2019, Vol. 36
2. 农业部水产品质量安全控制重点实验室, 北京 100141
2. Key Labrotary of Control of Quality and Safety for Aquatic Products, Ministry of Agriculture, Beijing 100141
稻-渔系统是通过有效利用水土资源同时产出稻谷和水产品的重要农业方式, 对保障区域食物供给和保护当地资源和环境有重要作用。近年来, 我国的稻渔综合种养模式发展十分迅速, 稻田养殖面积从1983年的44 100 hm2增加到2016年的1 520 000 hm2, 养殖产量从33 600 t增加到1 630 000 t, 目前国内有超过25个省(市、区)进行了稻渔种养模式的推广[1]。东北地区稻田养殖面积130 000 hm2, 稻田养蟹共生模式是本地区最主要的种养模式, 其中辽宁省盘锦市是我国北方最大的河蟹养殖基地, 2015年稻田养蟹面积达52 533 hm2[2]。随着稻田养殖河蟹产量的增加, 其食用安全性逐渐引起了人们的关注, 但目前该地区尚缺乏此类研究。微量元素含量是评价食品食用安全的一项重要指标[3-5]。一部分微量元素如Cu、Fe、Zn、Cr、Co、Se等被确认与人体健康密切相关, 是人体必需的微量元素; 一部分微量元素如Pb和Cd等对人体无益, 且具有极强的毒性, 不是人体必需的微量元素[6]。当食品中必需的微量元素超过一定限量时, 也会给消费者健康带来不良影响[7-8]。为了全面掌握本地区稻田养殖河蟹的微量元素含量水平和食用安全性, 本研究采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测了东北三省主要稻田养殖河蟹产区生产的成品河蟹体内18种微量元素的含量水平, 并采用每周可耐受摄入量(PTWI)和目标危害商值(THQ)法分别评价了食用安全性和健康风险。
1 材料与方法 1.1 仪器与试剂电感耦合等离子体-质谱仪7500cx (美国Agilent公司), 配置八级杆碰撞/反应池系统(ORS); 微波消解仪MARSX (美国CEM公司); 纯水器(美国Millipore公司)。
硝酸、盐酸均为优级纯, 购自德国Merck公司; 100 mg·L-1的Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi内标溶液和10 mg·L-1的Li、Y、Ce、Tl、Co调谐液, 购自美国Agilent公司; 标准品Be、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Se、Mo、Ag、Cd、Sb、Ba、Ti、Pb和U标准溶液(1000 mg·L-1), 购自国家标准物质中心; 超纯水电阻率≥18.2 MΩ·cm-1; 氩气、氦气纯度≥99.999%。
1.2 样品采集与制备稻田养殖河蟹(中华绒螯蟹, Eriocheir sinensis)样品于2017年9月采自辽宁省盘锦市, 吉林省长春市、吉林市、四平市, 黑龙江省绥化市、虎林市、佳木斯市(如图 1)。共计样品56份, 其中黑龙江省12份, 吉林省20份, 辽宁省24份。每份样品采集1~2 kg, 样品个体平均体重:雌蟹65~130 g, 雄蟹85~155 g。
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图 1 样品采集点位置 Figure 1 Map of sampling sites |
将采集的河蟹放入有冰块的保温箱中带回实验室。活体解剖前, 将河蟹体表水分用吸水纸擦干, 用电子称测定质量, 去壳, 取河蟹肌肉、蟹黄等可食部分, 混合均质, -20℃贮存, 备测。
