膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬的風(fēng)險評估

劉 冰，王 怡，朱艷杰，趙云霞，王 碩

（1天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 省部共建食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室教育部食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室 天津 300457 2南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院 天津市食品科學(xué)與健康重點實驗室 天津 300071）

水產(chǎn)品中的重金屬污染來源有兩種途徑，分別為內(nèi)源性和外源性污染。外源性污染進一步分為水質(zhì)、土質(zhì)等因素的污染，而內(nèi)源性污染包括藥物以及化學(xué)品的作用等。此外，外界環(huán)境因素，例如：工廠的三廢排放以及飼料產(chǎn)品的質(zhì)量問題等也很有可能引發(fā)水產(chǎn)品的重金屬污染[1]。重金屬的主要特點為毒性大、不易降解、易積累等[2]。當人體或動物攝入過多的重金屬時，可能引發(fā)中毒，甚至危及生命，因此，應(yīng)高度重視水產(chǎn)品重金屬的污染問題并及時做好對其膳食風(fēng)險的評估。

我國關(guān)于水產(chǎn)品質(zhì)量問題的研究相對較晚，水產(chǎn)品中重金屬含量的研究相對匱乏。李文艷等[3]以蝦和蟹類為對象，研究了重金屬元素鎘對以上兩種水產(chǎn)品毒性的影響，結(jié)果表明，鎘能在一定程度上影響蟹和蝦的生理結(jié)構(gòu)、酶的生物活性以及生長發(fā)育等。寧勁松等[4]研究了青島市貝類的重金屬含量并對其風(fēng)險系數(shù)進行評估，發(fā)現(xiàn)目前青島市場中銷售的貝類重金屬含量合格，具有較高的安全性。吳燁飛等[5]評估了福建省甲殼類等水產(chǎn)品中砷、鉛、鎘和汞的含量，發(fā)現(xiàn)該省市魚類和甲殼類等水產(chǎn)品中重金屬超標，存在較大的安全隱患。蔡華等[6]對上海市水產(chǎn)品中的重金屬含量進行分析，發(fā)現(xiàn)部分水產(chǎn)品重金屬含量過高，例如：甲殼類等水產(chǎn)品中鎘含量較高。

現(xiàn)有文獻的研究主要是針對某一地區(qū)開展，側(cè)重于樣品中污染物含量的檢測，且樣品數(shù)量有限，測定結(jié)果不具備代表性，無法用來表示所有人群的膳食風(fēng)險。概率評估可以更好地量化評估結(jié)果的變異性和不確定性，并能為風(fēng)險評估提供更科學(xué)、直觀的依據(jù)。蒙特卡洛模擬作為一種統(tǒng)計試驗方法，通過隨機抽樣，結(jié)合概率論等相關(guān)知識來調(diào)查分析。依據(jù)美國國家科學(xué)院（NAS，National Academy of Sciences，United States） 和美國國家環(huán)境保護局（USEPA/EPA，United States Environmental Protection Agency）的建議，該法目前成功應(yīng)用于食品安全風(fēng)險評價方面[7-9]。本研究運用水晶球軟件對水產(chǎn)品中重金屬殘留的風(fēng)險概率進行評估。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

主要試劑：濃硝酸（優(yōu)級純）、雙氧水（優(yōu)級純），國藥有限公司。

主要儀器：7500cx 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國安捷倫公司；Milli-Q 超純水系統(tǒng)，美國Millipore 公司；5804 R 離心機，德國Eppendorf 公司；SHZ-D（III）循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；SB-5200D 型超聲波清洗機，寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.2 樣品采集及處理

樣本來自天津、浙江和廣東三省的大型海鮮市場、農(nóng)產(chǎn)品市場和超市[10]。采樣遵循隨機抽樣原則，采集生活中居民食用較多的4 類水產(chǎn)品。

根據(jù)相關(guān)國家標準[11]，檢測水產(chǎn)品中砷（As）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、汞（Hg）和鎘（Cd）這5 種重金屬的含量。

1.3 數(shù)據(jù)來源

1.3.1 人群體重和攝入量數(shù)據(jù) 根據(jù)《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告（2015年）》和《中國居民營養(yǎng)與健康調(diào)查報告之十2002年中國居民營養(yǎng)與健康狀況數(shù)據(jù)集》等，獲取體重及水產(chǎn)品日攝入量等數(shù)據(jù)。經(jīng)統(tǒng)計、分析和整理發(fā)現(xiàn)，我國居民平均體重和日人均水產(chǎn)品攝入量分別為61.8 kg 和29.6 g。表1為我國居民不同年齡階段的平均體重及水產(chǎn)品日攝入量情況[12-13]。

