嚴 峰,楊路瑤,汪 倫

(1.海南大學海洋學院,南海海洋資源利用國家重點實驗室,熱帶生物資源教育部重點實驗室,海南省熱帶水生生物技術(shù)重點實驗室,海南?？?570228; 2.無錫市恒信安全技術(shù)服務有限公司,江蘇無錫 214028)

食品安全問題一直我國民眾關(guān)注的熱點和焦點,水產(chǎn)品作為食品的重要組成部分,其質(zhì)量安全關(guān)乎消費者的生命健康[1]。隨著我國工業(yè)和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展以及城市化進程的快速推進,大量的工業(yè)廢水和生活污水排入釋放到環(huán)境中,使得各種環(huán)境介質(zhì)遭受著各種污染,海洋環(huán)境同樣如此[2-4]。海水和沉積物中的污染物可被海洋生物吸附,然后通過食物鏈的傳遞,在魚蝦類水產(chǎn)品中富集,從而對消費者的健康和安全產(chǎn)生威脅[5-6]。

對蝦,學名東方對蝦,又稱中國對蝦、中國明對蝦、斑節(jié)蝦，屬于節(jié)肢動物門,軟甲綱,十足目,對蝦科,對蝦屬。對蝦肉質(zhì)松軟,營養(yǎng)豐富,味道鮮美,還富含微量元素,具有減少膽固醇含量、擴張冠狀動脈、防止動脈硬化、預防高血壓及心肌梗死等功能,具有重要的經(jīng)濟價值和食用價值[7-8]。我國是世界上最大的對蝦生產(chǎn)國,也是重要的對蝦消費國。因而對蝦的質(zhì)量會影響著我國消費者的健康和安全。目前水產(chǎn)品的污染物已經(jīng)受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注,包括持久性有機污染物和重金屬[9-10]。然而我國研究者對于對蝦中重金屬的研究還鮮有報道。王彩蘊等[11]運用火焰原子吸收分光光度法測定了對蝦及其生長環(huán)境中重金屬鋅。盧元玲[12]運用石墨爐原子吸收光譜儀測定了對蝦、對蝦養(yǎng)殖水體和飼料中重金屬的濃度。對于對蝦中重金屬的前處理方法的研究也較少。因而目前國內(nèi)有關(guān)對蝦中重金屬的數(shù)據(jù)以及其對消費者健康風險的認識還非常有限。

本文基于微波輔助消解和ICP-MS,建立了一種對蝦中重金屬測定的方法,運用基質(zhì)加標和GBW10050(GSB-28)大蝦成分標準物質(zhì)中的9種重金屬元素含量的測定考察其方法的可靠性,并運用該方法測定了?？谑惺蹖ξr中重金屬的濃度。最后運用健康風險評估模型定性定量的評估了對蝦攝入對人群的致癌風險和非致癌風險,可以為更好的認識對蝦中重金屬的危害提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雙氧水(分析純) 海南言成實業(yè)有限公司;硝酸(分析純) 海南天磊生物科技有限公司;Ar(純度為99.999%) 海南加滕化工氣體有限公司;對蝦樣品(20只) ?？谒a(chǎn)品綜合批發(fā)市場(體長均勻,長約20厘米,重約50 g);Mn、Cu、Zn、Cd、Cr、As、Pb、Co、Ni的標準品 北京萬佳首化公司;大蝦生物成分分析標準物質(zhì)GBW10050(GSB-28) 北京世紀奧科生物技術(shù)有限公司。

7500A電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS) 美國安捷倫公司;MARS微波消解儀 美國培安公司;SCIENTZ-25T冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司;Milli-Q超純水純化系統(tǒng) 美國默克默理博公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液配制 標準溶液和內(nèi)標溶液的配制方法如下:用1%的硝酸溶液將1000 μg/mL的Mn、Pb、Ni、Cu、Zn、Cr、As、Cd和Co的混合標準溶液逐級稀釋成濃度為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L的標準工作曲線溶液。用1%的硝酸溶液將濃度為1000 μg/mL的Bi和Sc內(nèi)標溶液稀釋成10 μg/mL。