1.3 样品检测测定方法参照文献[9]。分析用的玻璃器皿在使用前用浓硝酸浸泡过夜, 超纯水冲洗三遍, 烘干备用。样品使用微波消解:用分析天平准确称取0.5 g样品, 加入质量浓度为65%的硝酸2.5 mL, 37%的盐酸0.5 mL, 超纯水7.0 mL。微波消解程序为:微波功率1600 W (50%), 爬升温度185℃, 升温时间10.5 min, 保持时间14.5 min。消解完成后, 将消解液移入50 mL容量瓶中, 加入内标溶液(100 μg·L-1)0.5 mL, 定容至50 mL。同时做样品空白溶液。消解后的样品和试剂空白均用ICP-MS检测。每次测定之前先绘制标准曲线(标准溶液Be、V、Cr、Co、Ni、Se、Mo、Ag、Cd、Sb、Ti、Pb和U:0~20 μg · L-1; Fe、Mn、Ba、Cu和Zn:0~1000 μg·L-1), 当拟合度达到99.9%以上时进行测试。在样品分析过程中随机抽取5%~10%的样品进行6次重复测试以验证试验的重复性。标准物质验证方法参照文献[9]。
1.4 污染评价与膳食评估 1.4.1 污染指数法评价部分微量元素被纳入重金属范畴, 我国食品安全相关标准已制定了其在水产品中的限量, 本研究采用单因子污染指数法[10-11]评价河蟹受重金属污染状况, 公式如下:
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(1) |
式中:Pi为河蟹中第i种重金属的污染指数; Ci为河蟹中第i种重金属的含量, mg·kg-1; Csi为第i种重金属污染物的标准限量, mg·kg-1。本研究采用NY 5073- 2006《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》[12]和GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》[13]中重金属限量标准为参考值。污染指数Pi < 0.2为正常背景值水平; Pi=0.2~0.6为轻污染水平; Pi= 0.6~1.0为中污染水平; Pi>1.0为重污染水平[11, 14]。
1.4.2 人体耐受量评估以世界卫生组织(WHO)、联合国粮农组织(FAO)下的食品添加剂联合专家委员会(JECFA)制定的污染物的单位体重每周可耐受摄入量[15]作为食用安全性评价依据:Zn、Cu、Pb、Cd、Cr的单位体重每周可耐受摄入量分别为7、3.5、0.025、0.007、0.023 3 mg·kg-1。本研究选取部分微量元素, 依据其在河蟹中的含量以及我国居民每周水产品消费量, 计算成人每周实际摄入量(AWI, mg), 并与成人每周可耐受摄入量(PTWI, mg)比较, 评价其食用安全性。评价方法如下:
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(2) |
PTWI=单位体重每周可耐受摄入量×成人体重(3)式中:Ci为河蟹中某种微量元素含量, mg·kg-1, 取平均值和最高值分别计算每周摄入某种微量元素的平均值和最高值; WC为人均每周水产品消费量, 根据2015年中国居民营养与慢性病状况报告[16], 按0.168 kg·周-1计。成人体重以60 kg计。
以AWI占PTWI的百分比对食用安全性进行评价, 所占比例越高, 其食用安全性越低。
1.4.3 非致癌健康风险评估采用USEPA提出的目标危害商值(THQ)评估河蟹体内单一微量元素对人体健康所产生的风险[6, 17-18], 其计算公式如下:
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(4) |
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(5) |
式中:EDI为人体微量元素的每日摄入量, μg·kg-1·d-1; IR为水产品的人均日摄入量(g·d-1, 湿质量), 根据2015年中国居民营养与慢性病状况报告[16], 本研究取23.7 g·d-1; C为水产品中微量元素含量, μg·kg-1, 本研究取平均值和最大值分别计算; BWa为成人平均体重, 按60 kg计算; RfD为参考剂量, μg· kg-1·d-1。若THQ < 1, 则无显著健康风险; 若THQ>1, 摄食人群有明显健康风险。THQ值越大, 相应的风险越大。
风险指数(HI)用于评价复合污染物的健康风险[6, 19], 公式如下:
