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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教育部食品營養(yǎng)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(diǎn)為毒性大、不易降解、易積累等[2]。當(dāng)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(jìn)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(biāo)，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(jìn)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(xiàn)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(yàn)方法，通過隨機(jī)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(hù)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(yùn)用水晶球軟件對水產(chǎn)品中重金屬殘留的風(fēng)險概率進(jìn)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(jī)，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(jī)，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(jī)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(biāo)準(zhǔn)[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(hù)局提出的一種危險度評價指標(biāo)，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(biāo)準(zhǔn)[14-16]。水產(chǎn)品中重金屬標(biāo)準(zhǔn)限量按照國家標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2017）及農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)含量不足以達(dá)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(biāo)，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(jìn)入人體的渠道，然后經(jīng)過一系列的計算過程評價其進(jìn)入人體的總量，進(jìn)而計算出不同攝入量對人體造成的危害。其計算指標(biāo)包括危險物暴露強(qiáng)度、暴露時間和暴露頻率等。其數(shù)學(xué)表達(dá)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(jī)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(qiáng)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(jìn)行評價。評價指標(biāo)包括重金屬日均暴露量（EDI）和參考劑量（RfD），計算兩種指標(biāo)的具體數(shù)值并求其比值。其數(shù)學(xué)表達(dá)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(dāng)HQ<1 時，可認(rèn)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2017），沿海地區(qū)水產(chǎn)品中As 超標(biāo)率較高，達(dá)到52.74%，并且Cd 和Pb 含量較高，超標(biāo)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(yàn)方法檢驗(yàn)函數(shù)曲線的擬合度。對以上3 種檢驗(yàn)方法進(jìn)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(jìn)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(yùn)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(jìn)行風(fēng)險評估。在每個模擬過程中進(jìn)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(biāo)，對膳食中攝入重金屬的安全風(fēng)險進(jìn)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(yuǎn)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(biāo)準(zhǔn)。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(diǎn)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(dāng)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(jìn)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(yuǎn)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(diǎn)呈正比，即百分位點(diǎn)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(diǎn)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(yàn)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(yùn)用上述模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析驗(yàn)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(yàn)證 由表7可知，重金屬Cr 超標(biāo)率為0，整體超標(biāo)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(yàn)證 采用上述評估模型對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，采用水晶球軟件對模型進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)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(jìn)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(jìn)行擬合分析，依據(jù)A-D、K-S 和χ2共3 種檢驗(yàn)方法來檢驗(yàn)。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(jìn)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(jìn)行識別劃分，為水產(chǎn)品的監(jiān)管提供依據(jù)。