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球磨加工对超微绿茶粉重金属污染的影响

来源:|作者:金瑞 |发布时间:2021-03-18 |次浏览
在不锈钢球-不锈钢罐、氧化锆球-不锈钢罐、玛瑙球-尼龙罐三种研磨材料组合中,超微茶粉粒径为 35~55µm 时,使用玛瑙球-尼龙罐球磨的茶样中铬和镍的含量均小于 5.0mg/kg;粒径为 10µ
对不同球磨时间的超微绿茶粉进行了重金属元素铅、铬及镍的测定;设置不同材质的磨球和罐体对蒸青片进行球磨,并选取球磨材料不同、粒径相近的两组超微绿茶粉进行重金属元素(镍、铬)检测,为寻求合适的球磨材料提供依据。结果显示:随着球磨时间的增加,茶样中的铬和镍含量均呈上升趋势,而铅含量无显著差异,原因是球磨时所用罐体为不锈钢材质,而不锈钢中含有 18.0~20.0%的铬,8.0~11.0%的镍;在不锈钢球-不锈钢罐、氧化锆球-不锈钢罐、玛瑙球-尼龙罐三种研磨材料组合中,超微茶粉粒径为 35~55µm 时,使用玛瑙球-尼龙罐球磨的茶样中铬和镍的含量均小于 5.0mg/kg;粒径为 10µm 以下时,不宜使用不锈钢球-不锈钢罐进行球磨加工。

但茶叶加工过程中,所接触机械大多为金属材料,可能会造成重金属污染。韩文炎、高秀平[1-2]在红茶和绿茶揉捻时,茶叶中的铅均有不同程度的增加;在乌龙茶的加工工序中,足干过程中铅污染严重,包揉工序次之,杀青时污染较轻,这是因为茶叶在包揉后茶汁外溢,使茶叶粘性增加,较易受金属体和包揉布的污染[3];与其他茶类不同的是,CTC 红碎茶在加工过程中铬的含量会有大幅增加,初步判断来自于不锈钢的 CTC 转子揉切机。 

重金属原义是指密度大于 6.0g/cm3 的金属元素,食品中重金属的污染主要包括汞、镉、铅、铬、砷、铜、镍、锌[5]。重金属的过量食用可导致重金属中毒,如铅可使人出现学习能力下降、贫
血[6];过量的镍可引起炎症、癌症、症、系统紊乱、降低生育能力、致畸和致突变等[7];铬虽是人体必需的微量元素,但高铬的食用也会引起不适[8]。超微绿茶粉是将达到绿色标准的绿茶茶叶,经超微粉碎形成 200 目(74μm)甚至达到 1000 目(12μm)以上的绿茶超微细粉[9-10]。现阶段我国企业大多采用球磨方式加工超微绿茶粉,在球磨加工过程中,茶叶被粉碎的同时,研磨材料本身也会发生变化,从而可能给超微绿茶粉带来重金属污染。另外,与传统茶叶不同的是,超微绿茶粉属于茶叶深加工范畴,常被以全组分形式加入到食品和化妆品中[11],又因其中的重金属元素应满足《食品标准食品中污染物限量》和《茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量》对茶叶中重金属限量要求[12-13],因此应对超微绿茶粉加工过程中重金属污染给予关注,但目前对超微绿茶粉加工过程中的重金属含量变化未见报道。本文对球磨加工过程中超微绿茶粉的重金属含量进行检测分析,同时,采用三组球磨材料不锈钢球-不锈钢罐、氧化锆球-不锈钢罐、玛瑙球-尼龙罐对超微绿茶粉进行加工,通过重金属元素铬和镍的检测,并结合粒径分析,为寻找合适的球磨材料提供依据。 
1 材料与方法 
1.1 材料 
1.1.1 蒸青绿茶 
取自于浙江振通宏茶业有限公司 
1.1.2 试剂 
硝酸为级纯,购于国药集团化学试剂有限公司;铬和镍标准溶液购于标准物质中心,1000mg/L。 
1.1.3 主要仪器 
电感耦合等离子体质谱(ICS-2100),赛默飞世尔科技()有限公司;电感耦合等离子体光谱(iCAP6000),赛默飞世尔科技有限公司;微波消解仪(SN:81722709),安东帕;FA1104A 电子天平,上海精天电子仪器有限公司;YXQM 实验型行星式球磨机,AY-20生产制造球磨抹茶机, Mastersizer2000 激光粒度仪。 
1.2 实法 
1.2.1 茶样重金属元素的测定[14] 准确称取 0.2g 茶样于微波消解管中,加入8mL 硝酸,按照表 1 工作条件进行消解,消解完全后,赶酸,完全冷却后,用超纯水定容至25mL。采用 3 个平行样品,同时做试剂空白。茶叶中铬(Cr)和镍(Ni)含量采用电感耦合等离子体质谱法测定(ICP-MS)。 
1.2.2 球磨时间对茶样重金属含量的影响 
将蒸青片用生产型球磨机(料球比 1:4.5,转速 38r/min,罐体为不锈钢、磨球为刚玉)分别进行 2h、4h、6h、8h、10h、12h、14h、22h研磨,对球磨后的茶样重金属元素(Cr、Ni)的
检测;将球磨 0h、8h、12h、22h 的茶样委托安徽国科检测科技有限公司进行重金属元素铅检测。 
1.2.3 不同的球磨材料对茶样金属含量的影响 
将蒸青片用 YXQM-4L 行星式球磨机分别采用不锈钢球-不锈钢罐、氧化锆球-不锈钢罐、玛瑙球-尼龙罐进行 20min、40min、60min、90min、2h、4h、6h 的球磨(料球比为 45g:493g,大中
小球配比为:大球占总重量的 20%、中球占 50%、小球占 30%,球磨后所得粒径与生产型球磨机相近),对以上球磨茶样进行粒径检测,并选取不同球磨材料且粒径相近的茶样进行重金属
元素(铬、镍)的检测。 
1.2.4 粒径检测[15] 
利用激光粒度仪测定超微绿茶粉的粒径,Mastersizer2000 型激光粒度仪的转速为2000r/min,选用湿法进样器,设置颗粒折射率为 1.53,颗粒吸收率为 0.01。 
1.2.5 数据处理 
本实验采用 Origin2016 制图,SPSS22.0 进行数据分析。 

