陶玲，吳強(qiáng)，李鐵軍，楊承虎，謝婧倩,*

1.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306

2.浙江省海洋水產(chǎn)研究所，舟山 316021

重金屬在環(huán)境中難以降解，具有較長的半衰期，能夠通過各種途徑進(jìn)入生物體與酶等蛋白質(zhì)結(jié)合[1]。在濃度很低的情況下就可以產(chǎn)生毒性作用[2]。海洋是人類社會發(fā)展的寶貴財(cái)富，相關(guān)資料顯示全球88%的生物生產(chǎn)力來自海洋[3]。越來越多的研究指出遠(yuǎn)洋生物已被重金屬污染[3-5]。人類通過攝食海產(chǎn)品間接受到重金屬的危害。進(jìn)而產(chǎn)生潛在的致癌、致畸、致突變風(fēng)險(xiǎn)[6]。重金屬導(dǎo)致的食用安全問題，已引起人們的高度關(guān)注。

魷魚在全世界大洋中的總資源量約4.20×108～6.50×108t[7]，是我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)的兩大主要品種(魷魚、金槍魚)之一。魷魚生長迅速，富含蛋白質(zhì)、?；撬?、鈣、磷和鐵等營養(yǎng)物質(zhì)，被廣泛食用。不僅如此，魷魚在海洋食物網(wǎng)中起著承上啟下的作用，對維系海洋生態(tài)系統(tǒng)平衡具有重要的作用。然而，近年來已有研究表明食用魷魚可能帶來健康風(fēng)險(xiǎn)。如馬來西亞Kedah-Perlis沿岸魷魚墨囊、頭部及肌肉中已檢出鎘(Cd)和鉛(Pb)超標(biāo)[8]。在中國南海采集的鳶烏賊組織中同樣檢出Cd超標(biāo)[9]?？傮w而言，目前研究缺少對全球海域魷魚體內(nèi)重金屬富集差異及健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注。

本研究在全球范圍內(nèi)魷魚生長較多的三大海區(qū)：西北太平洋、東南太平洋和印度洋采集了樣品，分析魷魚不同組織中重金屬元素鉻(Cr)、砷(As)、Cd、Pb和汞(Hg)的富集程度，探討元素間的相互關(guān)系以及在不同海域的分布特征。運(yùn)用單因子污染指數(shù)(single factor index,SFI)、金屬污染指數(shù)法(metal pollution index,MPI)評價魷魚重金屬污染水平和食用質(zhì)量水平。在此基礎(chǔ)上利用目標(biāo)危害系數(shù)法(target hazard quotients,THQ)評估人體攝入健康風(fēng)險(xiǎn)。并利用蒙特卡洛分析計(jì)算3片海域魷魚的最大攝入量。本研究為探明全球海域魷魚體內(nèi)重金屬富集特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)評估提供了理論依據(jù)，為海產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定提供理論基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。同時為沿岸居民魷魚攝食提供了參考依據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 樣品采集

2017—2018年利用燈光圍捕法采集北太平洋褶柔魚(Todarodespacificus，n=18)，東南太平洋美洲大赤魷(Dosidicusgigas，n=36)和印度洋鳶烏賊(Symplectoteuthisoualaniensis，n=18)樣品，每個采樣區(qū)域設(shè)置6個采樣點(diǎn)(表1和圖1)。捕獲的3種魷魚均屬于柔魚科，在生活特性上具有較大的相似性(表2)[10-12]，因此認(rèn)為這3種魷魚在富集重金屬水平上不存在明顯的種間差異，可視為同類進(jìn)行比較。魷魚運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室后，在-20 ℃下保存至實(shí)驗(yàn)分析。

表1 站位點(diǎn)信息Table 1 Sampling locations

圖1 采樣點(diǎn)分布示意圖Fig. 1 Sketch map of the sampling sites

表2 3種魷魚的生活習(xí)性Table 2 The habits of three squid

1.2 樣品預(yù)處理和測定方法

1.2.1 魷魚樣品處理

魷魚樣品在解剖之前，全部進(jìn)行解凍。樣品用去離子水洗凈、使用不銹鋼刀分離出肌肉、胃和肝臟組織并稱量質(zhì)量。所有組織樣品在處理后都立即冷凍干燥保存。

