雜糧重金屬污染及其風險評價方法

彭天舒，郭春景，李麗娜，王建忠

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術研究所，沈陽 110161）

關鍵字：雜糧；重金屬；污染；危害；風險評估

0 引言

雜糧，是以高粱、谷子、蕎麥、燕麥、綠豆、豌豆、薏仁等為代表的小宗糧豆作物，其種植條件相對寬泛，適應性較強、栽培難度低、生育期較短[1]，在中國的種植歷史悠久，在國際市場具有較強的優(yōu)勢，是中國傳統(tǒng)的出口農(nóng)產(chǎn)品[2]。經(jīng)濟的日益提高使得人口消費能力不斷升級，人們的消費意識由“吃得飽”轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺缘煤谩?，而“吃得好”就是要求人們要吃得綠色、吃得健康。雜糧品種較多，營養(yǎng)豐富，因其可供選擇的多樣性而逐漸贏得消費者的青睞[3-4]。中國居民膳食指南中也提出了“食物多樣，谷類為主”的新概念，指導人們改變飲食結構和食物種類[5]。以谷子為例，作為人們?nèi)粘Ｊ秤幂^多的雜糧食品之一，谷子含有多酚、黃酮、蛋白質(zhì)、膳食纖維等多種活性物質(zhì)和營養(yǎng)成分[6]，對清除機體自由基、提高機體抗氧化能力具有一定的積極作用[7-10]。

工業(yè)的快速發(fā)展，在一定程度上會影響自然環(huán)境。礦藏開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、垃圾排放等人為因素導致生態(tài)系統(tǒng)污染，土壤[11]、大氣[12]、江河湖海[13-14]等作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是人類賴以生存的基礎。重金屬污染隱蔽性強、持久性長、危害性大[15]，在環(huán)境中難以消除，并且具有較強的生物放大能力。因此，圍繞重金屬污染的相關研究也逐漸成為環(huán)境、生物、食品等多領域的研究熱點[16]。

重金屬對人體的危害巨大，攝入不同劑量的重金屬會對人體造成不同程度的損害。鉛、鎘、鉻、汞、砷、錫、鎳是常見的重金屬元素，也是GB 2762—2017中限量規(guī)定的重金屬元素[17]。鉛會影響幼兒發(fā)育，損傷神經(jīng)系統(tǒng)，長期接觸會影響記憶功能[18-20]。鎘通過降低機體抗氧化酶活性，抑制機體的修復能力，誘發(fā)細胞癌變[21]。在生活或工作中長期接觸鉻會造成鉻中毒，危害皮膚、呼吸、肝腎等人體系統(tǒng)和器官[22-23]。汞中毒主要表現(xiàn)為慢性中毒，以精神-神經(jīng)異常、齒齦炎、震顫為主要癥狀，大量攝入汞造成的急性汞中毒會引起呼吸、消化、皮膚等系統(tǒng)的嚴重反應[24]。砷中毒對眼睛、皮膚等損傷較大[25]。生產(chǎn)生活中長期大量接觸錫會產(chǎn)生中毒癥狀，主要表現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道癥狀[26-27]。鎳中毒的主要癥狀包括呼吸道損害、皮膚損害、肝腎損害等，長期接觸硫化鎳、氧化鎳及可溶性鎳會增加患鼻癌和肺癌的風險，還可引起神經(jīng)衰弱、頭痛、頭暈等癥狀[28]。重金屬在人體不斷累積，導致人體系統(tǒng)的損傷，有些損傷是不可逆轉(zhuǎn)的，嚴重的會危及到生命[29-30]。

雜糧在生長過程中會吸收環(huán)境中的重金屬，存在污染風險，影響食用安全，影響人體健康。本研究梳理了國內(nèi)外雜糧重金屬污染的相關研究，同時總結了常見的重金屬污染風險的評價方法，以期為雜糧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 國內(nèi)外雜糧重金屬污染現(xiàn)狀

