對不同球磨時間的超微綠茶粉進行了重金屬元素鉛、鉻及鎳的測定;設置不同材質的磨球和罐體對蒸青片進行球磨,并選取球磨材料不同、粒徑相近的兩組超微綠茶粉進行重金屬元素(鎳、鉻)檢測,為尋求合適的球磨材料提供依據。結果顯示:隨著球磨時間的增加,茶樣中的鉻和鎳含量均呈上升趨勢,而鉛含量無顯著差異,原因是球磨時所用罐體為不銹鋼材質,而不銹鋼中含有 18.0~20.0%的鉻,8.0~11.0%的鎳;在不銹鋼球-不銹鋼罐、
-不銹鋼罐、瑪瑙球-尼龍罐三種研磨材料組合中,超微茶粉粒徑為 35~55µm 時,使用瑪瑙球-尼龍罐球磨的茶樣中鉻和鎳的含量均小于 5.0mg/kg;粒徑為 10µm 以下時,不宜使用不銹鋼球-不銹鋼罐進行球磨加工。
但茶葉加工過程中,所接觸機械大多為金屬材料,可能會造成重金屬污染。韓文炎、高秀平[1-2]在紅茶和綠茶揉捻時,茶葉中的鉛均有不同程度的增加;在烏龍茶的加工工序中,足干過程中鉛污染嚴重,包揉工序次之,殺青時污染較輕,這是因為茶葉在包揉后茶汁外溢,使茶葉粘性增加,較易受金屬體和包揉布的污染[3];與其他茶類不同的是,CTC 紅碎茶在加工過程中鉻的含量會有大幅增加,初步判斷來自于不銹鋼的 CTC 轉子揉切機。
重金屬原義是指密度大于 6.0g/cm3 的金屬元素,食品中重金屬的污染主要包括汞、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鎳、鋅[5]。重金屬的過量食用可導致重金屬中毒,如鉛可使人出現學習能力下降、貧
血[6];過量的鎳可引起炎癥、癌癥、癥、系統紊亂、降低生育能力、致畸和致突變等[7];鉻雖是人體必需的微量元素,但高鉻的食用也會引起不適[8]。超微綠茶粉是將達到綠色標準的綠茶茶葉,經超微粉碎形成 200 目(74μm)甚至達到 1000 目(12μm)以上的綠茶超微細粉[9-10]。現階段我國企業大多采用球磨方式加工超微綠茶粉,在球磨加工過程中,茶葉被粉碎的同時,研磨材料本身也會發生變化,從而可能給超微綠茶粉帶來重金屬污染。另外,與傳統茶葉不同的是,超微綠茶粉屬于茶葉深加工范疇,常被以全組分形式加入到食品和化妝品中[11],又因其中的重金屬元素應滿足《食品標準食品中污染物限量》和《茶葉中鉻、鎘、汞、砷及氟化物限量》對茶葉中重金屬限量要求[12-13],因此應對超微綠茶粉加工過程中重金屬污染給予關注,但目前對超微綠茶粉加工過程中的重金屬含量變化未見報道。本文對球磨加工過程中超微綠茶粉的重金屬含量進行檢測分析,同時,采用三組球磨材料不銹鋼球-不銹鋼罐、氧化鋯球-不銹鋼罐、瑪瑙球-尼龍罐對超微綠茶粉進行加工,通過重金屬元素鉻和鎳的檢測,并結合粒徑分析,為尋找合適的球磨材料提供依據。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 蒸青綠茶
取自于浙江振通宏茶業有限公司
1.1.2 試劑
硝酸為級純,購于國藥集團化學試劑有限公司;鉻和鎳標準溶液購于標準物質中心,1000mg/L。
1.1.3 主要儀器
電感耦合等離子體質譜(ICS-2100),賽默飛世爾科技()有限公司;電感耦合等離子體光譜(iCAP6000),賽默飛世爾科技有限公司;微波消解儀(SN:81722709),安東帕;FA1104A 電子天平,上海精天電子儀器有限公司;YXQM 實驗型行星式球磨機,AY-20生產制造球磨抹茶機, Mastersizer2000 激光粒度儀。
1.2 實法
1.2.1 茶樣重金屬元素的測定[14] 準確稱取 0.2g 茶樣于微波消解管中,加入8mL 硝酸,按照表 1 工作條件進行消解,消解完全后,趕酸,完全冷卻后,用超純水定容至25mL。采用 3 個平行樣品,同時做試劑空白。茶葉中鉻(Cr)和鎳(Ni)含量采用電感耦合等離子體質譜法測定(ICP-MS)。
1.2.2 球磨時間對茶樣重金屬含量的影響
將蒸青片用生產型球磨機(料球比 1:4.5,轉速 38r/min,罐體為不銹鋼、磨球為剛玉)分別進行 2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、22h研磨,對球磨后的茶樣重金屬元素(Cr、Ni)的
