黃鰭金槍魚重金屬富集特征及食品安全評估

孫安俯，潘 帥，肖 娟，黃 海，郭志強(qiáng)

（1.海南大學(xué) 南海海洋資源利用國家重點實驗室，海口 570228;2.海南大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，?？?570228;3.海南大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，海口 570228;4.熱帶海洋生物資源利用與保護(hù)教育部重點實驗室/海南省熱帶海洋漁業(yè)資源保護(hù)與利用重點實驗室/海南熱帶海洋學(xué)院 水產(chǎn)與生命學(xué)院，海南 三亞 572022）

因具有生物毒性與富集性等多種特征，重金屬作為水環(huán)境中常見的污染物之一[1-2]，近年來引起了社會各界的廣泛關(guān)注[3-4]。多項研究結(jié)果表明水環(huán)境中的重金屬可通過食物相與水相2種途徑被魚體吸收并進(jìn)入到食物鏈與食物網(wǎng)中[5]。在對魚類的正常生命活動產(chǎn)生負(fù)面影響的同時，重金屬也會隨著食物鏈直接危害消費(fèi)者的生命健康[6-8]。金槍魚隸屬鱸形目（Pereiformes）鯖科（Scombridae）金槍魚屬（Thunnus）[9]，具有肉質(zhì)鮮美、易于消化等特點，且富含多種對人體有益的營養(yǎng)物質(zhì)（如二十二碳六烯酸、二十碳五烯酸等）[10-11]，是全球消費(fèi)數(shù)量最多的魚類之一。此外，作為海洋中的頂級捕食者，金槍魚具有較高的營養(yǎng)級，并在大洋的生態(tài)循環(huán)中充當(dāng)著重要的角色[12-13]。然而，由于重金屬難排出易富集的特點，使得高營養(yǎng)級的金槍魚是大洋食物鏈中重金屬富集的終端之一。Araujo等[14]抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)：約有一半棲息于東太平洋海域的黃鰭金槍魚（Thunnus albacares）肌肉與肝臟中Cd、Hg和Pb的含量超標(biāo)，且肝臟中重金屬含量顯著高于肌肉。Dervnick等[15]在總結(jié)并重新分析了夏威夷海域黃鰭金槍魚體內(nèi)Hg含量的年變化趨勢后，認(rèn)為該海域黃鰭金槍魚體內(nèi)的Hg含量正以每年3.8%的速度上升。Melgar等[8]研究發(fā)現(xiàn)長期食用黃鰭金槍魚，可能導(dǎo)致西班牙6歲兒童面臨體內(nèi)無機(jī)砷（iAs）及Hg含量超標(biāo)的風(fēng)險。因此，探究黃鰭金槍魚重金屬富集特征、評估重金屬食品安全狀況對消費(fèi)者的健康安全至關(guān)重要。

南海是中國近海中面積最大、水最深的海區(qū)，位于東亞和東南亞之間，連接太平洋與印度洋，被中國、泰國及馬來西亞等9個國家所環(huán)繞，具有“亞洲地中?！敝Q[16-17]。除地理位置重要外，南海還蘊(yùn)藏著豐富的熱帶漁業(yè)資源[17]。僅2015年，全球50%以上的漁船在南海進(jìn)行捕撈作業(yè)。在南海所捕獲的海魚不僅被南海周邊國家的人民所享用，還出口到了世界多個國家。然而，在周邊國家生活、工業(yè)及海水水產(chǎn)養(yǎng)殖三重污染的影響下，南海及其周邊海域重金屬污染問題日益嚴(yán)重[18]。如海南島近岸海域水質(zhì)因受采礦業(yè)及金屬冶煉等作業(yè)的影響，水中重金屬含量超標(biāo)[18]；Polprasert[19]對泰國湄公河河口及泰國灣海域的重金屬污染研究表明，該海域水體中Cd、Cu及Cr富集顯著，水體已經(jīng)受到人類活動的影響而污染；謝文平等[20]對珠江三角洲水質(zhì)進(jìn)行評價，認(rèn)為水體已受到重金屬污染，主要污染物為Cr、Pb等重金屬元素。