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(6) |
式中:THQi为微量元素i的目标危害商值。
1.5 数据处理采用Excel 2010统计软件进行数据初步分析, 数据结果用平均值±标准差(Mean±SD)表示; 利用SPSS Statistics 18.0软件对数据进行统计学分析。
2 结果与讨论 2.1 稻田养殖河蟹体内微量元素含量水平检测了东北三省稻田养殖河蟹体内18种微量元素, 其中10种人体必需的微量元素含量水平见表 1, 8种对人体有害的微量元素含量水平见表 2。18种微量元素中, Ti和Sb均未检出, 其他16种微量元素在东北三省的平均含量从0.003 mg·kg-1(Be)到111 mg·kg-1(Fe), 河蟹体内元素含量由高到低排序为Fe>Mn> Ba>Zn>Cu>Ni>Se>V>Co>Cr>Pb>Mo>Cd>U>Ag>Be。东北三省稻田养殖河蟹体内必需的微量元素含量较为丰富, 除Ba和Mo外, 必需微量元素的含量普遍高于有害微量元素。
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表 1 东北三省稻田养殖河蟹体内必需微量元素含量水平(mg·kg-1, 湿质量) Table 1 Concentrations of essential trace elements in crabs from the northeast China (mg·kg-1, wet weight) |
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表 2 东北三省稻田养殖河蟹体内有害微量元素含量水平(mg·kg-1, 湿质量) Table 2 Concentrations of toxic trace elements in crabs from the northeast China (mg·kg-1, wet weight) |
与全国其他地方相比, 东北三省稻田养殖河蟹体内Pb (0.028~0.168 mg · kg-1)、Cd (0.023~0.257 mg·kg-1)和Cu (3.90~13.2 mg·kg-1)的含量明显低于长三角地区, 和庆等[19]报道长三角地区养殖池塘水产品(包括河蟹)有近一半样点的重金属Cu和Pb分别存在超出50 mg·kg-1和0.5 mg·kg-1的风险, 且所有水产品重金属Cd的含量高于0.1 mg·kg-1, 76%的样点超出该值约100倍。东北三省稻田养殖河蟹体内Cd和Cr的平均含量(0.063 mg·kg-1和0.108 mg·kg-1)低于太湖流域(0.287 mg·kg-1和0.474 mg·kg-1)[20]。
2.2 稻田养殖河蟹与本区域池塘养殖淡水鱼体内微量元素的含量差异将东北三省稻田养殖河蟹与本区域池塘养殖的鲤鱼(Cyprinus carpio)、鲫鱼(Carassius auratus)、草鱼(Ctenopharyngodon idellus)[6]的微量元素含量进行比较, 结果见图 2(图中纵坐标为河蟹体内微量元素含量与本地区池塘养殖鲤鱼、鲫鱼、草鱼中该微量元素含量的比值)。在检出的16种微量元素中, 14种微量元素在河蟹中的含量远高于本地池塘养殖的鲤鱼、鲫鱼、草鱼。其中Mn、Ba、Co在河蟹中的含量是3种淡水鱼体内含量的50倍以上; Cu、Fe、V、Ag在河蟹中的含量与3种淡水鱼体内含量的比值均超过10;Ni、Mo、Zn、Se、Cd、U、Be在河蟹体内的含量是3种淡水鱼体内含量的2倍以上。导致这一现象的主要原因可能是不同水生生物对微量元素的富集能力具有明显差异, 通常认为虾蟹类的栖息水层和食性特点使其对微量元素的富集能力明显高于鱼类[19, 21], 另外, 由于样品中含有蟹黄, 而内脏组织相对于肌肉组织通常也具有更高的微量元素含量[22]。Cr比值接近1, 表明河蟹与本地池塘养殖的淡水鱼体内Cr含量水平相近, 可能的原因是河蟹与淡水鱼相比, 对Cr的富集能力无明显差异。但Pb的比值为0.4~0.6, 说明池塘养殖的淡水鱼Pb含量高于本地稻田养殖河蟹, 可能的原因是养殖方式不同, 如池塘养殖的淡水鱼饲料投入较多, 而饲料中普遍含有一定的Pb[23], 也有可能是河蟹中的Fe、Zn、Se等微量元素含量较高, 在一定程度上减少了Pb在河蟹体内的吸收和存留[24-25]。
