【Application Note】常見兒童主食中重金屬暴露的研究：花生醬和果凍研究

01 摘要

在過去幾年中，研究發現葡萄和葡萄產品（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 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初就被認為是一個潛在的問題，但砷酸鉛仍是全美使用最廣泛的殺蟲劑之一，在 20 世紀 40 年代一直被用于數百萬英畝的農作物上。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。重金屬殺蟲劑被設計成具有持久性，在被禁用幾十年后仍會造成環境和健康問題。許多流行的早餐和面包涂抹醬都是由水果、堅果、種子和酵母組成的天然產品。兒童經常食用這些流行的涂抹醬和干果。對葡萄、堅果和可可豆等個別涂抹醬成分的研究報告顯示，其中含有大量重金屬污染。在這項研究中，對各種干果（包括葡萄干）和面包涂抹醬（包括水果涂抹醬、花生醬、堅果黃油、酵母涂抹醬和可可涂抹醬）樣品進行了重金屬污染檢測。樣品用微波消解，然后用 ICP-MS 檢測，以確定這些常見食品中可能存在的重金屬污染。

在這項研究中，從美國、英國和德國的不同商店獲得了流行的有機和普通葡萄干、葡萄干和醋栗的水果樣本。從美國、英國和德國購買的不同堅果和種子制成了涂抹醬。樣品用微波消解，并用 ICP-MS 檢測重金屬污染甲基汞被釋放到水道中。

02 引言

在歐洲，榛子醬位居榜首。堅果黃油最大的增長領域是亞洲，因為各種樹堅果黃油正被引入日常飲食中。據估計，2018 年堅果類和甜味涂抹產品的銷售額為 57.5 億歐元，比 2013 年增長了 65%。那么，為什么堅果黃油如此受歡迎呢？堅果黃油提供了大量蛋白質、健康的單不飽和脂肪酸以及多種維生素和礦物質。那么，能帶來如此多健康益處的產品怎么會對我們有害呢？由于花生和樹堅果以植物為基礎，生長在土壤中，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。許多經過研磨和加工的產品也會受到加工過程中的添加劑或磨損金屬的污染或摻假。

由于人們越來越意識到干果的營養價值和便利性，干果市場繼續大幅增長。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，但卻遠不如葡萄干類干果健康。

據報道，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生的砷。干果中的砷濃度可能更高。在這項研究中，我們將調查葡萄干、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，從而使其呈現金黃色。新鮮蔓越莓具有豐富的營養價值，包括維生素 C 和 K，可促進血液凝固。而曼越莓干則幾乎沒有這些營養成分。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 認證預備標準

• 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：初始校準驗證標準

樣品

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。

研磨條件

• 2克干果

• 程序

• 預冷20分鐘

• 研磨5個周期（每個周期2分鐘）

• 每個周期 = 2分鐘冷卻

• 沖擊速率 = 每秒16次沖擊

初始擴展樣品制備

使用液氮對面包涂抹醬進行冷凍，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，以實現樣品的速凍，見圖 1 這樣做是為了確保所有樣品都能到達消解容器的底部，而這在面包涂抹物處于室溫時是很難做到的。

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

• 所有樣品和空白對照均采用“食品”一鍵消解法進行消解

• 溫度：210°C

• 爬坡：20 分鐘

• 保持：15分鐘

• 功率：220-1800瓦

• 與每批樣品同時運行消解空白，并從隨后每個系列的結果中減去

• 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譜(ICP-MS)分析前按1:10的比例進一步稀釋

圖2. 配備 iWave 溫度傳感器的 MARS 6

儀器條件

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

表1. ICP-MS 監測的元素

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，所有容器都達到了相同的溫度，以確保完全消解每個樣品。

圖3. 來自 MARS 6的溫度和功率圖

表 2 中的 ICP-MS 分析結果顯示，許多樣品中的重金屬鈾 (U)、鉛 (Pb)、砷(As)、鍶 (Sr) 和鎘 (Cd) 含量高于預期水平。有趣的是，杏仁、腰果和榛子等樹堅果黃油中的鈾 (U) 含量很高，而花生醬中的鈾 (U）含量卻很低。這可能與堅果在收獲前在植物上停留的時間長短有關。同樣值得注意的是，一些堅果中的鉛（Pb）含量接近荃球一些監管機構規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，所有容器都達到了相同的溫度，以確保完全消化每個樣品。一鍵式食品分析法用途廣泛，使用精確的功率，可在一個批次中運行不同的樣品基質。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。研磨樣品的結果與整個水果相當。

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 結論

雖然花生醬和樹堅果黃油是蛋白質、維生素和礦物質的絕佳來源，但人們應該注意每天食用這些產品的量，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，與樹堅果黃油相比，花生醬中的有毒金屬含量似乎最低。

生產商應了解其產品中的重金屬含量，并告知消費者產品中是否含有高含量的重金屬。重金屬應作為營養標簽的一部分進行報告，以確保消費者知情。

一般來說，所有樣本對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。這可能與水果生長的環境條件有關。

如果攝入量超過建議的每日攝入量，或將其中一些水果與其他食物(如面包涂抹醬)一起食用，可能會導致重金屬濃度超過建議的每日允許量。

蔓越莓樣本結果的相對一致性可能與它們生長的地理區域有關。

與葡萄或葡萄酒相比，葡萄干中的砷似乎不會對健康造成更大的影響。