黔产市售绿茶重金属的含量特征及健康风险评估

刘文政 杨绍群 殷 忠 毕 珊 张 权 刘利亚

(贵州省疾病预防控制中心，贵阳 550004)

茶叶既是很好的饮料来源，又是我国的重要经济作物，其卫生质量的好坏关系到我国茶叶产业的发展、茶农收益和茶客健康[1]。重金属的含量测定是茶叶卫生质量检查的一个重要方面，也是人们关心的一个热点。贵州是我国茶叶种植大省，在茶叶生产要素方面有着独特的优势[2]。近年来贵州茶叶产业发展迅速，种植面积与产量增速显著，遵义、铜仁、黔南、黔东南等地均已形成较为成熟的茶叶产业布局[2]。

近年来，茶叶累积重金属的研究报道相继出现[3-6]。王峰等[7]研究发现闽中某矿区县茶园茶叶中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Cd含量分别为2.04、10.96、21.72、71.75、1.44、2.26、0.03 mg/kg，均未超出相关限量标准。周亶等[8]报道毛尖茶叶中Cu、Zn、Mn含量分别为15.35、33.87、696.00 mg/kg，普洱茶叶中Cu、Zn、Mn含量分别为16.02、17.13、659.41 mg/kg，两种茶叶中Pb含量均未检出，浸泡时间为30 min、浸泡水温为90 ℃时，茶水中Cu、Zn、Mn的浸出率最高。周静博等[9]报道绿茶中重金属Pb、Cu、Zn、Mn、Ni含量分别为0.67、2.82、59.00、604.00、5.97 mg/kg，茶水中金属元素的浸出率为49.30%～63.80%。张清海等[2]报道贵州云雾茶园土壤重金属含量较高，目前有关茶叶中金属元素的浸出特征及健康风险评价研究相对较少。仅见SOFUOGLU等[10]对红茶中氟和微量元素的暴露风险评价和CAO等[11]对普洱茶中微量元素的生态风险研究报道。然而关于绿茶中金属元素，尤其是铅、镉、汞、铜等重金属含量水平却鲜有系统研究报道。茶叶并非直接供人食用，而是经沸水浸泡后饮用，直接测定茶叶中重金属的含量不足以评价茶叶对人体的健康影响，必须同时对茶汤中重金属含量进行测定才有意义[2]。因此本研究对贵州主产区所产绿茶、茶汤中重金属Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As含量进行测定，并对人体的潜在健康风险进行评价，以了解其污染状况，为人们科学健康地饮茶及茶叶的种植、加工生产和绿茶的质量安全评价提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

经文献检索及现场实地调查研究决定，选择ZY(遵义)、TR(铜仁)、QN(黔南)、LPS(六盘水)、QXN(黔西南)等5个具有代表性的绿茶生产地进行样品采集。样品采集于各产地大超市、街边茶摊及茶叶售点，分别采集当地不同包装、不同价位且有代表性的样品，共设置采样点 40个，其中ZY、TR、QN、LPS、QXN各8个采样点。采样点样品为组合样，随机在每个采样点的不同采买点采集等质量绿茶样品，得茶叶供试样200份，其中ZY、TR、QN、LPS、QXN各40份绿茶样品。绿茶样品采集完成并送回实验室后，将每个样品充分混匀后采用四分法和随机取样法取样，取10 g茶叶样品，55 ℃烘至恒重，用高速粉碎机粉碎，过150 μm孔径的尼龙筛，用于样品Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As的分析测定，剩余样品装入自封袋冷藏干燥保存。

1.2 仪器与试剂

Ethos A微波消解系统(意大利Milestone公司)，iCAP Q型电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞世尔有限公司)，Milli-Q integral超纯水处理系统(美国Millipore公司)。

硝酸(超级纯，苏州晶瑞化学股份有限公司)，过氧化氢(优级纯，国药集团化学试剂有限公司)，铅、铬、镉、汞、铜、锌、锰、镍和砷单元素溶液标准物质(1 000 mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心)，茶叶标准物质(GBW10016，国家标准物质中心)，超纯水。

