贵州省辣椒制品加工过程中砷元素形态变化的研究

辣椒是重要的蔬菜作物、是人们日常生活中重要的蔬菜和调味品之一，其种植遍布世界各地，全世界近1/4人口经常食用。贵州省是辣椒的传统产区，全省 95%以上的县都可以大面积种植辣椒[1-3]。随着辣椒生产的快速发展，带动了辣椒加工制品业的迅速发展，涌现出了不少国内外知名的辣椒品牌，例如贵阳的“老干妈”[4-5]。另外, 辣椒还是很好的化工原料和医药原料, 因此辣椒的科研和生产在我国蔬菜产业的发展中占有重要的地位。然而随着现代工业的快速发展，环境污染日益加剧，导致部分地区菜田土壤重金属的污染。砷是一种毒性很强的元素，砷的毒性主要取决于其化学形态，其中无机砷(亚砷酸盐和砷酸盐)毒性大；有机砷的形态包括很多种，根据形态的不同，其毒性相差甚远，一甲基砷酸(monomethylated arsenic,MMA)和二甲基砷酸(dimethylated arsenic,DMA)已被证明是潜在的致癌物质，而砷甜菜碱和砷胆碱则被认为是无毒的。为了控制砷的健康危害，不少国家或地区制定了食品中总砷或无机砷的最大允许浓度以及每周耐受摄入量的标准，并通过比较食品砷摄入量与耐受摄入量来评估食品中砷的健康风险[6-10]。

关于食品摄入的砷暴露量以及健康风险评价研究多数是基于大米、可食用蔬菜、肉类及海产品等食品的生材料中砷总量或者无机砷的浓度计算的[11-14]。实际上，在被摄入人体之前，食品要经过各种处理，砷的浓度和形态已发生了变化[15-17]。目前，针对食品中的砷形态分析研究已多有报道[18-19]，但针对辣椒及其制品中砷元素形态分析尚未见报道，使得辣椒及其制品中砷元素的安全性评价缺少必要的数据依据。因此为了解“老干妈”辣椒酱加工过程不同砷形态的变化以保证产品的质量[20-23]，本文通过模拟“老干妈”辣椒的深加工工艺，以实际样品添加的方式，采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry,HPLC-ICP-MS)联用技术对贵州省的鲜辣椒及“老干妈”辣椒酱中的无机砷(亚砷酸盐和砷酸盐)、一甲基砷和二甲基砷进行本底调查，测定了辣椒深加工过程中不同砷形态在生产加工中的变化，并检测了砷污染情况。

1 材料与方法

1.1 试剂

亚砷酸根As(Ⅲ)标准溶液(GBW08666)[75.7 mg/kg(以砷计)]；砷酸根As(Ⅴ)标准溶液(GBW08667)[17.5 mg/kg(以砷计)]，一甲基砷(MMA)标准溶液(GBW08668)[25.1 mg/kg(以砷计)]，二甲基砷(DMA)标准溶液(GBW08669)[52.9 mg/kg(以砷计)]，中国计量科学研究院；无水乙酸钠、NaH2PO4、NH4NO3、乙二胺四乙酸二钠,均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；NaOH(优级纯)，天津科密欧化学试剂有限公司；样品处理及溶液配制全部使用经MilliQ纯净水机处理的去离子水。

1.2 仪器与设备

DRC-E电感耦合等离子体质谱联用仪，美国PE公司；Series 200高效液相色谱仪，美国PE公司；HZS-H型水浴振荡器，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；3K15型离心机，德国Sigma公司。

1.3 仪器的工作参数

色谱柱：Dionex IonPac AS19(250 mm×4 mm)分析柱和IonPac AG19(50 mm×4 mm)保护柱；流动相：10 mmol/L无水乙酸钠、3 mmol/L NH4NO3、2 mmol/L NaH2PO4、0.2 mmol/L乙二胺四乙酸二钠溶液，用40 g/L NaOH溶液调节pH为10.7；流速1.0 mL/min；进样体积50 μL。