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图 2 东北三省稻田养殖河蟹与池塘养殖淡水鱼体内微量元素含量比较 Figure 2 Comparison of trace element amount between rice-crab and freshwater fish cultured in northeast China |
由表 1、表 2可以看出, 在检测的18种微量元素中, 与黑龙江省、辽宁省相比, 吉林省稻田养殖河蟹体内的V、Cr、Mn、Fe、Ni、Mo、Cd、Ba、Pb、U等10种微量元素含量在95%的水平上具有显著性差异(P < 0.05);但黑龙江省和辽宁省相比, 其河蟹体内这10种微量元素含量在95%的水平上不具有显著性差异(P> 0.05)。其他8种微量元素在3个省份的河蟹中的含量不具有显著性差异(P>0.05)。黑龙江省和辽宁省河蟹中V、Cr、Mn、Fe、Ba、Pb等6种微量元素的平均含量高于吉林省, 而黑龙江省和辽宁省河蟹中Ni、Mo、Cd、U等4种微量元素的平均含量低于吉林省。
覃东立等[26]曾报道东北地区养殖池塘的鱼体内Cr含量在不同省份之间存在极显著差异(P < 0.01), 黑龙江省和辽宁省明显高于吉林省。本研究中, 东北三省稻田养殖河蟹的Cr含量也存在类似的规律。经对比东北三省的土壤背景值[27], 发现黑龙江省土壤中Cr的平均含量为58.6 mg·kg-1, 辽宁省土壤中Cr的平均含量为57.9 mg·kg-1, 两省相差不大, 但黑龙江、辽宁两省土壤中Cr的平均含量明显高于吉林省(46.7 mg·kg-1)。两次研究相互印证, 表明黑龙江省、辽宁省与吉林省淡水养殖鱼类和稻田养殖河蟹中Cr含量的差异与本地区土壤中Cr含量的差异相关联。
2.4 污染水平评估检测的18种微量元素中, 有4种微量元素在我国食品安全标准体系中规定了其在水产品中允许的最大含量(限量), 其中NY 5073-2006《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》[12]和GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》[13]规定所有水产品中Cu的限量为50 mg·kg-1, 甲壳类水产品中Pb和Cd的限量分别为0.5 mg·kg-1和0.5 mg·kg-1, 所有水产动物及制品中Cr的限量为2.0 mg·kg-1。
依据式(1)污染指数评价法, 58.9%的样品Cu污染指数PCu < 0.2, 为正常背景值水平, 其余样品PCu为0.2~0.3, 为轻污染水平; 51.8%的样品PPb < 0.2, 为正常背景值水平, 其余样品PPb为0.2~0.4, 为轻污染水平; 87.5%的样品PCd < 0.2, 为正常背景值水平, 其余样品PCd为0.2~0.5, 为轻污染水平; 所有样品PCr < 0.2, 为正常背景值水平。由此可见, 评价4种微量元素在本地河蟹中的污染均较轻微或者没有污染。
2.5 人体耐受量评估从检测的18种微量元素中选取文献[11, 14]报道较多的5种重金属(Cu、Zn、Pb、Cd和Cr)进行人体耐受量评估。依据式(2)和样品中重金属的平均值及最大值, 计算出每周实际摄入某种重金属的平均量及最高量, 再根据实际摄入量计算其占PTWI的百分比, 结果见表 3。
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表 3 河蟹中微量元素成人每周实际摄入量(AWI)及其占成人每周可耐受摄入量(PTWI)比值 Table 3 Crab weekly intakes of trace elements by adults (AWI) and their percentage of provisional tolerable weekly intake (PTWI) |