1.3 样品分析

1.3.1 黔产市售绿茶中重金属含量测定

采用HNO3-H2O2微波消解法[3]消解茶叶样品，待冷却后，将消解罐内容物转移定容。摇匀过0.22 μm水系滤膜，绿茶中重金属Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As含量采用电感耦合等离子体质谱法测定。

1.3.2 黔产市售绿茶茶汤中重金属含量测定

采用传统煮饮法对茶叶样本进行处理，取绿茶1 g投入50 mL沸水中，继续加热至水沸腾后，小火再煮2 min，关火滤渣，即得茶汤。过0.22 μm水系滤膜，茶汤中重金属Pb、Cr、Cd、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni和As含量采用电感耦合等离子体质谱法测定。

1.4 质量控制

所有试剂均为优级纯，分析用水均由超纯水处理系统制备。测定过程中，每10个样品设置一个平行样，所有样品均由空白样、二次平行样和添加绿茶成分分析标准物质(GBW10052)进行质量控制，二次平行样的相对偏差均小于5%，样品加标回收率在92.6%～114%，标准物质测定结果均在允许误差范围内。

1.5 数据分析

1.5.1 绿茶茶汤中重金属的浸出率

采用传统煮饮法对绿茶样本进行处理，分别称取绿茶1 g投入50 mL煮沸的超纯水中，继续加热至水沸腾后，小火再煮2 min，关火滤渣，即得茶汤。过0.22 μm水系滤膜，绿茶茶汤中重金属含量采用电感耦合等离子体质谱法测定。结合茶叶中重金属的含量计算浸出率，见计算公式(1)：

J=m1/m2

(1)

式中：J为茶叶中重金属的浸出率，%；m1为茶汤中重金属的含量，mg；m2为投加的茶叶中重金属的含量，mg。

1.5.2 重金属人体健康风险评价模型

目前，国际健康风险评价模型主要有化学致癌物风险评价模型和化学非致癌物风险评价模型两种。依据国际致癌研究署(IARC)、美国环境保护署(US EPA)综合风险信息系统(IRIS)数据库和世界卫生组织(WHO)编制的分类系统，得知具有致癌风险的金属元素是Cd、As，具有非致癌风险的金属元素是Cr、Pb、Hg、Cu、Zn、Mn、Ni。

其中化学致癌物的人体健康风险评价模型[12-13]见公式(2-3)：

(2)

(3)

式中：Rc为重金属致癌总风险，a-1；Ric为化学致癌物i经食入途径产生的平均个人致癌年风险，a-1；ADD为化学致癌物i经食入途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；Qi为化学致癌物i经食入途径的致癌强度系数，[mg/(kg·d)]-1。

化学非致癌物的人体健康风险评价模型[12-13]见公式(4-5)：

(4)

(5)

式中：Rn为重金属非致癌总风险，a-1；Rjn为化学非致癌物j经食入途径产生的平均个人致癌年风险，a-1；ADD为化学非致癌物j经食入途径的单位体重日均暴露剂量，mg/(kg·d)；RfD为化学非致癌物j经食入途径的单位体重日均暴露参考剂量，mg/(kg·d)；70为平均寿命[13]，a。Qi和RfD参考值见表1。

表1 重金属毒性参数

本文研究茶叶-茶汤系统中重金属对人体健康造成的风险，重金属的暴露途径主要是经口摄入，暴露介质主要是茶汤。本研究中重金属在经口摄入途径和茶汤中的人体日均暴露剂量计算[12-13]见公式(6)，人体健康风险评价模型参数见表2。

(6)

1.5.3 数据处理

采用SPSS 19.0、Origin8.6进行数据统计分析。

2 结果与讨论

2.1 茶叶样品中重金属含量

分别对五个生产加工地市售绿茶重金属(Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Hg、Pb、As)含量进行测定，结果见表3。由表3可知，绿茶Cr含量为3.98～4.63 mg/kg，Mn含量为320.04～526.74 mg/kg，Ni含量为17.43～25.74 mg/kg，Cu含量为15.00～23.15 mg/kg，Zn含量为27.68～42.23 mg/kg，As含量为1.12～1.34 mg/kg，Cd含量为0.72～1.06 mg/kg，Hg含量为0.11～0.13 mg/kg，Pb含量为1.20～1.45 mg/kg。依据GB 2762—2017茶叶中Pb限量标准(≤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)限量标准[17]可知，五个生产加工地黔产市售绿茶Cr、Cd、Pb、Hg及As含量均低于国家标准限值。现行有关茶叶的国标中未见对Mn、Cu、Zn和Ni作出限量规定，故不予考虑。