ICP-MS的工作参数：离子透镜电压6 V；雾化室气体流量0.82 L/min；RF功率1 100 W；辅助气体流量1.2 L/min；等离子体气流量16 L/min。

1.4 样品前处理

称取4 g鲜辣椒样品于塑料离心管中，加入38 mL去离子水，旋涡混匀后，水浴振荡40 min，加入3%乙酸溶液2 mL混匀沉淀蛋白，于4 ℃冰箱中静置5 min后，以8 000 r/min转速于4 ℃离心10 min，取上清液过0.45 μm滤膜到进样瓶中待测，同时做试剂空白。试样通过HPLC-ICP-MS联用仪进行检测。

2 结果与分析

2.1 贵州鲜辣椒及“老干妈”辣椒酱的筛查情况

采集贵州省贵阳、遵义、绥阳3个地区的鲜辣椒及“老干妈”辣椒酱。对采集的鲜辣椒样品的总砷含量进行测定，测定结果见表1；对“老干妈”辣椒酱中的无机砷、一甲基砷及二甲基砷进行添加回收及本底测定，测定结果见表2。

筛查结果表明，3个地区中鲜辣椒中的总砷含量为0.016～0.076 mg/kg；“老干妈”辣椒酱中的无机砷、一甲基砷及二甲基砷均小于检出限，无机砷、一甲基砷及二甲基砷的回收率在80%～95%。

2.2 模拟“老干妈”辣椒酱生产工艺

通过上述实验发现目前针对贵州省地区的辣椒及其制品中砷含量较低，暂时不存在本底污染风险，但是在辣椒深加工过程中可能会存在煤火等问题影响原料安全，生产厂家很难采取一对一检测的方式进行原料的安全确认。根据“老干妈”辣椒酱的制作工艺，拟选择最重要的“烘干”和“油炸”2个加工工艺模拟实验，同时，对贵阳、遵义、绥阳3个地区的辣椒进行加标回收实验，比较这3种加工工艺对辣椒中3种砷形态的影响，观察不同砷形态的变化情况。

2.2.1 晾晒、烘干工艺

称取4 g新鲜辣椒于坩埚中，加入3种砷形态混标，静置24 h，让辣椒充分吸收标液，再放入100 ℃马弗炉中6 h后取出，冷却至室温，对烘干后的辣椒按上述前处理方法进行提取、净化和检测。同时做空白对照。由表3数据可以看出晾晒和烘干后，样品中无机砷、一甲基砷及二甲基砷的回收率均大于80%，故晾晒、烘干辣椒的加工工艺并未对不同砷形态产生影响。

对油炸干辣椒加工工艺中所用植物油进行无机砷、一甲基砷和二甲基砷的检测，结果均小于检出限，不会对模拟实验结果产生干扰。

称取0.3 g干辣椒(相当于4 g新鲜辣椒)于坩埚中，加入3种砷形态混标，静置24 h，让辣椒充分吸收标液，再加入20 mL植物油，放入110 ℃马弗炉中30 min，取出后冷却至室温，分别对油炸辣椒和油按上述前处理方法进行提取、净化和检测。同时做空白对照。根据实验结果可以看出，干辣椒经过油炸工艺后砷形态不会发生变化，且回收率稳定。油炸工艺后无机砷、一甲基砷和二甲基砷的回收率如表4所示。

3 结论

通过对贵州省贵阳、遵义、绥阳3个地区的鲜辣椒及采用上述辣椒作为原料生产的“老干妈”辣椒酱进行筛查，鲜辣椒总砷的检测结果为0.016～0.076 mg/kg；“老干妈”辣椒酱中均未检出无机砷、一甲基砷及二甲基砷等砷形态。同时对“老干妈”辣椒酱生产加工工艺进行模拟实验，3种砷形态不受烘干和油炸等加工工艺的影响，添加回收率为81.0%～92.3%。

本文通过对辣椒深加工工艺(“老干妈”生产工艺)的模拟，采用实际样品添加的方式，明确了辣椒深加工过程中的2个关键问题：不同砷形态在生产加工中是否会变化及如果出现砷污染能否进行有效检测。

经实验验证，如在加工生产过程中，出现无机砷、一甲基砷及二甲基砷的污染，采用液相色谱-电感耦合等离子体质谱法可准确、快速地针对砷污染情况进行检测，有效地监控生产流程，保证产品质量，确保食品安全。

[1] 余文中, 姜虹, 杨红, 等.贵州辣椒[J].辣椒杂志(季刊), 2005, 3(3):12-15.

