圍場縣馬鈴薯中典型藥物污染特征及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

潘 尋，蘇 都，蘇佰禮，賁偉偉*

（1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境保護(hù)對外合作中心，北京 100035；2.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，北京 100085；3.濟(jì)南市環(huán)境監(jiān)測中心站，濟(jì)南 250101）

藥物是人類日常生活和生產(chǎn)過程中大量使用并具有潛在生態(tài)效應(yīng)的一類新型化學(xué)物質(zhì)，因具有較強(qiáng)的環(huán)境持久性、生物活性、生物累積性和生物難降解性，成為各國學(xué)者和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)問題[1-2]。蔬菜是我國居民的重要食品，也是我國主要出口商品之一。一般來說，蔬菜中的有毒有害物質(zhì)主要來源于土壤，其污染特征與土地用途、經(jīng)營模式、管理方式及周圍環(huán)境密切相關(guān)。農(nóng)田土壤中藥物殘留主要來源于畜禽糞便等有機(jī)肥的施用，畜禽糞便的施用頻率及藥物殘留水平直接影響藥物進(jìn)入農(nóng)田的總量及其在農(nóng)田及農(nóng)產(chǎn)品中的積累。殘留藥物在一定程度上干擾土壤微生物的群落結(jié)構(gòu)與功能，影響土壤中有機(jī)質(zhì)的腐爛和分解，進(jìn)而影響土壤肥力[3]；影響蔬菜的正常生理和生長，降低了蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)，如四環(huán)素在一定程度上增加了生菜和小白菜的氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，從而抑制蔬菜的生長[4-5]；磺胺嘧啶對小白菜和西紅柿具有生態(tài)毒性效應(yīng)[6]。此外，長期通過食物鏈攝入暴露于低含量藥物的食品對人體健康也存在潛在危害[7-8]。

圍場縣位于河北省最北部，東經(jīng)116°32′～118°14′，北緯41°35′～42°40′，是我國重要的馬鈴薯生產(chǎn)基地，被評(píng)為中國馬鈴薯之鄉(xiāng)。2015年，圍場縣全縣馬鈴薯種植面積3.8萬hm2，總產(chǎn)量16.4萬t，總產(chǎn)值7.2億元[9]。馬鈴薯對于圍場縣具有舉足輕重的意義，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系到人們的身體健康、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。畜用藥物使用缺乏科學(xué)指導(dǎo)、畜禽糞便無害化水平低、復(fù)種指數(shù)高等當(dāng)?shù)剞r(nóng)耕特點(diǎn)都可能導(dǎo)致藥物在農(nóng)田中不斷累積，成為制約當(dāng)?shù)伛R鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，也從源頭上為食品安全帶來隱患[10]。當(dāng)前，國內(nèi)外食品中藥物殘留污染相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要針對動(dòng)物性食品制定，植物性食品中藥物的污染水平調(diào)查和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估也多圍繞單類抗生素開展[11-13]。因此，本研究以圍場縣為對象，調(diào)查了全縣農(nóng)田馬鈴薯中5大類25種藥物的污染水平及富集效果，并對健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，為掌握典型藥物在農(nóng)作物中的污染現(xiàn)狀，減緩污染風(fēng)險(xiǎn)，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，促進(jìn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

采樣點(diǎn)覆蓋圍場縣全部37個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以及紅松洼、御道口、后溝、機(jī)械林場4個(gè)省管牧場和林場。每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取有代表性農(nóng)田采樣點(diǎn)1個(gè)，共采集馬鈴薯樣本41個(gè)，采樣點(diǎn)位置詳見圖1。樣本貼好標(biāo)簽，帶回實(shí)驗(yàn)室，用自來水清洗后再用蒸餾水洗2次。取樣品約100 g，冷凍干燥后按四分法縮減樣品，研磨過100目篩，供分析測試所用。