表1 不同年齡組人群體重和每人每日水產(chǎn)品攝入量Table 1 Weight and daily intake of aquatic products per person by different age groups

1.3.2 相關(guān)毒理學(xué)數(shù)據(jù) 參考劑量（RfD）是美國國家環(huán)境保護局提出的一種危險度評價指標，取值參考食品添加劑聯(lián)合專家委員會（Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）[聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO） 和世界衛(wèi)生組織（WHO）下屬組織]制定的每周耐受攝入量（Provisional Tolerable Weekly Intake，PTWI） 及中國營養(yǎng)學(xué)會（Chinese Nutrition Society，CNS）制定的相關(guān)標準[14-16]。水產(chǎn)品中重金屬標準限量按照國家標準（GB 2762-2017）及農(nóng)業(yè)行業(yè)標準（NY 5073-2006）[17-18]執(zhí)行。

表2 重金屬每人每日參考攝入量（RfD）取值及參考依據(jù)Table 2 Daily reference intake（RFD） of heavy metals per person and reference basis

表3 水產(chǎn)品中重金屬標準限量（mg/kg）Table 3 Standard limits for heavy metals in aquatic products（mg/kg）

1.3.3 未檢出值處理 在分析檢測結(jié)果時，綜合考慮各種因素，同時結(jié)合現(xiàn)行國際標準，當含量不足以達到檢測限時，將其賦值為1/2LOD[14-15]。

1.4 風(fēng)險評估方法

風(fēng)險評估是評價事件發(fā)生風(fēng)險的重要指標，能夠在一定程度上評判出危害發(fā)生的概率。根據(jù)內(nèi)容劃分，可將其分為4 個部分，分別為危害識別、危害特征描述、暴露評估以及風(fēng)險特征描述等[19]。

1.4.1 危害識別 危害識別的是指對不利于人體健康風(fēng)險因子的識別。依據(jù)國際食品法典委員會的規(guī)定，危害識別主要是指識別食品中危害人體健康的各種因素，包括化學(xué)、生物和物理因素等[20]。

1.4.2 危害特征描述 危害特征描述是指在人體處于包含各種風(fēng)險因子的環(huán)境時，評估這種風(fēng)險因子會對人體產(chǎn)生何種不利影響。危害特征描述需要結(jié)合危害識別、暴露評估等多種因素[20]。

1.4.3 暴露評估 暴露評估是一種計算風(fēng)險因子在人體殘留量的過程。首先需要描述危害物進入人體的渠道，然后經(jīng)過一系列的計算過程評價其進入人體的總量，進而計算出不同攝入量對人體造成的危害。其計算指標包括危險物暴露強度、暴露時間和暴露頻率等。其數(shù)學(xué)表達式為：

式中，EDI——日均污染物暴露量 【mg/（kg·d）】；IR——日均膳食攝入量（g/d）；C——污染物濃度（mg/kg），由大量檢測數(shù)據(jù)所得模型隨機抽樣獲得[21-23]；EF——居民的暴露頻率（d/年）；ED——暴露持續(xù)時間（年）；BW——人體的平均體重（kg）；AT——居民平均暴露時間（d）。

1.4.4 風(fēng)險特征描述 風(fēng)險特征描述是綜合評估前3 個階段所得數(shù)據(jù)的結(jié)果，是預(yù)測和估計人類接觸對健康有不良影響的風(fēng)險因素的可能性。評估在不同的接觸模式和條件下對人體健康造成危害的風(fēng)險因素的強度或可能性的過程。

本文以風(fēng)險熵（HQ）為評價參數(shù)，對沿海地區(qū)居民攝入水產(chǎn)品的健康風(fēng)險進行評價。評價指標包括重金屬日均暴露量（EDI）和參考劑量（RfD），計算兩種指標的具體數(shù)值并求其比值。其數(shù)學(xué)表達式為：

式中，HQ——風(fēng)險熵；EDI——日均污染物暴露量 【mg/（kg·d）】；RfD——參考劑量 【mg/（kg·d）】。居民攝入某種食物的健康風(fēng)險與風(fēng)險熵呈正比，即風(fēng)險值越高，則居民攝入食物的健康風(fēng)險也就越大[21-23]；當HQ<1 時，可認為居民膳食攝入某種食物的污染物對暴露人群沒有明顯的健康風(fēng)險。