1.2.2 對蝦的預處理 為減少由于對蝦表面的污泥而引起的測定誤差,本次實驗對蝦先用超純水清洗,去頭、剝殼,然后在-80 ℃超低溫冰箱中冷凍30 min,再經(jīng)冷凍干燥機中凍干,粉碎研磨后過50目篩。最后樣品保存在-20 ℃冰箱中,以待分析。

1.2.3 對蝦中金屬元素的測定 分別稱取0.5 g蝦肉樣品放入消解罐中,加入5 mL濃硝酸溶液之后,繼續(xù)加入2 mL濃度為30%的雙氧水溶液,放入微波消解儀中,設置溫度為100 ℃,功率為1000 W,時間為1 h。然后放氣,冷卻至室溫,放氣,然后按照以下四道程序進行微波消解:四道程序功率均為運行功率為1000 W,第一次升溫至90 ℃,升溫時間10 min,維持該溫度6 min,然后設置第二道程序升溫至125 ℃,升溫時間14 min,維持該溫度7 min。第三道升溫程序設置為升溫至175 ℃,升溫時間為15 min,維持該溫度8 min。第四道升溫程序設置為升溫至200 ℃,升溫時間為16 min,維持該溫度9 min。消解完畢后,冷至室溫。打開消解罐,用少量水沖洗上蓋內(nèi)壁,合并至罐中。將消解罐置于智能控溫電加熱器中趕酸(140 ℃),待溶液剩約1 mL時,用水洗滌消解罐(3次),洗液合并于50 mL 塑料容量瓶中,加入定量內(nèi)標,用超純水定容,過0.22 μm的膜,等待上機測定。同時測定3份平行樣品和空白樣品。

ICP-MS程序:分析模式為定量分析;射頻功率為1350 W;采樣錐為鉑錐;采樣深度為6.5 mm;等離子體氣流速為16.0 L/min;載氣流速為1.0 L/min;輔助氣流速為1.0 L/min;霧化室溫度為2.0 ℃;積分時間為0.3 s;采集次數(shù)為3次;分析測試前用10 μg/L的Li、Y、Tl、Ce的調(diào)諧液按照安捷倫公司提供的使用說明對ICP-MS靈敏度進行調(diào)諧,使儀器達到分析測定要求,同時用調(diào)諧溶液做P/A調(diào)諧,使Li、Y、Tl、Ce的檢測濃度達到分析要求。

1.2.4 加標回收實驗 為了驗證方法的可靠性,選GBW10050(GSB-28)大蝦成分標準物質(zhì),對大蝦成分標準物質(zhì)中加入三個不同濃度的標準溶液做基質(zhì)加標實驗,加標量分別為0.4、1.0和2.0 μg/g,然后按照1.2.2和1.2.3的方法進行預處理和儀器分析。

1.2.5 標準物質(zhì)的測定 為了驗證方法的精密性,按照1.2.2和1.2.3的方法,對大蝦成分標準物質(zhì)GBW10050(GSB-28)中9種重金屬(Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Cd和Pb)的濃度進行測定,以考察測定濃度和實際濃度的標準偏差。

1.2.6 健康風險模型 所測定的9種重金屬元素中,Cr和As兩種通過口腔攝入暴露會對人體產(chǎn)生致癌風險[13-14],而其他7種元素目前還沒有相關(guān)研究表明其通過口腔攝入暴露會對人體產(chǎn)生致癌風險,因此本文的致癌風險評估僅針對這兩種元素。

成人消費者通過日常的對蝦攝入暴露對人體的致癌風險由公式(1)計算。

TCR=(CCr×SFCr+CAs×SFAs)

式(1)