YU W Z, JIANG H, YANG H, et al.Hot peppers in Guizhou province,P.R.China[J].Journal of China Capsicum, 2005, 3(3):12-15.

[2] 杨金花. 浅述贵州辣椒制品的加工与利用[J].农技服务, 2007, 24(2):107-108.

YANG J H.Processing and utilization of pepper products in Guizhou[J].Agricultural Technical Services, 2007, 24(2):107-108.

[3] 张和喜, 王群, 王鹏, 等.贵州辣椒产业发展现状及发展思路分析[J].广东农业科学, 2012(3):40-42.

ZHANG H X, WANG Q, WANG P, et al.Current situation of hot pepper production and its development mentality in Guizhou[J].Guangdong Agricultural Sciences, 2012(3):40-42.

[4] 马艳青. 我国辣椒产业形式分析[J].辣椒杂志(季刊), 2011, (1):1-5.

MA Y Q.Analysis on the form of pepper industry in China[J].Journal of China Capsicum, 2011(1):1-5.

[5] 王永平, 张绍刚, 何嘉, 等.国内外辣椒产业发展现状及趋势[J].现代农业科学, 2009, 16(6):267-270.

WANG Y P, ZHANG S G, HE J, et al.Current situation and developing trend of hot pepper industry in china and abroad[J].XIANDAINONGYEKEXUE, 2009, 16(6):267-270.

[6] 张磊, 吴永宁, 赵云峰.不同形态砷化合物稳定性研究和砷形态分析中样品前处理技术[J].国外医学卫生学分册, 2007, 34(4):238-244.

ZHANG L, WU Y N, ZHAO Y F.Study on the stability of different arsenic compounds and sample pretreatment technology in arsenic speciation analysis[J].Foreign Medical Sciences(Section of Hygiene)， 2007, 34(4):238-244.

[7] 黄琴, 孙铭.食品企业管理新概念:创建星级食品企业[J].中国食品, 2000(21):38-40.

HUANG Q, SUN M.New Concept of food enterprise management:Creating star food enterprises[J].China Food, 2000(21):38-40.

[8] HUANG Z, PAN X D, WU P G, et al.Heavy metals in vegetables and the health risk to population in Zhejiang China[J].Food Control, 2014, 36(1):248-252.

[9] 白爱梅, 李跃, 范中学.砷对人体健康的危害[J].微量元素与健康研究, 2007, 24(1):61-62.

BAI A M, LI Y, FAN Z X.Harm of arsenic to human health[J].Studies of Trace Elements and Health, 2007, 24(1):61-62.

[10] 彭珊茁, 蔡原.砷的生物学指标研究进展[J].中国工业医学杂志, 2006, 19(3)：168-171.

PENG S Z, CAI Y.Progress of study on the biological indicators for arsenic toxicity[J].Chinese Journal of Industrial Medicine, 2006, 19(3)：168-171.

[11] 肖亚兵, 阎华, 陈其勇.HPLC-ICP-MS联用技术在有机砷形态分析中的应用[J].食品研究与开发, 2011, 32(9)：227-250.

XIAO Y B, YAN H, CHEN Q Y.Application of HPLC-ICP-MS coupling technique in organoarsenic species analysis[J].Food Research and Development, 2011, 32(9)：227-250.

[12] 汪光, 李开明, 吕永龙,等.食品烹调处理过程中砷的浓度、形态和生物可给性研究进展[J].生态毒理学报, 2013, 8(2):132-137.