表3 绿茶中不同重金属的含量

重金属的含量分布在各生产加工地绿茶中存在一定差异(表3)，总体表现为QXN>LPS>TR>QN>ZY。QXN绿茶Cr、Ni、Cu、Zn和Hg含量最高，分别为4.63、25.74、23.15、42.23和0.13 mg/kg，而ZY绿茶Cr、Cu和Hg含量均最低。QXN绿茶Ni、Cu、Zn含量显著高于其他生产加工地绿茶(p<0.05)，分别超出24.53%～47.68%、20.70%～54.33%、31.23%～52.57%，QXN绿茶Cr和Mn含量显著高于QN和ZY(p<0.05)，其显著性差异可能是由于QXN当地茶园土壤的某些金属元素存在高背景值、绿茶的生产加工工艺存在差异等原因所导致的；TR绿茶Cd含量显著高于ZY、QN和QXN(p<0.05)，这与TR当地金属矿藏丰富、茶园土壤可能存在Cd污染、企业生产加工的绿茶品种不同有关。QN绿茶Pb含量显著高于TR、LPS和QXN(p<0.05)，可能的原因是QN绿茶在生产加工时，受到了来自当地铅锌矿区的工业污染，而As、Hg含量在不同生产加工地绿茶中差异性不显著(p>0.05)。茶叶重金属的含量高低可能与该品种茶叶对重金属的富集能力强弱有关[2]。

2.2 茶汤中重金属含量

五个生产加工地绿茶茶汤重金属的含量和浸出率测定结果如表4、图1所示。由表4可知，茶汤Cr含量为20.43～26.93 μg/L，Mn含量为5 278.18～8 887.96 μg/L，Ni含量为30.13～63.15 μg/L，Cu含量为55.12～75.03 μg/L，Zn含量为472.99～755.89 μg/L，As含量为7.76～9.04 μg/L，Cd含量为4.24～5.95 μg/L，Hg含量为0.89～1.07 μg/L，Pb含量为8.01～8.93 μg/L。绿茶样品经传统煮饮法煮沸后，茶汤Mn含量最高，Zn次之，Hg最低。茶汤重金属含量均表现为：Mn>Zn>Cu>Ni>Cr>Pb>As>Cd>Hg，这与马明海等[3]研究结论相似。这可能与茶树易选择性地从土壤中富集吸收Mn有关，且Mn、Zn易从茶叶中浸出[8]。

表4 绿茶茶汤中不同重金属的含量

由图1可知，五个生产加工地的市售绿茶中，LPS绿茶Zn、Mn的浸出率最高，分别为87.04%、81.27%，Zn、Mn浸出率最低分别出现在QN、ZY绿茶中，分别为78.73%、74.87%；Hg最高、最低浸出率分别出现在QN、QXN绿茶中，分别为45.84%、32.25%；As最高、最低浸出率分别出现在LPS绿茶、ZY绿茶中，分别为39.63%、28.36%；Cd最高、最低浸出率分别出现在QXN、QN绿茶中，分别为34.59%、24.35%；Pb最高、最低浸出率分别出现在TR、QN绿茶中，分别为32.86%、29.56%；Cr最高、最低浸出率分别出现在QN、LPS绿茶中，分别为28.69%、22.58%；Cu最高、最低浸出率分别出现在ZY、QXN绿茶中，分别为19.43%、15.13%。五个生产加工地绿茶中重金属浸出率大小次序均表现为：Zn>Mn>Hg>As>Cd>Pb> Cr>Cu>Ni。

图1 重金属的浸出率Figure 1 Diffusion rate of heavy metals.

