بررسی غلظت فلزات سنگین سرب و کادمیم و غلظت روی درگندم تولیدی کشور ایران

مقاله پژوهشی

علوم و تکنولوژی محیط زیست، دوره بیست و سوم، شماره نه، آذرماه 1400(165-174)

بررسی غلظت فلزات سنگین سرب و کادمیم و غلظت روی درگندم تولیدی کشور ایران

کبرا سادات هاشمی نسب^{[1] *}

k.hasheminasab@areeo.ac.ir

کریم شهبازی^[2]

 کامبیز بازرگان²

چکیده

زمینه و هدف: گندم­های تولیدی کشور ایران از نظر میزان آلودگی به فلزات سنگین کادمیم و سرب و میزان روی بررسی شدند.

روش بررسی: تعداد 419 نمونه گندم از مزارع تهیه گردید. دانه­های گندم پس از بوجاری، آسیاب شده و هضم و عصاره­گیری انجام شد. غلظت فلزات سنگین در عصاره­ها با دستگاه جذب اتمی اندازه­گیری گردید.

یافته­ها: میزان کادمیم در 59/8 درصد از نمونه­های گندم کشور، بالاتر از میزان حد مجاز استاندارد ملی ایران (mg/Kg03/0) بود. میانگین میزان کادمیم درتمام استان­های بررسی شده به جز استان گیلان ازحد مجاز استاندارد ملی پایین­تر به دست آمد. نتایج نشان دادند که میزان سرب در 72/0 درصد از نمونه­های گندم آنالیز شده بالاتر از میزان حد مجاز استاندارد ملی ایران (mg/Kg 15/0) بود. میانگین میزان سرب در همه استان­ها از حد مجاز استاندارد ملی پایین­تر به دست آمد. بررسی غلظت عنصر مفید روی در نمونه­های گندم نشان داد در بخش اعظم نمونه­ها (حدود 79%)، غلظت این عنصرکمتر از حد مطلوب (mg/Kg30) می­باشد.

بحث و نتیجه­گیری: توزیع فراوانی غلظت عناصر سرب و کادمیم در مناطق مختلف ایران حاکی از بالاتر بودن غلظت عنصر کادمیم نسبت به حد مجاز در استان گیلان است. به نظر می­رسد حد مجاز کادمیم در گندم در استاندارد ملی، به طور غیر مستندی سخت­گیرانه است، لذا پیشنهاد می­شود حد مجاز کادمیم در دانه گندم در استاندارد ملی ایران مجدداً بازنگری شود. اگر استاندارد جهانی به عنوان شاخص ارزیابی آلودگی گندم­های تولیدی کشور در نظر گرفته شود، در رابطه با کادمیم، در هیچکدام از نمونه­های تجزیه شده غلظت کادمیم بالاتر از حد مجاز استاندارد جهانی نیست. در ادامه نتایج اندازه­گیری عنصر روی در گندم­ها، نشانگر کمبود روی در بخش اعظم نمونه­های گندم است. لذا با توجه به سهم نان درسبد غذای جامعه ایرانی بایستی موضوع ارتقاء غلظت روی درگندم مورد توجه جدی قرار گیرد.

واژه­های کلیدی: فلزات سنگین، سرب، کادمیم، روی،گندم، ایران.

Investigation on the concentration of heavy metals, lead and cadmium, and zinc concentration in the wheat produced in Iran

Kobra Sadat Hasheminasab^{[3] *}

k.hasheminasab@areeo.ac.ir

Karim Shahbazi[4]

Kambiz Bazargan²

Abstract

Background & Objective: We investigated the produced wheat of Iran in terms of heavy metal cadmium and lead, and also to measure the extent of zinc.

Material and Methodology: The amount of the mentioned metals in 419 wheat samples, after preparation and extraction, was analyzed by atomic absorption spectrometry.