1.2 儀器與試劑

選擇25種目標(biāo)藥物作為檢測對象，按照種類性質(zhì)分為磺胺類（Sulfonamides，SAs）、四環(huán)素類（Tetra?cyclines，TCs）、氟喹諾酮類（Fluoroquinolones，F(xiàn)Qs）、大環(huán)內(nèi)酯類（Macrolides，MLs）和其他類（Others），其主要理化性質(zhì)和分子結(jié)構(gòu)見表1。藥物標(biāo)準(zhǔn)品購自美國Sigma-Aldrich公司和德國Dr.Ehrenstorfer公司，純度均大于98%。甲醇、乙腈和甲酸均為色譜純，分別購自于比利時(shí)Fisher公司和美國Dikma公司。試驗(yàn)所用其他試劑均為分析純，購自北京化學(xué)試劑公司。Agilent 1290高效液相色譜，配自動(dòng)進(jìn)樣器；Agi?lent 6420A三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜儀，配有電噴霧電離源（ESI）及MassHunter Workstation數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。其他儀器包括：24孔固相萃取裝置（Supelco），12位氮吹儀（DC-12型，上海安譜），離心機(jī)（J2-HS，Beckman），冷凍干燥機(jī)（FD-1-50，北京博醫(yī)康），真空泵（DOA-504-PN，Gast），超聲波清洗器（KQ5200-DE，上海昆山），固相萃取柱（Oasis HLB，500 mg·6 mL-1，購自美國Waters公司）。

1.3 樣品預(yù)處理

圖1 圍場縣馬鈴薯采樣點(diǎn)位Figure 1 Sampling sites of potatos in Weichang County

準(zhǔn)確稱取1 g（精確至0.001 g）經(jīng)預(yù)處理后的馬鈴薯樣品，置于50 mL玻璃離心管中，加入萃取液（1∶1甲醇和 0.2 mol·L-1檸檬酸溶液，pH=4.4）10 mL，漩渦混合30 s后超聲萃取30 min（40 KHz，120 W），離心并收集上清液，重復(fù)萃取2次，步驟同上。將3次操作收集的上清液合并，加水稀釋至300 mL，用GF/F玻璃纖維濾膜過濾以去除顆粒雜質(zhì)，隨后加入0.1 g Na2EDTA。采用固相萃取法對樣品中的目標(biāo)物進(jìn)行富集，同時(shí)去除樣品中的干擾基質(zhì)。詳細(xì)步驟如下：（1）先后用5 mL的甲醇、5 mL的0.5 mol·L-1HCl和5 mL的超純水活化萃取柱；（2）樣品以5 mL·min-1的流速通過萃取柱；（3）用5 mL的5%甲醇水溶液和5 mL超純水對HLB小柱進(jìn)行清洗；（4）真空抽吸至少60 min，干燥小柱；（5）用2×5 mL的洗脫液淋洗小柱，洗脫液流速控制在1～2 mL·min-1，用錐形底玻璃試管接受洗脫液；（6）35 ℃水浴中氮吹近干；（7）用400 μL 甲醇和 600 μL 超純水復(fù)溶樣品；（8）樣品經(jīng)過 0.2 μm PES針式過濾器過濾后進(jìn)入U(xiǎn)PLC-MS/MS分析。

1.4 HPLC-MS/MS分析

采用Agilent Zorbax SB-C18液相色譜柱（100 mm×2.1 mm，1.8 μm）；柱溫30 ℃；流速0.3 mL·min-1；進(jìn)樣量5 μL。流動(dòng)相組成：A為0.2%的甲酸水溶液，B為ACN；采用流動(dòng)相線性梯度洗脫，洗脫程序?yàn)閇時(shí)間（min），流動(dòng)相 B 的比例（%）]：（0，5），（2，5），（5，13），（8，15），（13，20），（18，30），（25，60），（27，100），（30，100），（30.1，5），（33，5）。質(zhì)譜采用電噴霧正離子模式（ESI+），在多反應(yīng)監(jiān)測模式（MRM）對目標(biāo)物進(jìn)行精確定性定量檢測，毛細(xì)管電壓4.0 kV，脫溶劑氣溫度300℃，氣流量12 L·min-1，噴霧氣壓為241 kPa。

1.5 質(zhì)量控制

方法的驗(yàn)證主要包括標(biāo)準(zhǔn)曲線線性、方法回收率和方法檢出限等，具體數(shù)據(jù)如表1所示。25種藥物的線性范圍為0.5～500 μg·L-1，相關(guān)系數(shù)值（r2）均大于0.99，除CIP、LOM、NOR 和 PROP的回收率穩(wěn)定在50.2%、56.1%、55.7%和48.4%外，其他藥物的回收率均在60%～120%，日內(nèi)和日間標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于15%，說明方法具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性及適用性，可以用來進(jìn)行多種目標(biāo)物的定性和定量分析。目標(biāo)藥物在馬鈴薯中的檢出限為0.05～1.42 μg·kg-1，能夠滿足痕量污染物的檢測要求。為保證測定過程的穩(wěn)定性，每隔25個(gè)樣品進(jìn)行1次標(biāo)準(zhǔn)工作液校正。