式中：TCR是對蝦樣品中Cr和As兩種元素對成人消費者的總致癌風險；CCr和CAs是對蝦中Cr和As的濃度(μg/g);SFCr和SFAs是Cr和As兩種元素致癌斜率因子(day·kg/mg)(表1)[13-14];IR是成人消費者每天的蝦攝入量(1.39 g/day)[6];EF是暴露頻率(365 day/year)[6,11];ED是暴露時間(53 year)[6];CF是轉(zhuǎn)換因子(1);BW是成人的體重(60 kg)[15];AT是平均壽命(70 year)[6,15]。

表1 重金屬元素的RfD和SF值Table 1 Values of RfD and SF of heavy metal elements

在本文所測定的9種重金屬元素中,文獻[13-14]表明9種元素通過口腔攝入暴露都會對人體產(chǎn)生非致癌風險,因此本文的非致癌風險評估針對所測定的9種元素。成人消費者通過日常的對蝦攝入暴露對人體的非致癌風險由公式(2)計算。

式(2)

式中：TNCR是對蝦樣品中9種元素對成人消費者的總非致癌風險；Ci是對蝦中9種金屬元素的濃度(μg/g);RfDi是對蝦中9種金屬元素的非致癌斜率因子(mg/kg/day)(表1)[13-14];IR是成人消費者每天的蝦攝入量(1.39 g/day);EF是暴露頻率(365 day/year);ED是暴露時間(53 year);CF是轉(zhuǎn)換因子(1);BW是成人的體重(60 kg);AT是平均壽命(53 year)[6,14]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究運用WPS和Microsoft Excel進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析,運用蒙特卡洛模型進行健康風險的模型計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 加標回收及精密度實驗

為了驗證微波消解ICP-MS聯(lián)用技術(shù)進行對蝦樣品中重金屬測定的可靠性,本文進行了基質(zhì)加標實驗。實驗選用GBW10050(GSB-28)大蝦成分標準物質(zhì),分別加入三個不同濃度的標準溶液(加標量分別為0.4、1.0和2.0 μg/g)。表2為不同元素的標準曲線和相應的相關(guān)性系數(shù),可以看出9種元素的R2均大于0.999,表明具有較好的線性關(guān)系。不同元素不同加標濃度的測定情況見如表3所示。從表3可以看出,在0.4、1.0和2.0 μg/g的加標水平,9種重金屬元素的加標回收率處于(87.5%±12.2%)～(95.7%±1.8%)之間,表明該方法具有較高的準確性和穩(wěn)定性。

表2 標曲的線性方程和決定系數(shù)(R2)Table 2 Standard curves and coefficients of determination(R2)

表3 標準大蝦樣品GBW10050(GSB-28)中各重金屬元素的加標回收率Table 3 Results of recovery test of each heavy metal element in national reference standard materials of prawns GBW10050(GSB-28)

2.2 標準物質(zhì)的測定

由于樣品基體的復雜性和多樣性,為確保本次方法的準確性和精確度,在選定的條件下分析了大蝦成分標準物質(zhì)GBW10050(GSB-28)中的9種重元素含量,結(jié)果見表4。從表4可以看出,各元素的回收率的變化范圍為87.6%～110%,測定值均在標準值允許誤差范圍[16-17]。

表4 微波消解ICP-MS聯(lián)用對大蝦成分標準物質(zhì)GBW10050(GSB-28)中各重金屬元素的測定結(jié)果(μg/g)Table 4 Analytical results of heavy metal elements in national reference standard materials of prawns GBW10050(GSB-28)(μg/g)