Findings: The amount of cadmium in the 8.59 percent of wheat was higher than permissible limit in national standard index of Iran (0.03 mg/kg). In all provinces, the average amount of cadmium was less that the permissible limit, except Gilan. The findings showed that the amount of lead in 0.72 percent of analyzed samples was higher than permissible limit in the national index (0.15 mg/kg). In all provinces, the average amount of lead was less than national index of Iran. Analysis of concentration of zinc, a useful element, showed that in much of samples (about 79 percent), the concentration of this element less than acceptable level (30 mg/kg).

Discussion and conclusion: The analysis of frequency distribution of heavy metals in different provinces of Iran showed that in Gilan province, the concentration of cadmium is more than permissible limit. Since that the permissible concentration of cadmium in the national standard of Iran is unreasonably exigent. It is suggested that the maximum tolerance limit for cadmium in wheat grain should be reviewed. If the Codex standard is considered as an indicator of the pollution of heavy wheat production in Iran, in relation to cadmium, none of the analyzed samples cadmium concentration has not exceeded the Codex limit. In addition, the results of zinc measurement in wheat samples indicate zinc deficiency in most of the samples. Therefore, regarding the share of bread in the food basket of Iranian society, increasing the concentration of zinc in the wheat of Iran should be taken into consideration.

Keywords: heavy metals, Lead, Cadmium, Zinc, Wheat, Iran.

مقدمه

آلودگی خاک به فلزات سنگین یکی از مشکلات زیست محیطی عمده در جوامع بشری است که علاوه بر اثرات زیان­بار بر گیاهان و جانوران با راه­یابی به آب­های زیرزمینی از طریق آبشویی موجب کاهش عملکرد و کیفیت محصول و در نهایت به خطر افتادن سلامتی افراد جامعه و دیگر موجودات زنده می­شود (1). در این زمینه، سازمان غذا و کشاورزی[5] (FAO) و سازمان بهداشت جهانی[6] (WHO)، کمیته اروپا[7] (EC) و دیگر سازمان­های نظارتی در دیگر کشورها میزان غلظت­های مجاز یا غلظت­های حداکثر برای سمیت فلزات سنگین در مواد غذایی را تنظیم کرده­اند (2). گندم به عنوان یکی از محصولات استراتژیک نقش مهمی در تأمین کالری و پروتئین ساکنان مناطق شهری و روستایی ایران بر عهده دارد. اگرچه تأمین گندم مورد نیاز کشور برای مصرف سالانه اهمیت بسیاری دارد، اما سلامت گندم تولید شده نیز بایستی مورد توجه قرار گیرد. تولید گندم­هایی با ارزش غذایی بالا (سرشار از پروتئین و عناصر غذایی کم­مصرف) که عاری از مواد و عناصر آلاینده نظیر کادمیم و سرب باشد، در دستور کار قرار گرفته است. پژوهش­ها و مطالعات گوناگونی برای بررسی میزان آلودگی گندم­هایی که در مناطق مختلف ایران تولید می­شوند، انجام شده است. رنج وسیعی از تجمع فلزات سنگین در محصولات غلات و لگوم گزارش شده است. کیان پور و همکاران (3) با بررسی گندم کشت شده در همدان، آلودگی به فلز سنگین کادمیم را گزارش کردند.اسماعیلی و همکاران (4) با بررسی میزان فلزات سنگین گندم استان بوشهر، آلودگی به کادمیم را مشاهده نکردند. محمدی و همکاران (5) با بررسی میزان کادمیم و سرب گندم های خریداری شده از کل کشور،گزارش دادند 32/80 درصد نمونه­های گندم دارای مقدار کادمیم بالاتر از حد مجاز استاندارد ملی ایران و 19 درصد از نمونه­ها دارای مقدار سرب بالاتر از حد مجاز استاندارد ملی است. با توجه به اهمیت و حساسیت موضوع و همچنین تناقضات موجود در گزارش­های مربوط به میزان عناصر سنگین در گندم تولیدی کشور، هدف این مطالعه ارزیابی مقدار فلزات سنگین (کادمیوم، سرب و محتوای روی) در دانه گندم جمع­آوری شده از استان­های مختلف کشور می­باشد. این بررسی با حساسیت ویژه­ای در مرحله آماده­سازی و تجزیه­ی نمونه­های گندم انجام گرفت و از روش­های مختلف جهت سنجش دقت و صحت نتایج استفاده گردید.

