李秀林，刘汗青，武梦琦，白学慧，滕亚君

1. 瑞丽海关（瑞丽 678600）；2. 云南省德宏热带农业科学研究所（瑞丽 678600）；3. 昆明海关（昆明 650228）

咖啡是一种经济价值很高的饮料作物，与可可、茶叶并称为世界三大饮料，其产量、产值和消费量居三大饮料之首[1-3]。由于咖啡含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物、咖啡碱等物质，香气浓郁、滋味可口，受到消费者的喜爱。中国种植咖啡的省份有云南、海南、广东、广西和四川等，其中云南是我国最大的咖啡种植和出口基地，种植面积和产量均占全国的99%[1,4-5]。云南省规模化种植咖啡的地区主要分布在热区，其中以普洱、保山、德宏和临沧为主，种植面积占全省的80%以上[6-8]。云南优良的地理气候环境适宜小粒种咖啡的生长，并形成了云南小粒咖啡“浓而不苦、香而不烈、略带果味”的独特风味，深受国际咖啡市场欢迎[9]。

近年来云南小粒咖啡产业得到快速发展，对云南小粒咖啡品质的相关研究报道已有很多。吕玉兰等[10]对咖啡叶片和果实样品进行氮、磷、钾、钙、镁营养元素含量测定，对小粒种咖啡的营养特性进行初步研究。李梦丽等[11]对咖啡烘焙工艺的最佳条件及总糖进行测定。张绍龙等[12]对不同产区、不同海拔咖啡生豆和焙炒咖啡豆中咖啡因含量变化规律进行分析研究。苏琳琳等[13]对瑞丽市不同小粒种咖啡品种品质评价进行研究。咖啡在种植和生长过程中会富集土壤、环境中的重金属，云南小粒咖啡豆中的砷、汞、铅、镉含量是影响咖啡豆食品安全的重要指标，但全面分析云南不同地域小粒咖啡豆中砷、汞、铅、镉重金属污染情况鲜有研究报道。为确保云南小粒咖啡豆的品质和饮用安全，对小粒咖啡豆中重金属含量的分析及健康风险评价尤为重要。

通过微波消解法进行样品前处理，采用石墨炉原子吸收光谱仪、原子荧光光谱仪对列为国家地理标准产品的云南小粒咖啡豆中砷、汞、铅、镉含量进行分析，并进行非致癌健康风险评价，以此了解云南咖啡各主产地产品中砷、汞、铅、镉重金属元素现状，旨在为我国咖啡饮用安全保驾护航，为相关主管部门制定国家、行业或地方标准时提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

小粒咖啡豆；砷、铅、汞、镉标液（1 000 μg/mL，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）；硝酸（MOS级，天津市风船化学试剂科技有限公司）；盐酸（MOS纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；硫脲（分析纯，西陇化工股份有限公司）；抗坏血酸（分析纯，西陇化工股份有限公司）；硼氢化钠（≥96.0%，国药集团化学试剂有限公司）。

万分之一天平（AL201型，梅特勒-托利多）；微波消解仪（MARS 6，美国CEM）；超纯水仪（Milli-Q，德国默克密理博）；原子荧光光谱仪（AFS-9530，北京海光）；石墨炉原子吸收光谱仪（240FSAAGTA120，美国安捷伦）。

1.2 小粒咖啡豆样本采集与制备

1.2.1 采样

所有样品由云南省德宏热带农业科学研究所提供，采集位于云南省德宏、保山、临沧、普洱4个地区21个咖啡主要生产基地不同海拔、经度、纬度的32个咖啡样本，经白学慧研究员鉴定为小粒咖啡豆。采集样品信息见表1。按照NY/T 1518—2007《袋装生咖啡 取样》[14]对咖啡豆进行取样。