為了解南海黃鰭金槍魚體內(nèi)重金屬的富集特征及重金屬食品安全狀況，以3種體型（大、中、小）的南海黃鰭金槍魚為研究對象，檢測了南海黃鰭金槍魚肌肉與肝臟中Cd（鎘）、Ba（鋇）、As（砷）、Cu（銅）、Fe（鐵）、Cr（鉻）、Se（硒）及Zn（鋅）8種重金屬元素的含量，分析了8種重金屬元素隨體型變化在肌肉與肝臟中的累積趨勢及組織分布特征，評估了不同體型黃鰭金槍魚可食用部分（肌肉）重金屬安全風(fēng)險并針對我國居民給出了每日無風(fēng)險攝入值，旨在為南海黃鰭金槍魚重金屬研究及其食品安全提供數(shù)據(jù)支持和評價參考，也為我國南海海魚消費(fèi)安全提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料樣品于2021年3月至2022年5月以釣竿的方式捕獲于南海中部海域（17°41′N-18°17′N，110°60′E-112°14′E），共計40尾。根據(jù)各樣本體型大小，將40尾黃鰭金槍魚樣本分為大（叉長范圍為73.00～127.00 cm）、中（48.00～72.00 cm）、小（30.00～47.00 cm）3個體型組。樣品捕獲上船后，立即解剖樣品。隨后，將黃鰭金槍魚肌肉組織以及肝臟組織樣品分出并清洗裝入干凈的培養(yǎng)皿中，隨后放入冰盒中保存。待船靠岸后，立即將樣品轉(zhuǎn)移至實驗室-20℃冰箱中低溫保存，待后續(xù)實驗分析。

1.2 樣品處理及重金屬測定為檢測重金屬濃度，待肌肉與肝臟樣品在室溫下解凍后，用純水洗滌2次以去除肌肉與肝臟表面吸附的重金屬，隨后將樣品放入烘箱中，60℃烘干48 h。烘干后的樣品放入消解管中，每管加入5.00 mL進(jìn)口硝酸（67.70%，F(xiàn)isher Scientific，Geel，Belgium）及2.00 mL過氧化氫。消解管靜止1 h后，放入消解儀中消解48 h。消解完畢后，參照（GB 5009.14—2017）利用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（inductively coupled plasma-mass spectroscopy，ICP-MS；iCAP RQ Thermo Fisher，USA）測量待測樣品中8種重金屬含量。參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為扇貝（GBW10024）。在檢測時，全部實驗樣本設(shè)置2個平行樣以提高實驗準(zhǔn)確度，并且利用空白試劑矯正樣品濃度。Cr、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd及Ba的回收率分別為95.3%～100.6%，94.4%～98.2%，88.7%～101.2%，87.5%～99.8%，96.9%～100.9%，86.2%～98.2%，98.6%～100.7%，90.3%～100.0%。Cr、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd及Ba的檢出線（LOD）分別為0.1710、1.8542、0.0220、0.1136、0.0165、0.1783、0.0041、0.0054 μg·L-1。在利用ICP-MS儀器測定樣品中重金屬含量外，還計算了樣品烘干后的失水率（具體失水率計算為大中小個體的黃鰭金槍魚各取1條，稱其烘干前及烘干后的質(zhì)量，以此求得不同大小的黃鰭金槍魚失水率，并以此求得平均失水率為（75.00±2.40）%，后 續(xù)實驗取75%進(jìn)行計算）。通過失水率可將ICP-MS儀器所測得樣品重金屬含量進(jìn)行換算，從而得到濕樣品中重金屬的含量。因此，本研究所呈現(xiàn)的重金屬含量為濕質(zhì)量。