مواد و روش­ها

روش نمونه­برداری

برای انجام این بررسی تعداد 419 نمونه گندم از مزارع مناطق مختلف تحت کشت گندم آبی در سال 96-1395 تهیه گردید. نمونه­برداری توسط کارشناسان خبره سازمان جهاد کشاورزی در زمان برداشت گندم هر مزرعه انجام گرفت.

فراوانی تعداد نمونه گندم نمونه­بردای شده از هر استان در جدول 1 ارائه شده است. بر اساس آمارنامه جهاد کشاورزی (6) استان­های خوزستان، فارس، خراسان رضوی و گلستان از استان­های عمده تولید کننده گندم در سال زراعی 95-1394 بوده­اند و به همین دلیل در پژوهش حاضر تعداد نمونه­های بررسی شده از این استان­ها به دلیل سهم بیشتر در سبد غذایی مردم بیشتر بود.

جدول 1- فراوانی تعداد نمونه­های گندم به تفکیک استان

Table1. Frequency of wheat samples by province

واکنش­گرها[8]

اسیدهای مورد استفاده (W/V %65) HNO₃ و (W/V %30) H₂O₂ با درجه خلوص بالا (Suprapure, Merck) بودند. کالیبراسیون دستگاه­ها با محلول­های استاندارد تیترازول[9] (مرک) که حاوی g L^-1 1 از عنصر می­باشد، انجام شد.

آماده­سازی نمونه­ها

نمونه­های گندم در بسته­بندی­های مشخص از مناطق مختلف جمع­آوری شدند. برای جداسازی دانه­های گندم از کاه وکلش و ذرات خـارجی موجـود مثـل گرد وخاک و شن، نمونه­های گندم از الک­هایی با سایزهای مختلف عبور داده شدند. سپس دانه­های گندم آسیاب شده و هضم و عصاره­گیری انجام شد.از روش هضم اسیدی نمونه تحت شرایط بسته وکنترل شده دما و فشار با استفاده از سیستم میکرویو[10] برای هضم و عصاره­گیری نمونه های گندم استفاده شد. 5/0 گرم از نمونه گندم آسیاب شده را داخل لوله­های تفلون مخصوص دستگاه میکرویو توزین و به آن 5 میلی­لیتر اسید نیتریک غلیظ (65 درصد با درجه خلوص بالا) و 2 میلی­لیتر آب اکسیژنه 30 درصد اضافه می­کنیم. لوله­ها را داخل دستگاه میکرویو قرار داده و مطابق برنامه دستگاه را تنظیم و عمل هضم انجام شد (7).

آنالیز فلزات سنگین

غلظت Cd و Pb در محلول­های نهایی هضم شده با دستگاه جذب اتمی کوره گرافیتی[11] GFAAS Perkin Elmer 900Z (USA)  و غلظت روی با دستگاه جذب اتمی شعله[12](USA)FAAS 900F اندازه­گیری گردید.

کنترل کیفی

دو نمونه مواد مرجع گواهی شده[13] گندم از کشور آمریکا(SRM 1567b)  و کشور چین  (NCZ ZC73009)خریداری شدند. در سه تکرار هضم شد و برای محاسبه (QA/QC) آنالیز گردید. درصد بازیابی[14]مطابق با معادله 1 محاسبه گردید. نتایج درصد بازیابی در جدول 2 گزارش شده است. 

جدول 2-درصد بازیابی عناصر در ماده مرجع (mg.kg^-1) (میانگین ± انحراف معیار) (3=n)

Table 2. The recovery percentage of elements in the reference material (mg. kg-1) (mean± standard deviation) (n=3)

یافته­ها

بررسی وضعیت غلظت عنصر کادمیم در نمونه­های گندم تولیدی کشور

نتایج بررسی میزان کادمیم در نمونه­ها نشان می­دهد که میزان این عنصر در 59/8 درصد از نمونه­های گندم تولیدی در کل کشور، بالاتر از میزان حد مجاز استاندارد ملی ایران (03/0 میلی گرم در کیلوگرم) است و در 41/91 درصد نمونه­های آنالیز شده مقدار کادمیم کمتر از حد مجاز می­باشد (شکل1- الف).