1.2.2 金屬含量測定

魷魚樣品中Hg的測定：取0.03 g樣品(干質(zhì)量)，置于測汞儀(DMA-80，Milestone，意大利)進(jìn)行檢測。測試條件如表3所示。

表3 測汞儀DMA- 80的工作條件Table 3 Direct mercury analyzer DMA 80 operation parameters

Cr、As、Cd和Pb的測定：取魷魚樣品0.10 g置于聚四氟乙烯消解管中，向消解管中加入HNO3(Trace Metal，賽默飛)∶H2O2(優(yōu)級純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司，中國)=4∶2(V/V)的混合溶液6 mL，搖勻擰緊后放入全自動微波消解儀(ETHOSUP，萊伯泰科，北京，中國)中進(jìn)行消解，待消化液冷卻后移入50 mL離心管中，以超純水定容至50 mL，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS，Agilent 7900a，美國)分析測定儀測定其含量，測試條件如表4所示。

表4 電感耦合等離子體質(zhì)譜分析儀工作條件Table 4 ICP-MS operation parameters

1.3 質(zhì)量控制

Cr、As、Cd、Pb和Hg的檢出限分別為0.05、2.00×10-3、2.00×10-3、0.02和1.00×10-3μg·g-1，定量限分別是0.20、5.00×10-3、5.00×10-3、0.05和3.00×10-3μg·g-1。各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍如表5所示，由于As與Cd的濃度較高，超出標(biāo)線范圍，文中的濃度數(shù)據(jù)為樣品稀釋10倍后再換算得出，未超過標(biāo)線范圍的Cr和Pb為未稀釋樣品測得的數(shù)據(jù)。

表5 各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線Table 5 The standard curve of each element

1.4 魷魚重金屬污染水平評價

魷魚肌肉重金屬污染評價依據(jù)《海洋生物質(zhì)量》(GB 18421—2001，表6)，采用單因子污染指數(shù)法(single factor index,SFI)和金屬污染指數(shù)法(metal pollution index,MPI)[13-14]對3片海域魷魚的污染程度和重金屬富集能力差異進(jìn)行評估。

表6 海洋生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值Table 6 Standard concentrations of 5 elements in marine organisms (mg·kg-1)

單因子污染指數(shù)法：SFI=Ci/Si

(1)

式中，SFI表示重金屬i污染指數(shù)；Ci表示生物體實(shí)測重金屬i含量(mg·kg-1，鮮質(zhì)量)，Si為重金屬i的評價標(biāo)準(zhǔn)值(mg·kg-1，鮮質(zhì)量)，按照國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)值(GB 2762—2012、GB 13106—1991)，Pb、Cd、Cr、As和Hg的標(biāo)準(zhǔn)值分別為0.5、0.1、2.0、0.5和0.05 mg·kg-1。SFI的評價標(biāo)準(zhǔn)如表7所示[15]。

表7 單因子污染指數(shù)法(SFI)的污染標(biāo)準(zhǔn)Table 7 The single factor index (SFI) value with the corresponding pollution criteria

(2)

式中：Cn為樣品中第n種重金屬的濃度(mg·kg-1，鮮質(zhì)量)；n為評價元素個數(shù)，MPI的評價標(biāo)準(zhǔn)如表8所示。

表8 金屬污染指數(shù)法(MPI)的污染標(biāo)準(zhǔn)Table 8 The metal pollution index (MPI) value with the corresponding pollution criteria

1.5 重金屬暴露健康風(fēng)險(xiǎn)評估

1.5.1 每日估計(jì)攝入量(EDI)

由于目前缺少魷魚的日平均攝入量數(shù)據(jù)，魷魚在頭足類中占有較高的食用比例，故本研究使用頭足類日平均攝入量近似替代魷魚的日平均攝入量[16]。根據(jù)頭足類中重金屬的濃度和頭足類的每日消費(fèi)量計(jì)算出這5種重金屬的每日攝入量(estimated daily intake,EDI)[17-18]，計(jì)算公式如下。

(3)

式中：Ci和FIR分別表示重金屬濃度(mg·kg-1)和頭足類日平均攝取率(g·d-1)，BW指平均體重(成人平均體質(zhì)量70 kg)[19]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在西北太平洋、東南太平洋和印度洋地區(qū)，頭足類的平均日消費(fèi)量分別為4.10、2.50和2.40 g·d-1。