以平均值计算, 5种重金属的成人每周实际摄入量(AWI平均)仅占PTWI的0.76%~2.62%;以最大值计算, 5种重金属的AWI最大仅占PTWI的1.06%~10.24%, 表明东北地区目前稻田养殖河蟹中因重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Cr引起的食用风险低, 较为安全。5种重金属中, Cd的食用安全风险最高, 今后可重点关注。
2.6 健康风险定量评估从检测的18种微量元素中选取文献[6, 11, 14]报道较多的5种重金属微量元素(Cu、Zn、Pb、Cd和Cr)和4种有害微量元素(Ba、U、Ag和Be)进行健康风险定量评估。通过USEPA官方网站[28]检索到Cr、Zn、Cd、Ba、U、Ag和Be的参考剂量(RfD); Cu未检索到RfD值, 采用文献[6]的报道值; Pb采用欧洲食品安全管理局(European Food Safety Authority)提供的数据[29]。依据河蟹中各微量元素的平均值、最大值和式(4)计算人体微量元素的每日摄入量(EDI), 依据式(5)计算目标危害商值(THQ), 结果见表 4。无论是采用平均值还是最大值计算, 各元素的THQ均小于1, 复合污染物的风险指数HI在平均摄入水平和最高摄入水平下的值分别为0.24和0.47, 也均远小于1, 表明所分析的5种重金属和4种有害微量元素摄入不存在明显的健康风险。河蟹体内单一微量元素按THQ排序为Cu> Ba>Zn>Cd>Pb>U>Ag>Be>Cr。进一步分析可知, 不同元素对复合污染物的HI的贡献率存在较大差异, Cu、Ba、Zn、Cd和Pb的平均贡献率较高, 分别为39.00%、25.95%、12.68%、10.35%和10.19%, 总贡献率高达98.17%。Cu和Zn属重金属, 同时也是生物体必需的微量元素, 只是在过量摄入的情况下会给人体带来危害, 鉴于这两种元素计算后的EDI远低于其参考剂量, 且THQ < 1, 因此Cu和Zn不是主要的风险元素。Ba、Cd和Pb不是人体必需的微量元素, 对人体有害, 且这3种元素对HI的贡献率较高, 是检测的18种微量元素中主要的风险元素, 尽管其THQ < 1, 但也可纳入今后的重点监测范畴。
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表 4 东北地区稻田养殖河蟹中微量元素含量安全评价 Table 4 Estimated daily intakes (EDI) and target hazard quotient (THQ) of trace elements due to crab consumption in northeast China |
(1) 东北三省稻田养殖河蟹体内检出的16种微量元素中, 人体必需的微量元素含量丰富, 除Ba和Mo外, 必需微量元素普遍高于有害微量元素; 河蟹中Fe、Mn、Ba、Cu、Co、Ag、V、Zn、Ni、Se、Mo、Cd、U和Be等14种微量元素含量水平远高于本地池塘养殖的淡水鱼(鲤鱼、鲫鱼、草鱼)。
(2) 检测的18种微量元素中, 与黑龙江省、辽宁省相比, 吉林省稻田养殖河蟹体内的V、Cr、Mn、Fe、Ni、Mo、Cd、Ba、Pb、U等10种微量元素含量存在显著性差异(P < 0.05);其他8种微量元素含量在3个省份间均不存在显著性差异(P>0.05)。分析表明河蟹中Cr含量的不同与本地区土壤背景值的差异相关。
(3) 单因子污染指数法评价结果表明, 大部分样品的Cu、Pb、Cd和Cr含量处于正常背景值水平, 少部分样品中Cu、Pb和Cd含量处于轻微污染水平。污染评价与膳食评估结果表明, 所分析的重金属微量元素和有害微量元素摄入对食用人群没有明显的健康风险。在检测的18种微量元素中, Ba、Cd和Pb对复合污染物风险指数贡献率较高, 是主要的风险元素。
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