含量較高的食物會導致重金屬元素會在人體內(nèi)蓄積，最終對人體造成極大的傷害。根據(jù)GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量》[14]規(guī)定，鮮乳及乳制品中Pb、Cr重金屬元素含量上限分別為0.05、0.30 mg/kg。值得注意的是乳及乳制品中Cd元素含量并未在國標中有限量要求，但本試驗測定了生乳中Cd的含量，并以GB 2762-2017標準中蛋及蛋制品Cd含量上限0.05 mg/kg作為參考。通過本試驗中的方法，使用原子吸收光譜儀測定廣西南寧興寧區(qū)水牛奶及娟珊牛奶生乳中Pb、Cd、Cr等元素含量。線性相關性高，檢出限、回收率、精準度以及準確度等參數(shù)都較好，試驗結果具有較高的準確度與可信度。此次連續(xù)4個季節(jié)對水牛奶及娟珊牛奶中重金屬元素含量的監(jiān)測結果表明：兩種奶在4個季節(jié)中Pb、Cr重金屬元素含量均未超過國家標準，Cd元素含量也比較低。

水牛奶及娟姍牛奶作為廣西南寧地區(qū)產(chǎn)量及銷量都較大的奶源，其Pb、Cd、Cr元素含量在不同季節(jié)具有不同的數(shù)值。水牛研究所牛場與娟姍牛牛場地理位置較為接近，在飼養(yǎng)與管理的過程中使用的水源相同，實驗處理過程中也基本可以排除樣品受污染的可能，造成檢測結果差異化的原因主要還是在于飼料的種類與來源以及奶牛品種的不同[15]。在日常的生產(chǎn)加工過程中應當多加注意，加強對飼料、飲用水、原乳等重金屬元素含量的監(jiān)測，安全生產(chǎn)。同時需要指出的是，盡管檢測結果顯示兩種原乳中都含有一定量的Pb、Cd、Cr等重金屬元素，但這些值均低于國家限值標準。在宣傳與解讀時應當說明，任何有害物質(zhì)均要達到一定的劑量才會對人體造成損傷，低于國家標準限制的重金屬元素含量是不會對身體造成損害的，無需過度擔憂[16]。