شکل 1- غلظت الف) کادمیم، ب) سرب در نمونه­های دانه گندم­

Figure 1. Concentrations of (a) cadmium, (b) leadin wheat grain samples.

نتایج اندازه­گیری میزان کادمیم نمونه­های گندم نشان می­دهد که میانگین میزان کادمیم درتمام استان­های بررسی شده به جز استان گیلان ازحدمجازاستاندارد ملی ( mg/Kg03/0) پایین­تراست (شکل 2). میانگین مقدار کادمیم در 419 نمونه گندم­ آنالیز شدهmg/Kg  013/0 بود. مقدار میانگین کادمیم در استان گیلانmg/Kg  037/0 بود که از مقدار حد مجاز بیشتر می­باشد.

شکل 2- میانگین غلظت کادمیم در نمونه­های دانه گندم استان­های مختلف

Figure 2. Mean cadmium concentration in wheat samples of different provinces

نتایج مقدار کادمیم در نمونه­های گندم استان گیلان به تفکیک نمونه و شهر در شکل 3 آمده است. مقدار کادمیوم در دو نمونه رودبار با mg/Kg 071/0 و سیاهکل با mg/Kg 082/0 بالاتر از حد مجاز تعیین شده توسط سازمان استاندارد ملی ایران (mg/Kg03/0) بود.

شکل 3- غلظت کادمیم در نمونه­های دانه گندم مناطق مختلف استان گیلان

Figure 3. Cadmium concentration in wheat grain samples of different regions of Gilan province

بررسی وضعیت غلظت عنصر سرب در نمونه­های گندم تولیدی کشور

نتایج نشان می­دهد که در سطح کل کشور میزان سرب در 72/0 درصد از نمونه­های گندم آنالیز شده بالاتر از میزان حد مجاز استاندارد ملی ایران (mg/Kg15/0) است و در 28/99 درصد نمونه­ها مقدار سرب پایین­تر از حد مجاز می­باشد (شکل1- ب). مقدار سرب تنها در سه نمونه مربوط به استان­های مازندران، قزوین و تهران به ترتیب با 32/0، 25/0 و 20/0 میلی­گرم در کیلوگرم، از مقدار حد مجاز بیشتر بود. میانگین میزانسربدر همه استان­هاازحدمجاز استاندارد ملی ایران (mg/Kg15/0) پایین­تر است. میانیگن مقدار سرب در 419 نمونه گندم­ آنالیز شده mg/Kg039/0به دست آمد.

بررسی وضعیت غلظت عنصر روی در نمونه­های گندم تولیدی کشور

سرانه مصرف نان در کشور ایران بالا است، این بدین معنی است که بخش قابل توجهی از نیاز افراد جامعه به کالری، پروتئین و مواد معدنی بایستی از طریق نان تأمین گردد، لذا غنی بودن گندم و به تبع آن نان از مواد معدنی، باعث تأمین مواد معدنی لازم برای شهروندان خواهد گردید. از این میان با توجه به نتایج پژوهش­های قبلی در مؤسسه تحقیقات خاک و آب، عنصر روی که بر اساس شرایط خاک­های کشور با خطر کمبود در محصولات مواجه است و از طرف دیگر نقش جدی در سلامت مردم دارد، برای بررسی انتخاب گردید. کمبود عناصر کم مصرف در ایران مخصوصاً آهن و روی در مزارع و باغات به طور عمومی شایع می­باشد (8). حد مطلوب عنصر روی در دانه گندم 50-30 میلی­گرم در کیلوگرم می­باشد (9). این در حالی است که در این پژوهش میانگین غلظت روی در گندم تولیدی کشور 84/23 میلی­گرم در کیلوگرم به دست آمده است. با توجه به نتایج غلظت روی در دانه­های گندم در شکل 4، 52/78 درصد نمونه­های گندم دارای کمبود روی می­باشند. میانگین استانی غلظت روی در گندم­های تولیدی کشور در شکل 5 نشان داده شده است. میزان روی در گندم تولیدی اکثر استان­ها زیر حد مطلوب غلظت روی در گندم است. با توجه به نتایج به دست آمده، مشکل کمبود روی در گندم­های تولیدی کشور کاملاً مشهود است.