表1 样品信息

1.2.2 试样制备与保存

用咖啡磨或嵌齿轮磨研磨所取咖啡豆样品，直至试样通过630 μm样品筛为止，混匀，装入密闭样品袋中，于室温干燥器中保存。

1.3 试验方法

准确称取0.500 0 g处理好的小粒咖啡豆样品，置于消解罐中，加8 mL硝酸，于100 ℃预消解0.5 h，加盖置于微波消解仪中，按表2所示程序进行消解，消解完全后，pb、Cd、Hg于100 ℃赶酸1 h，用水定容至25 mL，用石墨炉原子吸收光谱法测定Pb、Cd，用原子荧光光谱法测定Hg。As于150 ℃赶酸至0.5～1.0 mL，稍冷加入2.5 mL硫脲-抗坏血酸（50 g/L），用1 mol/L盐酸定容至25.0 mL，放置0.5 h后，用原子荧光光谱法测定。

表2 微波消解程序

1.4 标准曲线方程

4种重金属元素线性方程如表3所示。4种重金属元素线性方程相关系数（r）在0.998 5～0.999 6之间，说明4种重金属元素线性关系良好，适合小粒咖啡豆中4种重金属元素含量的测定。

表3 4种金属元素线性方程、线性范围、相关系数及检出限

1.5 非致癌重金属健康风险评价模型

铅、镉、汞3种重金属元素主要具有非致癌毒性，根据美国国家环保署创建的非致癌风险评价方法[15-17]，长期服用咖啡重金属元素造成的健康风险可以运用靶标危害系数评价，计算如式（1）和（2）所示。

式中：SEDI为重金属i的平均日摄入量，mg/（kg·d）；SRfD为重金属i的每日允许最大摄入量，mg/（kg·d）；Ci为咖啡豆中重金属i的平均质量比，mg/kg；SEF为暴露频率，d/a；SED为接触年限，a；TA为接触时间，d；WAB为成年人体重以60 kg计算；SFIR为每日咖啡摄入量，g/d；STHQ为靶标危害系数。

重金属对人体的危害可能存在叠加，为评价小粒咖啡豆中多种重金属元素对人体危害，利用式（3）计算总危害指数SHI，SHI能综合评价多种重金属污染的非致癌总风险。

式中：SHI为危害指数；STHQi为重金属i的靶标危害系数（STHQ）。

2 结果与分析

2.1 精密度

取同一份标准溶液连续测定7次，各重金属结果如表4所示。从表4可知，SRSD值为0.05%～3.09%，表明仪器精密度良好。

表4 4种金属元素精密度测试

2.2 重复性

以A1号样品做3组平行试验，采用检测平均结果计算3组间的相对标准偏差，结果见表5。3组间的组间精密度为0.06%～4.80%，说明方法偏差较小。

表5 4种金属元素精密度测试

2.3 标准物质测定

以中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所圆白菜 GBW 10014按照1.3进行测定，测定结果见表6。从表6可知，标准物质检测结果满足标准物质证书要求，方法准确度好。

表6 标准物质测定

2.4 不同产地、海拔、经纬度小粒咖啡豆中重金属测定结果及分析

云南省保山、德宏、临沧、普洱4个地区覆盖云南省咖啡产地的大部分地域面积，代表云南省小粒咖啡豆整体的质量现况。对不同产地小粒咖啡豆中重金属元素进行测定，结果见表7。小粒咖啡豆中主要含有铅、镉、砷3种金属元素，不同产地小粒咖啡豆中重金属含量不一样，且与经纬度、海拔无关。其中，砷的含量最高为0.057 mg/kg，铅的含量最高为0.077 mg/kg，镉的含量最高为0.290 mg/kg。所有产地中均未检出汞。按照NY/T 604—2020《生咖啡》[18]的标准分别进行考核，云南省小粒咖啡豆中4种重金属元素均未超标，且其含量均远低于该质量卫生标准。小粒咖啡豆中镉的检出率均为100%，砷的检出率为9.38%，铅的检出率为96.88%。由图1可知，小粒咖啡豆中普洱地区的铅、砷含量最高，临沧地区铅含量最高，种植生长环境不同，砷、铅、镉含量不同，但重金属元素含量均未对各地区咖啡饮用安全构成威胁。云南小粒咖啡豆中4种重金属元素含量控制在安全范围内，咖啡豆种植地区土壤、环境状况良好，符合生产咖啡的特殊要求，具有种植咖啡的独特环境优势，云南小粒咖啡豆可作为咖啡生产加工企业的优质原材料。