1.1 國外雜糧重金屬污染現(xiàn)狀

通過查閱相關文獻發(fā)現(xiàn)，國外也有一些關于雜糧重金屬含量分析、污染評價的研究。Meghdad 等[31]分析了伊朗克爾曼沙赫省某市場中扁豆、豌豆等豆類的重金屬致癌風險，該研究從2個角度解析了致癌風險：從單獨消費每種谷物來看，兒童組除扁豆外的其他豆類總致癌風險均高于允許限值，成人組的總致癌風險在允許范圍內(nèi)；從消費所有谷物的情況來看，兒童組、成人組的總致癌風險均高于允許限值，該研究說明當?shù)氐碾s糧產(chǎn)品存在重金屬污染現(xiàn)象，有一定程度的致癌風險。Akinyele等[32]報告了尼日利亞西南部阿貝奧庫塔市市場中部分產(chǎn)品的重金屬含量情況，其中豆類的錳、鐵、銅、鋅、鉻、鎘、鎳含量分別為(13.58±0.29)、(48.75±0.43)、(7.24±0.04)、(36.14±0.24)、(0.04±0.01)、(0.08±0.02)、(0.14±0.01)mg/kg FW，低于國際糧農(nóng)組織和世界衛(wèi)生組織提出的每日可耐受攝入量。關于沙特阿拉伯[33]市場谷物和豆類的重金屬評估結果顯示，達曼地區(qū)的扁豆和塔布克地區(qū)的蕓豆整體品質(zhì)較好，利雅得、塔布克、賈贊3個地區(qū)的豌豆和大麥都有不同程度的重金屬污染。來自韓國的Gu 等[34]對比了燕麥和藜麥、扁豆和鷹嘴豆中的微量元素和有害元素，包括鋁、砷、鎘、汞、鉛、銅、錳、鎳等，結果顯示：燕麥的鉛、錳、鎳含量較高，分別為(0.044±0.04)、(117±37)、(6.2±5.8) mg/kg，藜麥的砷、鎘含量較高，分別為(0.028±0.05)、(0.049±0.03) mg/kg，扁豆的鋁、銅含量較高，分別為(26.5±25)、(16.8±2.3)mg/kg，4種雜糧中都未檢出鉛，該研究為當?shù)氐氖称钒踩O(jiān)管及膳食風險評估提供了數(shù)據(jù)支撐。

雜糧采后處理方式對其重金屬含量也存在一定影響。Larsen等[35]研究了加納北部托隆地區(qū)碾磨后小米的重金屬含量，碾磨會導致小米重金屬含量不同程度的變化，錳(0.42 mg/kg)、鎳(0.95 mg/kg)、鉛(2.29 mg/kg)的含量均高于對照組，而鉻(0.342 mg/kg)和鋅(0.854 mg/kg)均低于對照組，說明在碾磨過程中發(fā)生了重金屬遷移，使得碾磨小米中部分重金屬元素含量增加。Mohapatra等[36]對不同加工條件下高粱籽粒中礦物元素和重金屬元素構成的研究結果表明，蒸煮、發(fā)酵、發(fā)酵蒸煮會降低高粱籽粒中砷、鉻、鎳、鋁、鉛的含量。因此，在食品加工過程中，要考慮食品的加工方式、加工設備、包裝材料等因素帶來的污染風險，選用加工設備和包裝材料時應避免有害金屬部分與食品材料直接接觸。