1.3 限量標(biāo)準(zhǔn)參照（GB 2762-2017）對南海黃鰭金槍魚肌肉中重金屬含量狀況進(jìn)行評價。

1.4 重金屬安全狀況評價參考單因子污染指數(shù)法，評估黃鰭金槍魚肌肉組織中8種重金屬的安全狀況，具體計算公式為：

式中，Pi表示i重金屬的污染指數(shù)，Ci表示i重金屬的實際檢測數(shù)據(jù)即在肌肉組織中的含量（mg·kg-1），Si表示i重金屬的標(biāo)準(zhǔn)限量（參考GB 2762—2017，mg·kg-1）。當(dāng)Pi＜0.2時，表示該重金屬元素?zé)o安全風(fēng)險；當(dāng)0.2≤Pi≤0.6時，表示具有輕微的安全風(fēng)險；當(dāng)0.6＜Pi＜1.0時，表明具有中度安全風(fēng)險；Pi≥1.0，表明具有巨大的安全風(fēng)險[21]。

1.5 每日無風(fēng)險攝入值參考每日實際攝入量（Exp）公式[22]及Cd與As的每周可耐受攝入量，給出取食者的每日無風(fēng)險攝入值（Daily limit intake，DIlim），具體計算公式如下：

式中，DIlim為每日無風(fēng)險攝入值（g·d-1），PTWIi為i金屬每周可耐受攝入量（根據(jù)JECFA，Cd與As分別為每周7μg·kg-1和15μg·kg-1[23]），BW為目標(biāo)人群體質(zhì)量（成人與兒童平均體質(zhì)量分別為70 kg和20 kg[14]），Ci為i金屬的實際含量（mg·kg-1）。

1.6 統(tǒng)計與分析數(shù)據(jù)分析采用GraphPad Prism 8.0 (GraphPad Software Inc,San Diego,CA,U.S.A.)，根據(jù)數(shù)據(jù)方差是否齊性，分別用ANOVA（數(shù)據(jù)方差為齊性）及Welch ANOVA（數(shù)據(jù)方差不為齊性）判斷小、中及大體型的黃鰭金槍魚肌肉與肝臟中重金屬含量變化是否具有顯著差異；根據(jù)數(shù)據(jù)方差是否齊性，分別用T（數(shù)據(jù)方差為齊性）及WelchT檢驗（數(shù)據(jù)方差不為齊性）判斷重金屬在不同體型黃鰭金槍魚肌肉與肝臟中含量分布是否具有顯著分布特征，P＜0.05表明差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同體型黃鰭金槍魚重金屬在肌肉與肝臟中累積特征肌肉中重金屬含量變化特征如圖1所示，F(xiàn)e、Se和Cd的含量隨著體型的變大逐漸上升（P＜0.05），均在大個體組中達(dá)到最高含量，具體數(shù) 值 分 別 為11.16、0.96和0.03 mg·kg-1；Zn與Cu含量變化趨勢與之相反（P＜0.05），其含量隨魚體增長而下降，最高值于小個體組中出現(xiàn)，具體數(shù)值分別為5.30、0.42 mg·kg-1；As、Ba及Cr在各階段含量變化差異不顯著（P>0.05）。

圖1 不同體型南海黃鰭金槍魚肌肉中重金屬元素含量

在肝臟中（圖2），F(xiàn)e、Se、Cu和Cd的含量隨著體型的變大而不斷上升（P＜0.05），均在大個體組中達(dá)到最高含量，具體數(shù)值分別為89.60、13.35、9.76和6.98 mg·kg-1；隨著體型的不斷變大，Cr含量逐漸下降（P＜0.05），最高含量為小個體組中的0.09 mg·kg-1；Zn、Ba和As3種重金屬在各體型階段含量變化不存在顯著差異（P>0.05）。