WANG G, LI K M, LYU Y L, et al.A Review on arsenic concentration, speciation and bioaccessibility in food during cooking treatment[J].Asian Journal of Ecotoxicology, 2013, 8(2):132-137.

[13] 中华人民共和国国家卫生健康委员会. GB 5009.11—2014食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定[S].北京:中国标准出版社, 2015.

National Health Commission of the people′s Republic of China.GB 5009.11—2014 National food safety standards Determination of total arsenic and inorganic arsenic in food [S].Beijing:China standards Press, 2009

[14] 高双双, 陈晓霞, 杨晓华, 等.原子荧光光谱法测定茶叶中砷和汞的含量[M].理化检验—化学分册，2018, 54(7):802-805.

GAO S S, CHEN X X, YANG X H, et al.Determination of Arsenic and Mercury in Tea by Atomic Fluorescence Spectrometry[M].Physical Testing and Chemical Analysis(Part B:Chemical Analysis),2018, 54(7):802-805.

[15] 王新惠, 夏艳丽, 赵芮, 等.特色风味辣椒酱的开发[J].中国调味品, 2019, 44(4):136-138.

WANG X H, XIA Y L, ZHAO R, et al.Development of characteristic Flavor chili sauce[J].China Condiment, 2019, 44(4):136-138.

[16] 白露露, 胡文忠, 姜爱丽, 等.辣椒加工工艺及其设备的应用现状[J].食品工业科技, 2014, 35 (15):369- 372.

BAI L L, HU W Z, JIANG A L, et al.Research and application on the processing technology and equipment for chilli[J].Science and Technology of Food Industry, 2014, 35 (15):369- 372.

[17] 中华人民共和国农业部. NY 659—2003.茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量[S].北京:中国标准出版社, 2003.

Ministry of Agriculture of the People′s Republic of China.NY/T 659—2003.Residue limits of chromium, cadmium, mercury, arsenic and fluoride in tea [S].Beijing:China Agricultural Press, 2011.

[18] 陈露, 嵇晶, 金佳颖, 等.高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定海藻中5种砷形态[J].食品与发酵工业, 2020, 46(15):270-275.

CHEN L, JI J, JIN J Y, et al.Determination of five arsenic species in seaweed by HPLC-ICP-MS[J].Food and Fermentation Industries, 2020, 46(15):270-275.

[19] 王亚, 张春华, 葛滢.高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法检测紫菜中的砷形态[J].分析试验室, 2013(5):34-38.

WANG Y, ZHANG C H, GE Y.Determination of arsenic speciation in porphyra using HPLC-(UV)-HG-AFS [J].Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2013(5):34-38.

[20] PARK M K, CHOI M K, KIM L, et al.An improved rapid analytical method for the arsenic speciation analysis of marine environmental samples using high-performance liquid chromatography/inductively coupled plasma mass spectrometry[J].Environmental Monitoring and Assessment, 2019, 191:525-539.

[21] 中华人民共和国国家卫生健康委员会. GB 5009.268—2016食品安全国家标准食品中多元素的测定[S].北京:中国标准出版社, 2016.

National Health Commission of the people′s Republic of China.GB 5009.268—2016 National food safety standards determination of multi elements in food [S].Beijing:China Standards Press, 2016.

[22] 中华人民共和国国家卫生健康委员会. GB 2762—2017食品安全国家标准食品中污染物限量[S].北京:中国标准出版社, 2017.

National Health Commission of the people′s Republic of China.GB 2762—2017 National food safety standards limit of contamination in food[S].Beijing:China Standards Press, 2017.

[23] 刘康书, 梁艺馨, 蔡秋, 等.贵州出口农产品中重金属污染状况研究[J].食品研究与开发, 2015, 36(12):116-118.

LIU K S, LIANG Y X, CAI Q, et al.Study on heavy metal pollution of agriculture export in Guizhou province[J].Food Research and Development, 2015, 36(12):116-118.