1.2 國內(nèi)雜糧重金屬污染現(xiàn)狀

中國雜糧優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)主要分布在東北、西北、西南地區(qū)，涵蓋谷子、高粱、大麥、蕎麥、燕麥等谷物和蕓豆、綠豆、蠶豆、豌豆、豇豆等豆類，發(fā)展?jié)摿薮?。隨著雜糧食品食用安全相關研究的深入，對不同雜糧食品重金屬污染的相關研究也與日俱增。馮亮等[37]研究結果表明，種植于成都地區(qū)的燕麥樣品中砷、鎘、鉛的含量均集中在0.00～0.07 mg/kg，遠低于國家標準值（砷0.5 mg/kg、鎘0.1 mg/kg、鉛0.2 mg/kg）。馮利芳等[38]對比了內(nèi)蒙古地區(qū)甜蕎米和裸燕麥米中的常量元素和微量元素，檢出甜蕎米中的鉛、鎘、錫、鉻含量分別為(2.57±0.54)、(2.23±0.45)、(2.44±0.99)、(9.12±3.76)μg/100 g，檢出裸燕麥米中的鉛、鎘、錫、鉻含量分別為(3.41±1.70)、(0.65±0.17)、(3.61±0.71)、(19.46±18.15)μg/100 g，含量均低于國家標準值(鉛0.2 mg/kg、鎘0.1 mg/kg、錫250 mg/kg、鉻1.0 mg/kg)。徐孟懷等[39]評估了貴州市售豆類（包括蕓豆、綠豆、紅豆）中鉛和鎘的污染情況及對人體健康存在的風險，結果表明市售豆類受到鉛和鎘不同程度污染，蕓豆、綠豆、紅豆的鉛含量平均值分別為0.076、0.069、0.089 mg/kg，鎘含量平均值分別為0.020、0.012、0.0073 mg/kg，均未超出國家標準值（鉛0.2 mg/kg、鎘0.1 mg/kg）。楊劍洲等[40]對海南省集約化種植園中多種農(nóng)作物的重金屬累積程度研究結果表明，豆類、谷類重金屬危害指數(shù)較低，適合集約化生產(chǎn)模式。陜西[41]報告了四類常見谷物的重金屬污染情況，其中小米中的鎘、鉻、總汞、總砷含量均低于國家標準值，鉛含量高于國家標準值，超標率為6.25%。浙江省[42]發(fā)布了2014—2019年谷物及制品中鉛污染情況，小米中鉛平均含量最高，為0.049 mg/kg，谷物類罐頭鉛平均含量最低，為0.020 mg/kg。根據(jù)內(nèi)蒙古地區(qū)[43]2017—2019 年谷物中重金屬污染監(jiān)測調(diào)查得知，燕麥、蕎麥、小米的鎘、總汞、總砷都處于國家標準值范圍內(nèi)，而3 種雜糧中鉛含量超標率分別為2.33%、6.25%、2.50%。

雜糧還能夠富集重金屬。馮敬云等[44]研究表明，高粱對鎘有一定程度的富集能力，不同品種的高粱、高粱不同器官間的富集能力有明顯差異：生物質(zhì)高粱對鎘的富集能力明顯高于甜高粱，其地上部生物量為22.5748 t/hm2，是甜高粱的1.2倍，2種高粱各器官中鎘的富集能力均表現(xiàn)為莖稈>葉片>穗。李武江等[45]證實，高粱對鉛、鉻、砷、錳、鋅有不同程度的轉(zhuǎn)移能力，對鉛的轉(zhuǎn)移能力最強。梁夢婷[46]報告了黑龍江主產(chǎn)區(qū)綠豆中鉛、鎘、鉻、砷的富集情況，在綠豆的分枝期、花莢期、成熟期，鉛、鎘、鉻主要富集在根部，砷主要富集于葉部；通過對綠豆不同時期同一器官的重金屬含量對比分析發(fā)現(xiàn)，對于根部來說，成熟期時鉻、鉛含量最高，分別為5.132、1.909 mg/kg，分枝期時砷的含量最高，為9.285 mg/kg，花莢期時鎘的含量最高，為0.138 mg/kg。對于莖部來說，成熟期時鉻、鎘、鉛含量最高，分別為1.556、0.039、0.648 mg/kg，分枝期時砷含量最高，為24.803 mg/kg。對于葉部來說，成熟期時鉻、鎘、鉛含量最高，分別為1.432、0.038、1.161 mg/kg，分枝期時砷含量最高，為83.832 mg/kg。另外，還有研究表明，農(nóng)作物的重金屬含量可能與土壤重金屬的化學形態(tài)和生物有效性有關[47]，但大多數(shù)研究集中于水稻、玉米、大豆等大宗糧食作物，對于雜糧的研究較少。