1.5.2 非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價(THQ)

單一重金屬危害系數(shù)(the target hazard quotient,THQ)是比較污染物攝入與標(biāo)準(zhǔn)參考劑量的綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，常用于重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)評價[20]。當(dāng)THQ<1時，認(rèn)為暴露人群無明顯健康風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)THQ≥1時，則暴露人群存在健康風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算公式如下：

(4)

式中：EF為暴露頻率(365 d·a-1)；ED為平均暴露時間(70 a)；AT為平均曝光時間(d)；RfD為金屬的參考口服劑量(mg·kg-1·d-1)，RfD分別為1.50(Cr)、3.00×10-4(As)、3.00×10-3(Cd)、3.50×10-3(Pb)和5×10-4(Hg) mg·kg-1·d-1；AT=ED×365(d)[20-21]。鑒于魷魚體內(nèi)重金屬的混合疊加效應(yīng)，常用危害指數(shù)(HI)綜合評估各種重金屬對人體健康造成的風(fēng)險(xiǎn)[22]。同樣，HI值≥1表示重金屬對人體有潛在的危害。否則，風(fēng)險(xiǎn)可以忽略不計(jì)。HI計(jì)算公式如下：

HI=∑THQ=THQCr+THQAs+THQPb+THQCd+THQHg

(5)

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理利用Excel 2010完成，采用Ocean Data View進(jìn)行采樣點(diǎn)繪制，皮爾森相關(guān)性、主成分分析等繪圖利用Origin 2019b完成，利用R(V.4.0.3)軟件進(jìn)行蒙特卡洛分析。

2 結(jié)果(Results)

2.1 大洋魷魚重金屬富集特征

魷魚體內(nèi)5種重金屬元素Cr、As、Cd、Pb和Hg濃度如圖2所示，含量分別為nd～0.68、0.14～14.88、nd～247.80、nd～1.46和3.00×10-3～0.15 μg·g-1。Cd和As的濃度明顯高于其他3種重金屬。組織間表現(xiàn)出消化腺>胃>肌肉的趨勢，主要是因?yàn)橄俸写罅康牡鞍踪|(zhì)，重金屬與酶上的巰基能發(fā)生大量的結(jié)合[23-24]。

圖2 魷魚體內(nèi)重金屬濃度注：灰色代表西北太平洋，紅色代表東南太平洋，藍(lán)色代表印度洋。Fig.2 Concentrations of heavy metals in squidsNote:Grey represents Northwest Pacific,red represents Southeast Pacific,and blue represents Indian Ocean.

魷魚重金屬富集特征還與生活的海域有關(guān)。Cr在區(qū)域間呈現(xiàn)西北太平洋(肌肉：0.15～0.53 μg·g-1，胃：0.12～0.50 μg·g-1，消化腺：0.07～0.25 μg·g-1)>東南太平洋(肌肉：0.08～0.12 μg·g-1，胃：0.10～0.17 μg·g-1，消化腺：0.08～0.19 μg·g-1)>印度洋(肌肉：0.06～0.16 μg·g-1，胃：0.06～0.68 μg·g-1，消化腺：0.03～0.16 μg·g-1)。Pb則呈現(xiàn)西北太平洋>印度洋>東南太平洋的趨勢。另外，據(jù)Dorneles等[25]研究發(fā)現(xiàn)，生物碎屑可以釋放Cd至環(huán)境，魷魚可以通過攝食生物碎屑間接提高體內(nèi)Cd含量。有研究表明Cd易富集在上升流表層區(qū)域[26]，魷魚生活在水深100 m左右，夜晚至水表層活動，為其攝入Cd提供了良好的條件。魷魚組織中Cd濃度呈現(xiàn)出印度洋(肌肉：0.83～2.91 μg·g-1，胃：2.25～15.37 μg·g-1，消化腺：118.72～247.80 μg·g-1)>東南太平洋(肌肉：0.24～0.80 μg·g-1，胃：1.54～10.34 μg·g-1，消化腺：59.75～93.99 μg·g-1)>西北太平洋(肌肉：0.07～0.49 μg·g-1，胃：0.11～0.57 μg·g-1，消化腺：23.94～43.69 μg·g-1)的趨勢，該3塊區(qū)域中印度洋存在1塊季節(jié)性上升流區(qū)域，東南太平洋擁有赤道上升流[27]，使得這2塊海域擁有更多的Cd元素，魷魚體內(nèi)表現(xiàn)出富Cd現(xiàn)象。除此以外，As也表現(xiàn)出了海域差異性，印度洋>東南太平洋>西北太平洋。根據(jù)《全國海岸帶和灘涂資源綜合調(diào)查簡明規(guī)程》中軟體類生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(表9)，Cd和As的含量均超過標(biāo)準(zhǔn)，需要引起重視。此外，Hg的濃度呈現(xiàn)西北太平洋(肌肉：0.04～0.52 μg·g-1，胃：0.03～0.91 μg·g-1，消化腺：0.06～0.15 μg·g-1)>東南太平洋(肌肉：0.02～0.04 μg·g-1，胃：0.01～0.04 μg·g-1，消化腺：0.03～0.08 μg·g-1)>印度洋(肌肉：7.00×10-3～0.01 μg·g-1，胃：3.00×10-3～7.00×10-3μg·g-1，消化腺：4.00×10-3～0.03 μg·g-1)的趨勢。據(jù)估計(jì)，目前全球一半以上的人為Hg排放來自亞洲[28]。而西北太平洋可能是來自亞洲的大氣Hg源的下風(fēng)，導(dǎo)致其中有較高的污染物水平[29]。Kojadinovic等[30]認(rèn)為印度洋這樣的熱帶海洋受到的污染比北部海洋少，而且，印度洋與大型人為活動中心隔絕，因此在印度洋呈現(xiàn)較低的污染水平。