1.5 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)分析采用Origin 2017 和Excel 2019 軟件。使用水晶球軟件進一步處理數(shù)據(jù)，評價結(jié)果的污染物暴露量及其危害風(fēng)險。

2 結(jié)果與分析

2.1 沿海地區(qū)水產(chǎn)品中重金屬污染總體分布

根據(jù)食品安全國家標準（GB 2762-2017），沿海地區(qū)水產(chǎn)品中As 超標率較高，達到52.74%，并且Cd 和Pb 含量較高，超標率分別為11.99%和6.51%，其余結(jié)果見表4。

表4 沿海地區(qū)水產(chǎn)品中Cr、As、Cd、Hg 和Pb 含量的總體分析Table 4 Overall analysis of Cr，As，Cd，Hg and Pb contents in coastal aquatic products

2.2 居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險評估

2.2.1 暴露評估擬合結(jié)果 采用水晶球軟件分析樣品中重金屬含量，采用A-D（Anderson Darling）、K-S（Kolmogorov-Smirnov）和χ2（Chi-Square）3 種統(tǒng)計檢驗方法檢驗函數(shù)曲線的擬合度。對以上3 種檢驗方法進行評價擬合，得出最優(yōu)的函數(shù)分布[24]。采用蒙特卡羅模擬法對樣品中重金屬含量進行擬合分析，結(jié)果表明，樣品中重金屬Cr、Cd、Hg 和Pb 含量符合對數(shù)正態(tài)分布，As 含量數(shù)據(jù)符合伽馬（Gamma）分布，模型相關(guān)參數(shù)見表5。

2.2.2 數(shù)據(jù)來源與參數(shù)設(shè)置 運用水晶球軟件，基于沿海地區(qū)水產(chǎn)品中5 種重金屬的檢測數(shù)據(jù)建立模型，并根據(jù)蒙特卡羅模擬法進行風(fēng)險評估。在每個模擬過程中進行10 000 次迭代。分布類型及參數(shù)見表5。數(shù)據(jù)來源于《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告（2015年）》[12]及《中國居民營養(yǎng)與健康調(diào)查報告之十2002年中國居民營養(yǎng)與健康狀況數(shù)據(jù)集》[13]。

表5 居民膳食攝入水產(chǎn)品重金屬的暴露評估參數(shù)Table 5 Exposure assessment parameters of heavy metals in dietary aquatic products

2.2.3 沿海居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險評估 以攝入量和含量分布為評價指標，對膳食中攝入重金屬的安全風(fēng)險進行評估。表6為沿海居民從水產(chǎn)品中攝入重金屬量的暴露評估結(jié)果，圖1為其風(fēng)險概率評估結(jié)果。

由表6可以看出，Cr 的平均暴露量及其高百分位數(shù)值遠低于中國營養(yǎng)學(xué)會（CNS） 建議的Cr每日參考劑量，Pb 的暴露量較小，不會對人體產(chǎn)生較大的安全隱患，并且，其暴露量符合國際參考標準。As、Cd、Hg 含量在國際組織規(guī)定的參考劑量之下，然而由于其高百分位數(shù)值超出建議值，因此存在一定的安全隱患。

表6 沿海居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬日暴露量【mg/（kg·d）】Table 6 Daily exposure of heavy metals to dietary intake of aquatic products by coastal residents [mg/（kg·d）]

圖1為每種重金屬在不同暴露百分位點情況下的風(fēng)險概率分布。結(jié)果顯示，隨著暴露百分位數(shù)的增加，每種重金屬的風(fēng)險概率也隨之增加，總體來看，除砷（As）和鎘（Cd）外，其余重金屬風(fēng)險概率均在1 以下，表明Cr、Hg、Pb 的少量殘留不會對人體有較大危害。相比之下，當暴露百分位數(shù)為99.9時，砷和鎘元素的風(fēng)險概率超過1，表明水產(chǎn)品中砷和鎘對人體健康存在一定的安全隱患。

圖1 沿海居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險概率分布Fig.1 Risk probability distribution of heavy metals in coastal residents' dietary intake of aquatic products

2.2.4 不同年齡組居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險評估 基于數(shù)據(jù)分布模型和膳食暴露評估模型，使用蒙特卡羅模擬方法進行風(fēng)險評估。不同年齡組居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬暴露評估結(jié)果及日暴露量結(jié)果見圖2。