2 重金屬污染風險的評價方法

重金屬污染評價的意義在于，通過科學系統(tǒng)的評價方法，將重金屬污染程度通過數(shù)學運算的方式清晰明確的表達出來，并實現(xiàn)污染等級識別劃分。重金屬污染的評價方法有單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法、潛在生態(tài)風險指數(shù)法等[48]。單因子污染指數(shù)法應用簡單，是最基礎的污染評價方法，能夠快速判斷出主要污染物[49-50]。綜合污染指數(shù)法以單因子污染指數(shù)法為基礎，更全面地評價污染程度，以內(nèi)梅羅指數(shù)法為代表，是較為常用的綜合評價方法之一[51]。德國科學家Muller[52]提出的地累積指數(shù)法，主要用于評價沉積物中重金屬污染程度。潛在生態(tài)風險指數(shù)法[53]，由瑞典科學家Hakanson[54]提出，根據(jù)重金屬的遷移、轉(zhuǎn)化、沉積等特點，對環(huán)境中的污染程度進行綜合評價。不同的評價方法側重點不同，選擇合適的評價方法能夠更加全面的反應一個區(qū)域的污染程度。

魏洪斌等[55]采用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法及潛在生態(tài)風險指數(shù)法對宜興市境內(nèi)耕地土壤進行重金屬污染生態(tài)風險評價，結果顯示，當?shù)氐恼w污染程度較輕，主要污染元素是鎘，部分區(qū)域呈現(xiàn)鎘重度、中度污染。李保杰等[56]采用地累積指數(shù)法、內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法及潛在生態(tài)風險指數(shù)法評價了宜興市丁蜀鎮(zhèn)某田塊的土壤污染情況，3 種方法都顯示了該區(qū)域鎘嚴重超標，其中鎘的地累積指數(shù)為5.82，潛在生態(tài)風險指數(shù)為2548.75，內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為60.58，說明該區(qū)域鎘已達到重度污染。

膳食健康風險評估是衡量膳食安全性的重要指標，我們常用危險商數(shù)(HQ)、每日飲食指數(shù)(DDI)、目標危害系數(shù)(THQ/TTHQ)、健康風險指數(shù)(HRI)、膳食攝入風險概率(RQ)等指標來表示危害成分的嚴重性[57-58]。王奇等[59]對五味子中16種金屬元素的膳食健康風險評估結果表明，五味子重金屬污染水平較低，不足以對人體健康造成影響。黃先亮等[60]評估了廣西八角中鉛、鎘、鉻3種元素的膳食風險，結果表明，廣西八角中鉛、鎘、鉻含量均低于國家標準值，3 種元素均無明顯膳食風險。

3 展望

小雜糧，大產(chǎn)業(yè)。雜糧營養(yǎng)成分豐富，經(jīng)濟效益良好，是推動鄉(xiāng)村振興的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)。雜糧不僅可以作為粗加工農(nóng)產(chǎn)品呈現(xiàn)在人們的餐桌上，以雜糧為原料的再加工食品也層出不窮。推動雜糧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，要從產(chǎn)業(yè)化、標準化、現(xiàn)代化入手，走科學創(chuàng)新的路線。

食品安全問題是關系到民生的重大議題，防范食品安全問題的發(fā)生就要控制生產(chǎn)、加工、運輸?shù)榷鄠€環(huán)節(jié)的風險因子。從雜糧的營養(yǎng)優(yōu)勢角度出發(fā)，激發(fā)消費者的購買意愿，同時，要想將小雜糧做成大產(chǎn)業(yè)亟需考慮雜糧產(chǎn)品的食用安全性。關于雜糧重金屬污染的研究多集中于含量分析、重金屬污染風險評價、膳食風險評估等方面，缺少重金屬轉(zhuǎn)運機制、重金屬化學形態(tài)及生物學活性相關的深入研究。筆者認為，開展雜糧重金屬吸收、轉(zhuǎn)移、富集規(guī)律、轉(zhuǎn)運機制、生物學活性等方面的研究，有利于在雜糧種植和加工過程中科學地規(guī)避重金屬污染風險，助力雜糧產(chǎn)業(yè)發(fā)展。