圖2 不同體型南海黃鰭金槍魚肝臟中重金屬元素含量

2.2 不同體型黃鰭金槍魚重金屬在肌肉和肝臟中的比較分布重金屬在肝臟與肌肉中組織分布特征結(jié)果表明（表1），Cd，As，Cu，F(xiàn)e，Se和Zn在肝臟中的含量均高于肌肉，且差異具有顯著性（P＜0.05）；在肌肉與肝臟中的組織分布特征不受魚體增長變化的影響。隨著魚體的增長，Ba在肝臟中的含量均高于肌肉中的含量，但是二者在3個體型組中的差異均不顯著（P>0.05）。2個體型組中，Cr的含量在肌肉與肝臟中均無顯著差異（P>0.05）。

表1 不同體型黃鰭金槍魚中重金屬元素在肌肉和肝臟中含量比較分析

2.3 黃鰭金槍魚重金屬食品安全風(fēng)險評估本研究中，全部樣本的重金屬含量均低于我國國家標(biāo)準(zhǔn)限量（GB 2762-2017），因此，南海黃鰭金槍魚肌肉中重金屬含量檢測結(jié)果符合我國食品國家安全標(biāo)準(zhǔn)。然而，單因素污染指數(shù)結(jié)果（表2）顯示，雖然Cr在各體型組中單因素指數(shù)均低于0.20，處于無風(fēng)險水平，但大個體組中Cd的單因素指數(shù)為0.26，且iAs在3個體型組中的單因素指數(shù)結(jié)果均超過了0.2，分別為0.33、0.36和0.38。上述結(jié)果表明南海黃鰭金槍魚仍存在輕微的重金屬安全風(fēng)險。根據(jù)JECFA所規(guī)定的Cd、As每周可耐受攝入量（PTWI）,并以大個體組中Cd及As的含量為參考，分別計算了成人及兒童每天可攝入南海黃鰭金槍魚的最大值。由表3可知，As為2種重金屬中對人體健康影響較大的重金屬元素，成人與兒童每天可攝入南海黃鰭金槍魚最大值（無風(fēng)險攝入值）分別為120.00 g·d-1和37.71 g·d-1。

表2 不同體型黃鰭金槍魚肌肉組織中重金屬元素單因素污染指數(shù)

表3 黃鰭金槍魚無風(fēng)險每日重金屬攝入量

3 討 論

3.1 南海黃鰭金槍魚在不同體型組中重金屬累積規(guī)律因具有較長的半衰期以及對配體高親和性的特點，當(dāng)外界水環(huán)境以及餌料所包含的重金屬通過黃鰭金槍魚呼吸、捕食等生命活動吸收進(jìn)入到體內(nèi)后，會在魚體內(nèi)不斷累積并且難以排出體外[7]。但受到棲息環(huán)境、自身新陳代謝及重金屬元素在魚體生命活動中所承擔(dān)的作用等多種因素的影響，不同元素在黃鰭金槍魚體內(nèi)的累積趨勢存在區(qū)別[24]。陳海剛等[25]發(fā)現(xiàn)必需元素（如Cu、Zn及Cr）在水生生物體內(nèi)具有明顯的累積趨勢，這與本研究中Fe、Se 2種必需元素在肌肉與肝臟中的含量變化趨勢一致。其原因可能為，必需元素參與了魚體的新陳代謝、生長發(fā)育及繁育，甚至部分元素還是魚體內(nèi)某些蛋白的組分或是活化劑[26]，所以一般情況下必需元素在魚體內(nèi)呈現(xiàn)累積趨勢。然而本研究中Zn、Cu及Cr 3種必需重金屬元素的含量隨魚體增長在肌肉或肝臟中均存在不同程度的下降，導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因可能與“生長稀釋”有關(guān)。閆海魚[27]認(rèn)為當(dāng)魚體處于體長增速減緩，而體質(zhì)量增速加快的時期時，該時期魚體內(nèi)重金屬濃度會被稀釋，含量趨勢呈下降狀態(tài)[27]。金槍魚也被觀察到存在類似的生長特征[28]。除此之外，還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)不同種類的重金屬元素在被吸收進(jìn)入魚體后，可能會發(fā)生拮抗作用，導(dǎo)致特定的金屬元素在魚體內(nèi)含量下降。例如，鎘元素通過競爭性結(jié)合鋅的配體，使得鋅元素長期以不穩(wěn)定且易于排出體外的離子態(tài)存在于細(xì)胞中，無法形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，最終導(dǎo)致鋅的濃度變化呈現(xiàn)下降趨勢[29]。而本研究中2種非必需金屬元素As與Ba含量隨魚體增長同樣存在不同程度下降的主要原因，可能是由金屬硫蛋白（Metallothionein,MT）所致。魚體內(nèi)存在著對羧酸、氨及硫等基團(tuán)具有高親和力的金屬硫蛋白，該蛋白能與非必須金屬元素快速結(jié)合并隨著膽汁一起排出至魚體外，以此降低非必須元素在魚體內(nèi)的含量，從而維持魚體正常的生命活動[30]。