圖2 不同年齡組居民膳食攝入水產(chǎn)品重金屬的日暴露量概率及風(fēng)險概率評估Fig.2 Daily exposure probability and risk probability assessment of dietary heavy metals in different age groups

由圖2可知，同一重金屬，不同年齡組居民膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬的日暴露量概率及風(fēng)險概率評估結(jié)果存在明顯差異。兒童（0～6 歲）和少年（7～17 歲）因體重偏低，故膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬的日暴露量和風(fēng)險概率均較高。另外，需要關(guān)注的是不同重金屬之間，膳食攝入暴露量及風(fēng)險概率也存在明顯差異。從風(fēng)險概率評估結(jié)果的平均值來看，所有人群膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險都較低，遠低于1。同一種類的重金屬對不同年齡階段的人群會產(chǎn)生不同的影響，對其健康的安全隱患也不盡相同。研究發(fā)現(xiàn)，水產(chǎn)品中重金屬攝入風(fēng)險與年齡呈反比，即年齡越大，水產(chǎn)品重金屬攝入風(fēng)險就越低。而對相同年齡階段的居民而言，水產(chǎn)品中重金屬攝入風(fēng)險與暴露百分位點呈正比，即百分位點越高，攝入重金屬的風(fēng)險就越大?？傮w來看，水產(chǎn)品中鉻元素的含量較低，其攝入風(fēng)險值較低。而其它4 種重金屬元素容易對兒童產(chǎn)生不利影響，在高百分位點的情況下，兒童對As、Cd、Hg、Pb 4 種重金屬的攝入風(fēng)險值在1 以上，表明過量的水產(chǎn)品不利于兒童的健康發(fā)展。綜上可知，5 種重金屬膳食攝入風(fēng)險概率為As>Hg>Cd>Pb>Cr。

2.3 膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險評估模型驗證

通過重新少量采集我國天津、浙江、廣東大型海鮮市場、農(nóng)貿(mào)市場以及大型超市的水產(chǎn)品樣品[25]，運用上述模型對數(shù)據(jù)進行分析驗證。選取兒童攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險為例，具體結(jié)果如表8所示。2.3.1 水產(chǎn)品中重金屬污染分布情況驗證 由表7可知，重金屬Cr 超標率為0，整體超標情況為As>Cd>Pb>Hg>Cr。與表4結(jié)果基本一致。

表7 水產(chǎn)品中Cr、As、Cd、Hg 和Pb 含量的總體分析Table 7 Overall analysis of Cr，As，Cd，Hg and Pb contents in aquatic products

2.3.2 兒童膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險概率評估結(jié)果驗證 采用上述評估模型對數(shù)據(jù)進行處理和分析，采用水晶球軟件對模型進行驗證，結(jié)果見表8。

由表8可知，兒童膳食攝入水產(chǎn)品As、Cd、Hg、Pb 在高百分位上風(fēng)險概率大于1，說明這4 種重金屬對于兒童存在潛在風(fēng)險。As、Cd、Hg 膳食攝入風(fēng)險大于Pb，Cr 風(fēng)險概率評估結(jié)果小于1。驗證結(jié)果與上述結(jié)果相似度較高，說明擬合模型具有一定可信度。

表8 兒童膳食攝入水產(chǎn)品中重金屬風(fēng)險概率評估結(jié)果[mg/（kg·d）]Table 8 Results of risk probability assessment of heavy metals in children's dietary ingestion of aquatic products [mg/（kg·d）]

3 結(jié)論

本研究選取大量樣本，對不同地區(qū)的水產(chǎn)品進行重金屬含量檢測，得到水產(chǎn)品中不同重金屬的分布情況。從危害識別、危害特征描述，暴露評估及風(fēng)險特征描述4 個方面分析水產(chǎn)品中的重金屬含量，評價其對居民潛在的安全風(fēng)險。隨后，采用水晶球軟件對重金屬含量進行擬合分析，依據(jù)A-D、K-S 和χ2共3 種檢驗方法來檢驗。綜合3 種評估擬合結(jié)果，確定最佳分布類型及參數(shù)。應(yīng)用蒙特卡羅模擬法，根據(jù)分布情況得到某重金屬含量，以此為依據(jù)對其進行暴露評估。最后，計算不同重金屬的風(fēng)險熵，就水產(chǎn)品對人體造成的危害進行識別劃分，為水產(chǎn)品的監(jiān)管提供依據(jù)。