شکل4- غلظت عنصر روی در نمونه­های دانه گندم­

Figure 4. Zinc concentration in wheat grain samples

شکل5- میانگین غلظت روی در نمونه­های دانه گندم استان­های مختلف

Figure 5. Average zinc concentration in wheat samples of different provinces

بحث و نتیجه­گیری

مقایسه حدود مجاز غلظت سرب و کادمیم در نمونه های گندم طبق استانداردهای مختلف (استاندارد جهانی Codex (10)، استاندارد ملی ایران (11)، اتحادیه اروپا (12)، چین (13)، ایرلند (14) و استرالیا (15)) در جدول 3 مشاهده می­شود. حد مجاز کادمیم در استاندارد ملی ایران نسبت به استانداردهای دیگر کشورها اختلاف چشمگیری نشان می­دهد که نیاز به بررسی بیشتر دارد. نکته تأمل­ برانگیز و با اهمیت، اختلاف فاحش استاندارد ملی ایران و Codex است. حد مجاز غلظت کادمیم در دانه گندم طبق استاندارد Codex، برابر باmg/Kg  2/0 است، در حالیکه این رقم در استاندارد ملی ایران به میزان mg/Kg 03/0 تعریف شده است که اختلاف قابل ملاحظه­ای با یکدیگر دارند. بر این اساس استاندارد ملی ایران برای غلظت کادمیم در گندم، 7 برابر سخت­گیرانه­تر از استاندارد جهانی  Codexاست، این در شرایطی است که در مورد حد مجاز سرب اختلاف چشمگیری بین استاندارد ملی ایران و  Codexمشاهده نمی­شود.

جدول3- حدود مجاز سرب و کادمیم در استانداردهای مختلف

Table 3. Lead and cadmium permissible limits in various standards

از طرف دیگر میانگین غلظت کادمیم در دانه گندم تولیدی کشورهای مختلف بر اساس گزارش­های علمی در جدول 4 آورده شده است. ملاحظه می­گردد که میانگین غلظت کادمیم در گندم­های تولیدی ایران (mg/Kg 013/0) نسبت به کشورهای دیگر و حتی بسیاری از کشورهای پیشرفته بسیار پایین­تر است و این خود نشانگر کیفیت خوب گندم تولیدی کشور از نظر محتوای عنصر سنگین کادمیم است.

جدول 4- غلظت کادمیم گندم­های تولیدی کشورهای مختلف (16)

Table 4. Cadmium concentration of wheat produced in different countries

توزیع فراوانی غلظت عناصر سرب و کادمیم درمناطق مختلف حاکی از بالاتر بودن غلظت عنصر کادمیم نسبت به حد مجاز در استان گیلان است. بررسی غلظت عنصر معدنی مفید روی در نمونه­های گندم نشان داد در بخش اعظم نمونه­ها (حدود 79%)، غلظت این عنصر کمتر از حد مطلوب می­باشد. لذا با توجه به سهم نان در سبد غذای افراد جامعه ایرانی بایستی موضوع ارتقاء غلظت روی در گندم مورد توجه جدی قرار گیرد.

تقدیر و تشکر

این پژوهش در بخش آزمایشگاه­های موسسه تحقیقات خاک و آب انجام شده است. نویسندگان از حمایت مالی موسسه تحقیقات خاک و آب (گزارش فنی با شماره ثبت 54225) و همکاری کارشناسان قدردانی می­نمایند.