食物相中的重金屬是黃鰭金槍魚體內(nèi)重金屬的主要來源[31]，若優(yōu)勢餌料種類發(fā)生改變則會導(dǎo)致魚體內(nèi)重金屬累積趨勢發(fā)生變化[32]。本研究中，除了As以及Ba外，其余6種重金屬雖在肌肉或肝臟中累積趨勢存在差異，但各含量均在大個體組中發(fā)生了大幅度的變化，與小、中個體組具有顯著差異，該現(xiàn)象可能與黃鰭金槍魚的食性轉(zhuǎn)變有關(guān)。朱國平等[33]研究發(fā)現(xiàn)，黃鰭金槍魚與其他生長跨度較大的魚類相似，隨著口器發(fā)育的逐漸完善及繁殖等生命活動的需要，在特定時期會發(fā)生食性轉(zhuǎn)變。Potier等[34]研究發(fā)現(xiàn)，黃鰭金槍魚的食性會在其叉長90 cm左右時發(fā)生轉(zhuǎn)變，食性轉(zhuǎn)變后的黃鰭金槍魚以甲殼類動物為食，而轉(zhuǎn)變前主要以大洋中上層的魚類及頭足類為捕食目標(biāo)，該現(xiàn)象也被其他學(xué)者證實[35]。因此，本研究中大個體組（叉長范圍為73～127 cm）的黃鰭金槍魚體內(nèi)Fe、Se及Cd等6種重金屬含量均與另外2個體型組的6種重金屬存在顯著差異的現(xiàn)象，可能由黃鰭金槍魚攝食生物學(xué)特性所導(dǎo)致。

3.2 南海黃鰭金槍魚在肌肉與肝臟中重金屬分布規(guī)律魚體由多個器官構(gòu)成，且每個器官不僅具有獨特的形態(tài)結(jié)構(gòu)，還在生命活動中承擔(dān)著不同的作用[36]，如腸道作為魚體的消化器官之一，在魚體內(nèi)扮演著消化食物和吸收營養(yǎng)的角色[36]。由于形態(tài)和功能存在差異，使得魚體內(nèi)各器官對重金屬的吸收能力存在區(qū)別[37]。Hussein等[38]研究結(jié)果表明，埃及海域黃鰭金槍魚體內(nèi)重金屬具有明顯的分布特異性：重金屬主要在肝臟內(nèi)富集，且肝臟中多種重金屬的含量遠(yuǎn)高于肌肉。有學(xué)者在其他的魚類中也得出了類似的結(jié)論[39]。以上結(jié)論與本研究中Cd、As及Cu等6種元素的分布結(jié)果一致。導(dǎo)致以上現(xiàn)象出現(xiàn)的原因在于肝臟中存在著大量的金屬硫蛋白，因此，肝臟是魚體主要的解毒器官，也是魚體中重金屬富集程度較高的器官之一[40]。肌肉中重金屬含量較低的主要原因可能與肌肉的代謝速率有關(guān)。在通常情況下，與肝臟等高速新陳代謝的器官相比，肌肉的代謝速率較慢，因此肌肉中重金屬的累積速率低于肝臟[41]。此外，肌肉中所含的重金屬絕大數(shù)多數(shù)來源于血液，而血液中大部分重金屬在抵達(dá)肌肉之前已被肝臟等解毒器官濾過并排出體外，該現(xiàn)象可能也是導(dǎo)致肌肉重金屬含量較低的原因之一。