 2 结果与分析 
2.1 超微绿茶粉加工过程中重金属含量变化 从表 1 和表 2 可看出,随着球磨时间的增加,超微绿茶粉中的铬和镍均呈现上升趋势,这与张琳所得出红碎茶加工过程中铬含量大量增加的结果一致。在球磨 12 小时后明显上升,球磨 22 小时后铬含量已达到 2.0ppm 以上,超出《食品标准食品中污染物限量》中对食品中铬的限量。原因为球磨所用罐体为不锈钢,日常所用 304 不锈钢中含有 18.0~20.0%的铬,8~11%的镍[16],球磨加工过程中,茶叶与球磨罐直接接触,从而使其中的铬和镍含量增加[14],因此为球磨过程中的铬和镍的含量超标,从表 3 可看出,随着球磨时间的增加,
超微绿茶粉中的铅并无显著差异。原因为在球磨加工过程中,茶样处于密闭空间中,且所接触的球磨材料中铅,所以在超微绿茶粉的加工过程中,并不会造成铅污染。 
2.2 球磨材料对茶样中重金属含量的影响 
使用不同的球磨材料对蒸青片进行不同时间的球磨(YXQM 实验型行星式球磨机),经过粒径检测可得下表: 从表 4 可看出,在球磨过程中,一定的球磨时间下,不同的球磨材料会影响茶样的粒径,球磨时间较短时,以玛瑙球-尼龙罐所得茶样粒径较小,但在球磨 4h 后,以氧化锆球-不锈钢罐所得的茶样粒径较小。可能原因为研磨材料不同,所占体积不同,影响了介质对茶样的冲击碰撞以及摩擦,从而使粉碎所得茶样粒径不同[17]。 
为探究不同的球磨材料对茶样重金属含量的影响,选取两组球磨材料不同、粒径相近的茶样进行重金属元素(镍、铬)检测。  从表 5 可看出,A 组茶样,在粒径为 30~55µm 的情况下,以不锈钢球-不锈钢罐球磨 2h后茶样中重金属镍和铬含量较高,玛瑙球-尼龙罐球磨 40min 后茶样中的重金属镍和铬含量较低;B 组茶样,在中值粒径小于 10µm 时,不锈钢球-不锈钢罐球磨 6h 后的金属含量远远高于氧化锆球-不锈钢罐球磨 4h 后的茶样。原因为不锈钢中含有 18.0~20.0%的铬,8.0~11.0%的镍,而氧化锆、玛瑙及尼龙中并不含铬和镍元素。选择合适的球磨材料及时间是很有必要的。

不同研磨材料粒径相近茶样的重金属含量
3 结论与讨论 
本试验首先对不同球磨时间的超微绿茶粉进行重金属铬、镍和铅的检测,结果表明,随着球磨时间的增加,茶样中铬和镍的含量增加,较长时间的球磨后,可能会造成超微绿茶粉重金属超标,原因为球磨所用罐体为不锈钢罐,不锈钢中含有较多的铬和镍;铅在球磨过程中无增加现象。为探究球磨材料对超微绿茶粉加工过程中重金属污染的影响,使用三种不同组合的研磨材料不锈钢球-不锈钢罐、氧化锆球-不锈钢罐、玛瑙球-尼龙罐对蒸青片进行球磨加工,对其粒径进行检测,并选择两组不同研磨材料、粒径相近的超微绿茶粉进行重金属检测,发现不同的研磨材料会影响超微绿茶粉的粒径,且超微绿茶粉粒径在 30µm 以上时,宜选择玛瑙球和尼龙罐为研磨材料进行加工,可有效减少重金属污染,同时提高粉碎效率;对超微绿茶粉粒径要求在 10µm 以下时,不锈钢球-不锈钢罐组球磨超微绿茶粉镍和铬污染严重,不宜作为球磨材料。本试验为寻求合适的球磨材料提供一定的依据,但未对不同球磨材料的茶样进行全面的分析,结合超微绿茶粉的分析来选择合适的球磨材料值得进一步深入探讨