表9 軟體類生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Table 9 Biological quality standards for mollusks (μg·g-1,濕質(zhì)量Wet weight)

根據(jù)皮爾森相關(guān)性分析(數(shù)據(jù)已正態(tài)化處理)，重金屬Cd與Hg、Pb呈明顯正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.26和0.30，與其他重金屬未呈明顯正相關(guān)或呈負(fù)相關(guān)。As與Pb也呈現(xiàn)明顯正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.28，說明魷魚體內(nèi)這2組元素可能存在著相似的來源(圖3)。

圖3 5種元素間的相關(guān)性Fig. 3 The correlations among five elements

2.2 魷魚重金屬污染水平評價

根據(jù)《海洋生物質(zhì)量》(GB 18421—2001)，海洋生物質(zhì)量可劃分為3類，第1類生物質(zhì)量最優(yōu)，第2類次之，第3類相對較差[31]。采用SFI和MPI對三大海域魷魚肌肉重金屬含量進(jìn)行污染水平評價，結(jié)果如圖4和圖5所示。從3類生物體的污染指數(shù)來看，與第1類海洋生物質(zhì)量相比，除Cr和Hg在3片海域的SFI不超過1外，其余3種重金屬元素在各區(qū)域污染指數(shù)幾乎100%超過1。印度洋Cd最高SFI值達(dá)到14.57，平均為8.09，As最高SFI值達(dá)到7.94，平均為6.51，Pb最高SFI達(dá)到3.65，平均值為2.44。與第2類海洋生物質(zhì)量相比，除印度洋Cd、As的SFI值仍>1外，其余均<1，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要對印度洋區(qū)域重金屬污染問題加強(qiáng)控制和監(jiān)管。

圖4 單因子污染指數(shù)(SFI)法評價魷魚肌肉重金屬水平注：灰色代表西北太平洋，紅色代表東南太平洋，藍(lán)色代表印度洋。Fig.4 Heavy metals levels in squid muscles assessed using single factor index (SFI) method Note:Grey represents Northwest Pacific,red represents Southeast Pacific,and blue represents Indian Ocean.

圖5 魷魚肌肉重金屬污染指數(shù)(MPI)注：灰色代表西北太平洋，紅色代表東南太平洋，藍(lán)色代表印度洋。Fig.5 The metal pollution index (MPI) in squid musclesNote:Grey represents Northwest Pacific,red represents Southeast Pacific,and blue represents Indian Ocean.