表1 目標(biāo)藥物主要理化性質(zhì)及檢測方法相關(guān)參數(shù)Table 1 Major physicochemical properties and detection parameters of the target pharmaceuticals

續(xù)表1目標(biāo)藥物主要理化性質(zhì)及檢測方法相關(guān)參數(shù)Continued table 1 Major physicochemical properties and detection parameters of the target pharmaceuticals

續(xù)表1目標(biāo)藥物主要理化性質(zhì)及檢測方法相關(guān)參數(shù)Continued table 1 Major physicochemical properties and detection parameters of the target pharmaceuticals

2 結(jié)果與分析

2.1 污染特征

對25種藥物在馬鈴薯樣品中的檢出率、檢出范圍和檢出含量（干質(zhì)量，中位值）進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表2。25種目標(biāo)物中有20種被檢出。以檢出率劃分，DOX、OTC、OLF、BF和CAF 5種藥物的檢出率均超過了70.0%，其中DOX的檢出率高達(dá)95.1%；SMX、CIP、ENR和ATE的檢出率范圍在22.0%～65.9%之間；除此之外，其他11種檢出藥物的檢出數(shù)均不超過3個(gè)，檢出率均低于7.3%。以檢出含量劃分，20種檢出藥物的檢出含量普遍達(dá)到μg·kg-1水平。SML、DOX、OTC、NOR、AZN、ERY、ROX和ATE 8種藥物的檢出含量超過1 μg·kg-1，其中SML的檢出含量為3.67 μg·kg-1，在20種檢出目標(biāo)物中最高，DOX的最大檢出含量17.0 μg·kg-1，為單種藥物最高檢出值；其他12種檢出藥物的檢出含量均不超過1 μg·kg-1，含量檢出范圍為0.26～0.99 μg·kg-1。

蔬菜中藥物殘留含量與不同糞肥類型、灌溉條件、土壤性質(zhì)和環(huán)境條件等因素有關(guān)，與目標(biāo)物本身的親脂性、離子化率和蛋白結(jié)合率有關(guān)，亦與蔬菜本身組織結(jié)構(gòu)和pH值有關(guān)。目前，國內(nèi)外針對馬鈴薯中藥物殘留含量檢測的研究較少。吳小蓮等[14]對馬鈴薯中4種FQs的含量進(jìn)行了檢測，其中CIP、LOM和ENR的檢出含量分別為16.5、0.78、5.13 μg·kg-1；羅丹等[15]對馬鈴薯中8種SAs的含量進(jìn)行了檢測，其中磺胺胍的檢出含量為 79 μg·kg-1；Dolliver等[16]對馬鈴薯中的磺胺甲嘧啶的含量進(jìn)行了檢測，檢出含量低于10 μg·kg-1。同這些研究相比，圍場地區(qū)馬鈴薯中藥物殘留含量相對較低。但是，值得關(guān)注的是，雖然農(nóng)業(yè)部已先后于2005年和2015年禁止CLA、ROX、ATE、LOM、NOR和OLF 6種藥物作為獸藥在食品動(dòng)物中的使用[17-18]，但其均在馬鈴薯中檢出，其中OLF的檢出率高達(dá)87.8%。此外，BF、CAF兩種人用藥在馬鈴薯中的檢出率均高于73.0%，和圍場地區(qū)農(nóng)戶收集人糞尿作為農(nóng)田一大肥源這一傳統(tǒng)農(nóng)耕模式有關(guān)。

2.2 富集效果

蔬菜對藥物具有一定的吸附累積效應(yīng)，吸附累積能力以富集系數(shù)（蔬菜與土壤中藥物含量的比值）來表示。不同蔬菜對不同藥物富集能力存在差異，茄子和辣椒從土壤中吸附NOR的富集系數(shù)較高，分別為6.81和6.20；菠菜和茼蒿較低，分別為1.47和1.58[19]。玉米、洋蔥和甘藍(lán)只吸收CTC而不吸收泰樂菌素[20]。此外，藥物更容易在直接接觸土壤的塊莖及塊根的外皮中積累，蘿卜及馬鈴薯的外皮中藥物的含量最高，并由外到內(nèi)逐漸降低[16，21]。小白菜和生菜地下部對TC、OTC和CTC的富集系數(shù)均高于地上部分[4]。