2.3 茶叶重金属的健康风险评估

绿茶经传统煮饮法煮沸后，滤渣，收集浸出液。采用健康风险评价模型计算茶叶中重金属通过饮茶途径所致的个人健康危害年风险，茶汤中重金属的健康风险评估结果见表5。由表5可知，由化学致癌物Cd和As通过饮茶途径产生健康危害的个人年平均风险中，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的致癌风险水平均低于国际辐射防护委员会(ICRP，5×10-5a-1)和美国环境保护署(US EPA，1×10-4a-1)推荐的最大可接受风险水平。化学致癌物Cd和As对人体健康危害的个人年风险总和(Rc)为4.24×10-6～5.58×10-6a-1，五个生产加工地市售绿茶的个人年风险总和均低于ICRP和USEPA推荐的最大可接受风险水平；Cd、As的个人年风险分别占化学致癌物个人总年风险的68.40%～73.07%、26.93%～31.60%。Cd在TR绿茶茶汤中的健康危害个人年风险水平表现最高，为4.07×10-6a-1；As在LPS绿茶茶汤中的健康危害个人年风险水平表现最高，为1.52×10-6a-1。

表5 重金属污染物的平均个人年健康风险

由表5可知，茶汤中非致癌物Mn、Cu、Zn、Pb、Hg、Ni、Cr由饮茶途径产生的健康危害个人年风险水平均表现为Mn>Ni>Cr>Hg>Pb>Zn>Cu。由7种化学非致癌重金属通过饮茶途径所产生的个人健康危害年风险总和(Rn)为8.96×10-8～1.46×10-7a-1，处于10-11～10-6a-1范围内，即每百万人口中因茶汤中非致癌物而引起健康危害或死亡的人数不超过1人，远低于ICRP和US EPA推荐的最大可接受风险水平。表明茶汤中非致癌物Mn、Ni、Cr、Hg、Pb、Zn、Cu所引起的健康危害极小，其对暴露人群造成的健康危害可忽略不计，这与马明海等[3,7]研究结果吻合。

虽然茶汤中Cd、As的致癌风险水平均低于US EPA推荐的最大可接受风险水平，但与ICRP推荐的最大可接受风险水平接近。表明五个生产加工地绿茶茶汤中存在一定的Cd、As污染，可能对暴露人群造成一定的潜在健康危害，Cd、As是潜在的主要风险污染物。茶汤中Cd、As应成为潜在的主要监控目标，这与CAO等[11]对普洱茶、SOFUOGLU等[10]对红茶和方凤满等[18]对皖南典型茶园茶叶的研究结果相同。

3 结论

绿茶中Cr含量为3.98～4.63 mg/kg，Mn含量为320.04～526.74 mg/kg，Ni含量为17.43～25.74 mg/kg，Cu含量为15.00～23.15 mg/kg，Zn含量为27.68～42.23 mg/kg，As含量为1.12～1.34 mg/kg，Cd含量为0.72～1.06 mg/kg，Hg含量为0.11～0.13 mg/kg，Pb含量为1.20～1.45 mg/kg。参照GB 2762—2012茶叶中Pb限量标准、农业部标准NY/T 2008—2012 Cu限量标准及NY 659—2003中Cd、Hg、As、Cr的限量标准可知，五个生产加工地黔产市售绿茶Cr、Cd、Pb、Hg、Cu和As含量均低于国家标准限值；现行有关茶叶的国标未见对Mn、Zn和Ni做出限量规定，不予考虑。

五个生产加工地市售绿茶茶汤Zn、Mn的浸出率最高，分别为78.73%～87.04%、74.87%～81.27%；Hg次之，为32.25%～45.84%；Ni最低，为7.78%～11.58%。茶汤中重金属浸出率表现为：Zn>Mn>Hg>As>Cd>Pb> Cr>Cu>Ni。

健康风险评价结果表明，五个生产加工地市售绿茶中重金属通过饮茶途径所产生的健康危害个人年风险水平表现为：Cd>As>Mn>Ni>Cr>Hg>Pb>Zn>Cu，茶叶中重金属通过饮茶途径所产生的个人健康危害年风险总和为4.33×10-6～5.73×10-6a-1，均低于USEPA和ICRP推荐的最大可接受风险水平，表明Mn、Ni、Cr、Hg、Pb、Zn、Cu、Cd和As引起的健康危害极小，其对暴露人群造成的健康危害可忽略不计，绿茶中重金属均处于安全范围内。