3片海域魷魚體內(nèi)重金屬污染指數(shù)如圖5所示，印度洋魷魚對重金屬富集能力最強(qiáng)，MPI值為0.68±0.04，與單因子污染指數(shù)法結(jié)果一致?？傮w而言，MPI均<2，能夠滿足無公害水產(chǎn)品安全要求。

2.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評價

魷魚中有毒元素的積累對消費(fèi)者的健康有害，而肌肉是魷魚的主要被食用組織，因此，對魷魚肌肉進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評估至關(guān)重要。5種有毒元素的EDI是根據(jù)肌肉中有毒元素的濃度和FAO給出的當(dāng)?shù)厝掌骄鶖z入量計(jì)算出來的。Cr、As、Pb、Cd和Hg的平均EDI均<3.40×10-6mg·kg-1·d-1，遠(yuǎn)低于聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑專家委員會制定的有毒元素每日攝入耐受量(PTDIs)[32-33]。5種重

金屬的THQ平均值均<1(表10)。此外，As的THQ值最高，而Cr的THQ值最低。由圖6可知，3種魚類的HI均<1。HI在3片海域的排序?yàn)橛《妊?0.88)>東南太平洋(0.35)>西北太平洋(0.34)，表明靠近這3片海域的當(dāng)?shù)鼐用耖L期攝食這3種魷魚不會造成潛在的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)。5種重金屬對HI的貢獻(xiàn)率有較大差異性，貢獻(xiàn)率大小排序?yàn)锳s>Cd>Pb>Hg>Cr，故可視As和Cd為主要風(fēng)險(xiǎn)元素，其中As對HI的貢獻(xiàn)率最高(超過90%)，應(yīng)對其予以優(yōu)先關(guān)注防控。同時As又是威脅人類健康的主要重金屬之一，攝入后可能導(dǎo)致腎癌、皮膚癌和神經(jīng)紊亂[34]，因此應(yīng)加強(qiáng)魷魚食用品中As的健康風(fēng)險(xiǎn)防控。

表10 3片海域魷魚中5種重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評價Table 10 Health risk assessment of five heavy metals of squid from three regions

圖6 重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)Fig. 6 THQ of individual metal

盡管定量分析方法評估的結(jié)果均表明攝食3片海域魷魚對人體不會產(chǎn)生健康風(fēng)險(xiǎn)，但攝入量增大仍然有產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的可能。因此，利用蒙特卡洛模擬方法對5種重金屬的聯(lián)合作用進(jìn)行不確定性模擬計(jì)算，結(jié)果表明在西北太平洋、東南太平洋和印度洋3片海域的魷魚的最大攝入量分別為99、48.5和20.5 g·d-1(圖7)。為人們攝食魷魚的風(fēng)險(xiǎn)評估提供了數(shù)據(jù)支撐。

圖7 蒙特卡洛分析Fig. 7 Mento Carlo simulation

3 討論(Discussion)

西北太平洋、東南太平洋和印度洋3片海域魷魚組織中重金屬均表現(xiàn)出消化腺>胃>肌肉，Cd、As大于Cr、Pb和Hg。重金屬呈現(xiàn)明顯的地域差異性。相關(guān)性分析結(jié)果顯示，Cd、Hg與Pb呈明顯正相關(guān)，As與Pb也呈現(xiàn)明顯正相關(guān)，說明2組元素可能存在相似的來源。

印度洋Cd、As濃度較高，通過SFI、MPI值的計(jì)算，兩者均超過《海洋生物質(zhì)量》(GB 18421—2001)，中對其的限定值。非致癌風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果表明3片海域魷魚均不存在健康風(fēng)險(xiǎn)，可放心適量食用。通過蒙特卡洛分析，得出3片海域魷魚的最大推薦食用量，分別為99、48.5和20.5 g·d-1。

基于本文的研究結(jié)果，建議加強(qiáng)對重金屬排放的監(jiān)管力度，同時制定出更加完善的海產(chǎn)品中不同種類重金屬的標(biāo)準(zhǔn)。針對不同區(qū)域、不同海產(chǎn)品以及不同人群等特點(diǎn)給出更具針對性的參考食用量和食用頻率、引導(dǎo)人們避免食用被污染的海產(chǎn)品，從而減少有害重金屬的攝入風(fēng)險(xiǎn)，保證海產(chǎn)品的食用安全性。

致謝：感謝上海海洋大學(xué)魷釣技術(shù)組對本研究樣品的技術(shù)支持，感謝劉必林研究員在實(shí)驗(yàn)實(shí)施方面提供的幫助及評審專家提出的寶貴意見。