References

1. Kandeler, E., Tscherko, D., Bruce, K., Stemmer, M., Hobbs, P.J., Bardgett, R.D., Amelung, W., 2000. Structure and function of the soil microbial community in microhabitats of a heavy metal polluted soil. Biology and fertility of soils. Vol. 32, pp. 390-400.
2. FAO/WHO, Contaminants, Codex Alimentarius, vol. XVII, Edition 1, FAO/WHO,Codex Alimentarius Commission, Rome, 1984.
3. Kianpoor, S., Sobhanardakani, S., 2018. Evaluation of Zn, Pb, Cd and Cu concentrations in wheat and bread consumed in Hamedan city. Journal of Food Hygiene. Vol. 7, No. 28, pp. 87. (In Persian)
4. Esmaili, A., Noroozi, V., Saeedi, R., Mohammadi, M. J., Sobhani, T., Dobaradaran, S., 2017. Data on heavy metal levels (Cd, Co, and Cu) in wheat grains cultured in Dashtestan County, Iran. Data in Brief.Vol. 14,pp. 543–547.
5. Mohammadi, A., 2016. Investigation of heavy metals (lead and cadmium) in purchased wheat in 2014, (In Persian).
6. Agriculture Jihad Statistics, Agronomic crops. Crop year 2016-2017. (In Persian)
7. AOAC Official Method 999.10:1999 Lead, Cadmium, Zinc, Copper and Iron in Foods. Atomic Absorption Spectrometry (AAS) after microwave digestion.
8. Khavazi, K., Balali, M.R., Bazargan, k., Tehrani, M.M., Rezaei, H., AsasdiRahmani, H., Gheibi, M.N., Davoodi, M.H., Saadat, S., Moshiri, F., Davatgar, N., 2014. Comprehensive soil fertility and plant nutrition program 2014-2025. Soil and water research institute. 1, pp. 28. (In Persian)
9. Malakouti, M.J., Moshiri, F., Gheibi, M.N., 2005. Optimum levels of nutrients in soils and some agronomic and horticultural crops (Part 1: agronomic crops), Technical bulletin No. 405, Soil and water research institute, Sana Publications. (In Persian)
10. Codex Stan 193-1995. "Codex General Standard for Contaminants and Toxins in Food and Feed".
11. National Standard of Iran, No. 12968. Institute of Standards and Industrial Research of Iran, Food & Feed-Maximum limit of heavy metals.2009. (In Persian)
12. Commision Regulation (EC) No 1881-2006-"Setting maximum levels for criteria contaminations in foodstuffs". European Commission, Commission Regulation (EC) No.466/2001 SettingMaximum Levels for Certain Contaminants in Foodstuffs, 2002;US EPA, Risk Assessment Guidance for Superfund, Human Health Evaluation Manual (Part A). Interim Final, vol. I. Washington (DC), United States Environmental Protection Agency, EPA/540/1-89/002, 1989.
13. National Standard of the People’s Republic of China (NSPRC). National Food Safety Standard, Issued by Ministry of Health of the People’s Republic of China. 2011.
14. Food Safety Authority of Ireland.Mercury, Lead, Cadmium, Tin and Arsenic in Food, Food safety Authority of IRELAND. 2009.
15. Food Standards Australia and New Zealand Standard 1.4.1 (FSANZS) – Contaminants and Natural Toxicants laid down maximum levels of FIVE heavy metals in specified food.
16. Yanardag, A.B., Mermut, A.R., Cano, A.F., Garces, D.M.C., Yanardag, I.H., 2016. Cadmium contents of soils and durum and bread wheats on Harran Plain, southeast Turkey, Turkish Journal of Agriculture and Forestry. Vol. 40, pp. 772-782.

[1]- استادیار موسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران. *(مسوول مکاتبات)

[2]- دانشیار موسسه تحقیقات خاک و آب، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران.

1- Assistant Professor, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran. *(Corresponding Author)

2- Associate Professor, Soil and Water Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran.

[5]- Food and Agriculture Organization

[6]- Word Health Organization

[7]- European Commission

[8]-Reagents

[9]-Titrisol

[10]- Microwave

4- Graphite Furnace Atomic Absorption

[12]-Flame Atomic Absorption Spectroscopy

[13]- Certified Reference Materials

[14]-Recovery