檢測;將球磨 0h、8h、12h、22h 的茶樣委托安徽國科檢測科技有限公司進行重金屬元素鉛檢測。
1.2.3 不同的球磨材料對茶樣金屬含量的影響
將蒸青片用 YXQM-4L 行星式球磨機分別采用不銹鋼球-不銹鋼罐、氧化鋯球-不銹鋼罐、瑪瑙球-尼龍罐進行 20min、40min、60min、90min、2h、4h、6h 的球磨(料球比為 45g:493g,大中
小球配比為:大球占總重量的 20%、中球占 50%、小球占 30%,球磨后所得粒徑與生產型球磨機相近),對以上球磨茶樣進行粒徑檢測,并選取不同球磨材料且粒徑相近的茶樣進行重金屬
元素(鉻、鎳)的檢測。
1.2.4 粒徑檢測[15]
利用激光粒度儀測定超微綠茶粉的粒徑,Mastersizer2000 型激光粒度儀的轉速為2000r/min,選用濕法進樣器,設置顆粒折射率為 1.53,顆粒吸收率為 0.01。
1.2.5 數據處理
本實驗采用 Origin2016 制圖,SPSS22.0 進行數據分析。
2 結果與分析
2.1 超微綠茶粉加工過程中重金屬含量變化 從表 1 和表 2 可看出,隨著球磨時間的增加,超微綠茶粉中的鉻和鎳均呈現上升趨勢,這與張琳所得出紅碎茶加工過程中鉻含量大量增加的結果一致。在球磨 12 小時后明顯上升,球磨 22 小時后鉻含量已達到 2.0ppm 以上,超出《食品標準食品中污染物限量》中對食品中鉻的限量。原因為球磨所用罐體為不銹鋼,日常所用 304 不銹鋼中含有 18.0~20.0%的鉻,8~11%的鎳[16],球磨加工過程中,茶葉與球磨罐直接接觸,從而使其中的鉻和鎳含量增加[14],因此為球磨過程中的鉻和鎳的含量超標,從表 3 可看出,隨著球磨時間的增加,
超微綠茶粉中的鉛并無顯著差異。原因為在球磨加工過程中,茶樣處于密閉空間中,且所接觸的球磨材料中鉛,所以在超微綠茶粉的加工過程中,并不會造成鉛污染。
2.2 球磨材料對茶樣中重金屬含量的影響
使用不同的球磨材料對蒸青片進行不同時間的球磨(YXQM 實驗型行星式球磨機),經過粒徑檢測可得下表: 從表 4 可看出,在球磨過程中,一定的球磨時間下,不同的球磨材料會影響茶樣的粒徑,球磨時間較短時,以瑪瑙球-尼龍罐所得茶樣粒徑較小,但在球磨 4h 后,以氧化鋯球-不銹鋼罐所得的茶樣粒徑較小。可能原因為研磨材料不同,所占體積不同,影響了介質對茶樣的沖擊碰撞以及摩擦,從而使粉碎所得茶樣粒徑不同[17]。
為探究不同的球磨材料對茶樣重金屬含量的影響,選取兩組球磨材料不同、粒徑相近的茶樣進行重金屬元素(鎳、鉻)檢測。 從表 5 可看出,A 組茶樣,在粒徑為 30~55µm 的情況下,以不銹鋼球-不銹鋼罐球磨 2h后茶樣中重金屬鎳和鉻含量較高,瑪瑙球-尼龍罐球磨 40min 后茶樣中的重金屬鎳和鉻含量較低;B 組茶樣,在中值粒徑小于 10µm 時,不銹鋼球-不銹鋼罐球磨 6h 后的金屬含量遠遠高于氧化鋯球-不銹鋼罐球磨 4h 后的茶樣。原因為不銹鋼中含有 18.0~20.0%的鉻,8.0~11.0%的鎳,而氧化鋯、瑪瑙及尼龍中并不含鉻和鎳元素。選擇合適的球磨材料及時間是很有必要的。
3 結論與討論
本試驗首先對不同球磨時間的超微綠茶粉進行重金屬鉻、鎳和鉛的檢測,結果表明,隨著球磨時間的增加,茶樣中鉻和鎳的含量增加,較長時間的球磨后,可能會造成超微綠茶粉重金屬超標,原因為球磨所用罐體為不銹鋼罐,不銹鋼中含有較多的鉻和鎳;鉛在球磨過程中無增加現象。為探究球磨材料對超微綠茶粉加工過程中重金屬污染的影響,使用三種不同組合的研磨材料不銹鋼球-不銹鋼罐、氧化鋯球-不銹鋼罐、瑪瑙球-尼龍罐對蒸青片進行球磨加工,對其粒徑進行檢測,并選擇兩組不同研磨材料、粒徑相近的超微綠茶粉進行重金屬檢測,發現不同的研磨材料會影響超微綠茶粉的粒徑,且超微綠茶粉粒徑在 30µm 以上時,宜選擇瑪瑙球和尼龍罐為研磨材料進行加工,可有效減少重金屬污染,同時提高粉碎效率;對超微綠茶粉粒徑要求在 10µm 以下時,不銹鋼球-不銹鋼罐組球磨超微綠茶粉鎳和鉻污染嚴重,不宜作為球磨材料。本試驗為尋求合適的球磨材料提供一定的依據,但未對不同球磨材料的茶樣進行全面的分析,結合超微綠茶粉的分析來選擇合適的球磨材料值得進一步深入探討