25種藥物中有20種在土壤和馬鈴薯樣品中同時(shí)檢出，對這20種藥物在馬鈴薯中的富集系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表2所示（相同采樣點(diǎn)位土壤中藥物含量見參考文獻(xiàn)[10]）。3種SAs和4種MLs的富集系數(shù)均不超過1，表明這兩大類藥物在馬鈴薯中的含量均不超過在土壤中的含量。相比之下，馬鈴薯對其他三大類藥物的富集系數(shù)差異顯著。TCs中，DOX、OTC和TCN的富集系數(shù)中位值分別為23.0、5.96、0.52；5種FQs中，CIP、OFL、ENR、NOR和LOM的富集系數(shù)中位值由高到低依次為8.29、6.79、4.59、0.81、0.09；5種其他類藥物中，ATE富集系數(shù)最高值為61.8，為單種藥物富集系數(shù)最高檢出值，其富集系數(shù)中位值為39.6，也為20種藥物中最高；此外，BF、CAF、CBZ和TMP的富集系數(shù)中位值均不超過0.48。

表2 馬鈴薯中藥物的含量及富集系數(shù)Table 2 Concentrations and enrichment coefficients of target pharmaceuticals in potato samples

2.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

目前，我國尚未對植物性食品中藥物的最高殘留限量（Maximum residue limit，MRL）做任何限制。對蔬菜中藥物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，主要參考原農(nóng)業(yè)部公告第235號(hào)《動(dòng)物性食品中獸藥最高殘留限量》以及我國居民植物性食物膳食習(xí)慣開展。前者在內(nèi)容中規(guī)定，動(dòng)物性食品中SAs、TCs、FQs（以CIP+ENR計(jì)）、MLs（以ROX計(jì)）最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)分別為100、100、100、40 μg·kg-1；日允許攝入量（Acceptable daily intake，ADI）上限分別為50、30、2、5 μg·kg-1·d-1[22]。2016年全新修訂的《中國居民膳食指南》中建議我國成年人每日食用薯類最高為100 g[23]。馬鈴薯含水率通常在80%左右，人均體重按60 kg計(jì)算。

日攝入量=馬鈴薯中污染物干重含量（μg·kg-1）×0.1 kg·d-1×20%÷60 kg

如表3所示，41個(gè)馬鈴薯樣品中，SAs、TCs、FQs和MLs四大類污染物最大殘留值分別為0.91、3.65、1.46、1.38 μg·kg-1，遠(yuǎn)低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值；日攝入量最大值分別為0.001 5、0.006 1、0.002 4、0.002 3 μg·kg-1·d-1，日攝入量對ADI值的最高貢獻(xiàn)率為0.003%～0.120%。

從總體上看，圍場縣馬鈴薯中各類藥物對人體的健康風(fēng)險(xiǎn)較小。但是，除馬鈴薯外，人體每日還攝入其他食物，如肉類、魚蝦、谷類、水果和飲用水等。由于禽畜、魚蝦養(yǎng)殖中普遍使用藥物，因此要評(píng)價(jià)成人每日攝入藥物所帶來的健康風(fēng)險(xiǎn)還需要結(jié)合其他食物攝入量及藥物含量進(jìn)行綜合考慮。另外，有研究報(bào)道一些含量極低的藥物在長期暴露和聯(lián)合作用下也會(huì)對生物產(chǎn)生危害，特別是對孕婦、兒童產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)予以關(guān)注[8，13]。

表3 馬鈴薯中各類藥物最大殘留量及最大日攝入量（鮮質(zhì)量）Table 3 Maximum residual concentrations and maximum daily intake of different pharmaceutical categories in potato samples（fresh weight）

3 結(jié)論和建議

（1）25種目標(biāo)藥物中有20種被檢出，檢出含量中位值為0.13～3.67 μg·kg-1，單種污染物最高檢出含量為17.0 μg·kg-1。

（2）馬鈴薯對目標(biāo)污染物的富集系數(shù)中位值為0.01～39.6，最大富集系數(shù)為61.8。

（3）圍場縣馬鈴薯中各類藥物對人體的健康風(fēng)險(xiǎn)較小，畜禽糞便是馬鈴薯中藥物殘留的主要來源，獸藥濫用、糞便自然堆漚等傳統(tǒng)農(nóng)耕模式有造成藥物在食物鏈中持續(xù)累積的趨勢。

基于上述結(jié)論，提出以下建議：一是強(qiáng)化畜禽養(yǎng)殖業(yè)藥物使用監(jiān)管；二是推進(jìn)畜禽糞便安全資源化利用；三是對圍場地區(qū)農(nóng)產(chǎn)品中藥物殘留進(jìn)行定期監(jiān)測，并建立完善的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)；四是關(guān)注各種藥物的聯(lián)合毒性效應(yīng)，為保障農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供科學(xué)依據(jù)。