表7 不同产地小粒咖啡豆重金属测定结果

图1 小粒咖啡豆元素含量趋势图

2.5 小粒咖啡中Pb、Cd、Hg的健康风险评价

铅、镉、汞3种重金属主要具有非致癌毒性，因小粒咖啡豆中汞未检测出，所以主要考虑铅、镉的健康风险。为评价小粒咖啡豆中铅、镉的非致癌健康风险，采用1.5小节的模型进行研究。综合考虑，成人每天喝2杯咖啡，每杯咖啡4.0 g小粒咖啡豆，以其约8.0 g为小粒咖啡豆日摄入量进行计算。其他参数假设为SED=30 a，SEF=365 d/a，WAB=60 kg，TA=30 a×365 d/a，重金属铅、镉的每日允许最大摄入量（RfD）分别为3.50×10-3mg/（kg·d）和1.0×10-3mg/（kg·d）[15-17]。参考参数主要来自美国环保署规定的安全限量和世界卫生组织暂定的每周可耐受摄入量。小粒咖啡豆中铅、镉的非致癌健康风险见表8。镉、铅的质量比平均值分别为0.045和0.029 mg/kg，铅、镉的每日摄入量（EDI）均低于每日允许摄取最大量值（RfD），镉的靶标危险系数（STHQ）大于铅，镉的靶标危害系数占总危害系数的84.51%，铅的靶标危害系数占总危害系数的15.49%。STHQ＜1时表明摄入的重金属对人体健康造成的影响不明显，STHQ＞1时，表明暴露量高于不良反应的阈值，对人体可造成非致癌健康风险，SHI＜1时，人体不会受到明显的非致癌伤害，SHI＞1时，人体受到非致癌伤害的可能性很大。从表8可以看出，人体摄入小粒咖啡豆铅、镉的途径中STHQ和SHI值远远小于1，表明人体通过小粒咖啡豆摄入的铅、镉不会对人体造成非致癌伤害，食用云南小粒咖啡豆没有明显的健康风险。

表8 小粒咖啡豆中Pb、Cd的EDI、RfD、THQ和对HI的贡献率

3 结论

利用微波消解技术，采用原子荧光、石墨炉原子吸收对云南地区咖啡豆的砷、汞、铅、镉4种重金属元素进行分析研究。结果表明，4种金属元素相关系数为0.998 5～0.999 6，线性关系良好，适合小粒咖啡豆中4种重金属元素含量的测定。4个咖啡豆种植地区的砷、铅、镉富集存在地区性差异，其含量与海拔、经度、纬度无关，普洱咖啡豆中砷、镉含量较高，临沧咖啡豆中铅含量较高。小粒咖啡豆中砷的检出率为9.38%，铅的检出率为96.88%，镉的检出率为100%。镉、铅检出率较高，镉、铅的质量比平均值分别为0.045和0.029 mg/kg，所有样品中4种重金属元素含量均未超出NY/T 604—2020《生咖啡》[18]的限量范围，小粒咖啡豆中镉的非致癌健康风险镉高于铅，THQ和HI均远小于1，表明人体通过小粒咖啡豆摄入的铅、镉不会对人体造成非致癌伤害。4个咖啡豆种植地区土壤环境状况良好，有种植咖啡的独特环境优势，云南的小粒咖啡豆的食品安全控制在较好水平，可作为咖啡生产加工企业的优质原材料。

咖啡作为云南特有的地理性标志产品，试验采集覆盖云南咖啡豆主产区的大样本数样品，具有一定代表性，结合实际现况调查分析，保障消费者的身体健康，提高云南小粒咖啡豆出口品牌竞争力，促进咖啡豆种植行业标准化、安全化、国际化的快速发展，可根据云南小粒咖啡豆的特点，为制定进口咖啡豆技术壁垒提供参考依据，限制国外一些重金属含量高的咖啡豆进入我国市场。