然而，除了Cd、As和Cu等6種元素具有明顯的分布特征外，Ba和Cr 2種重金屬在肝臟及肌肉中的含量均無明顯差異。Endo[42]猜測導(dǎo)致上述現(xiàn)象發(fā)生的原因可能是由于魚體的生長發(fā)育以及新陳代謝改變了魚體內(nèi)某些重金屬的累積動力學(xué)，使得肝臟與肌肉中這類重金屬含量沒有明顯差異，具體機(jī)理還需深入研究。

3.3 南海黃鰭金槍魚重金屬食品安全風(fēng)險若長期食用Cd以及As超標(biāo)的黃鰭金槍魚，可導(dǎo)致消費(fèi)者患多種重金屬相關(guān)疾病，如心血管疾病、發(fā)育異常、神經(jīng)紊亂及癌癥等[7]。因此，為了評估消費(fèi)金槍魚是否存在重金屬安全風(fēng)險，多位學(xué)者對不同海域的金槍魚展開了重金屬食品安全風(fēng)險評估。然而，由于不同海域水環(huán)境中重金屬濃度存在差異，導(dǎo)致了各地區(qū)所得相關(guān)結(jié)果不同。例如，Chen等[43]抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)分布于大西洋海域部分的大眼金槍魚肌肉中Cd含量偏高，存在食品安全風(fēng)險；Araujo[14]等認(rèn)為東太平洋海域部分黃鰭金槍魚體內(nèi)Cd、Hg及Pb含量超標(biāo)，需謹(jǐn)慎食用；Albusaidi等[44]則認(rèn)為阿拉伯海域的黃鰭金槍魚體內(nèi)重金屬含量處于可接受水平，不存在食品安全風(fēng)險。通過與我國食品中相關(guān)重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較及計算單因素污染指數(shù)，本研究認(rèn)為部分南海黃鰭金槍魚存在輕微的As與Cd食品安全風(fēng)險，這與文獻(xiàn)[43]的結(jié)果相似。除食物中有毒重金屬元素的含量是評價食品重金屬安全風(fēng)險高低的關(guān)鍵因素外，消費(fèi)者每日攝入量也是影響食品安全風(fēng)險高低的主要因素之一[45]。因此，針對南海黃鰭金槍魚，給出成人及兒童每日無風(fēng)險攝入量，對我國消費(fèi)者的健康安全十分重要。Araújo等[14]認(rèn)為，成人每周攝入東太平洋黃鰭金槍魚191 g以下不存在重金屬安全風(fēng)險。這與本研究的成人每日無風(fēng)險攝入值為120 g相差較大，究其原因可能是受到研究對象的體型大?。ˋraújo等[14]研究的黃鰭金槍魚全長范圍為74～163 cm，較本研究樣本大）及研究海域海洋特征（東太平洋海域多火山，水中重金屬濃度含量較高）的影響，導(dǎo)致Araújo等[14]所研究海域黃鰭金槍魚體內(nèi)重金屬元素含量較高，從而降低了每周最大攝入值的劑量。與我國實際成人及兒童日常人均攝入水產(chǎn)品量（成人為64.15 g·d-1，兒童為17.00 g·d-1，是成人劑量的26.5%[18]）相比，本研究中成人及兒童每日無風(fēng)險攝入值的結(jié)果均大于我國國民實際攝入水產(chǎn)品值。因此，綜合實際情況考慮，本研究認(rèn)為目前南海黃鰭金槍魚不存在食品重金屬安全風(fēng)險。