2.3 ?？谑惺蹖ξr中重金屬含量

運用所建立的前處理方式對海口市售對蝦樣品中的9種重金屬進行了檢測,具體結(jié)果見表5?？梢钥闯?9種重金屬元素在所有的對蝦樣品中均有檢出。其中檢出率和檢出濃度最高的為Zn、Cu和Mn這三種常量元素，其檢出率為100%,其他6種元素的檢出率在32.2%～96.4%。檢出濃度最高的為Zn,其濃度為(55.22±41.25) μg/g,其次為Cu(22.3±11.7) μg/g和Mn(8.2±4.4) μg/g,然而Cr、Ni、As、Pb、Cd和Co的檢出濃度較低,均低于1 μg/g。

為保護消費者的健康,我國農(nóng)業(yè)部和衛(wèi)生部針對水產(chǎn)中重金屬的濃度,前后頒布了幾部國家質(zhì)量標準,主要有GB2762-2012《食品安全國家標準食品中污染物限量》、GB/T18406.4-2001《農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全無公害水產(chǎn)品安全要求》、NY5073-2006《無公害食品 水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》以及NY5158-2005《無公害食品淡水蝦》,其對對蝦中各金屬元素的限量值見表5。可以看出,除目前的國家標準缺少所測得的Co、Ni和Zn三種元素外,其他6種元素的含量均低于我國現(xiàn)行的參考標準,初步表明對蝦樣品中重金屬對消費者健康的潛在威脅有限。

表5 海口市售對蝦樣品中重金屬的含量、檢出率和國家限量值Table 5 Concentration,detection rates and corresponding thresholds of heavy metal elements in prawns

目前,國內(nèi)也有研究者對不同區(qū)域?qū)ξr中重金屬的濃度進行了測定。劉麗等[16]測定了湖南對蝦中Pb和Cd的濃度,其濃度分別為0.0347～0.0812 mg/kg和為0.0084～0.0438 mg/kg。與本研究相比,污染水平相當。陳雪昌等[1]浙江海域海捕蝦中甲基汞、As、Pb和Cd的平均濃度分別為0.0315、0.140、0.0425和0.0743 mg/kg,其污染水與本研究相當[1]。張英武等[19]人研究了泉州灣對蝦中6種重金屬(Cu、Cr、Cd、Pb、Hg和As)的濃度,結(jié)果表明其濃度分別為2.66、0.38、0.31、1.31、0.01和0.81 mg/kg。本研究中Cu和Cr的濃度比泉州灣的更高,但是和As的濃度比泉州灣的低很多。有研究表明,蝦蟹貝體內(nèi)污染物的濃度主要與沉積物中污染物的濃度和沉積物中有機碳的含量有關(guān),因此這可能是與蝦類生長環(huán)境中(沉積物)污染物濃度和有機碳濃度的差異有關(guān)[18-19]。

2.4 ?？谑惺蹖ξr樣品中重金屬對消費者的健康風險

為了更深入更好的了解對蝦中重金屬對人群的致癌風險和非致癌風險,本文運用USEPA推薦的健康風險評估模型結(jié)合蒙特卡洛模擬定性定量的評估重金屬對成人消費者的健康風險。

對蝦中Cr和As對消費者的致癌風險見表6和圖1。從表6可以看出對蝦中兩種重金屬對消費者的5%、均值、中值和95%致癌風險分別為4.16×10-6、1.06×10-5、9.05×10-6和2.14×10-5。通常致癌風險小于10-6表明污染物對人群的致癌風險基本可以忽略,當致癌風險處于10-6和10-4之間表明污染物對人群存在潛在的致癌風險,而當致癌風險大于10-4時,表明存在非常大的致癌風險[21-23]。在本研究中,對蝦中兩種重金屬對消費者的總致癌風險大于10-6但是小于10-4,表明存在潛在的風險但尚不嚴重。此外對蝦中9重金屬對消費者非致癌風險分別為2.18×10-2、3.69×10-2、3.43×10-2和6.00×10-2。通常非致癌風險小于1表明污染物對人群不存在明顯的非致癌風險,當非致癌風險大于1時,表明污染物對人群存在嚴重的非致癌風險[24-26]。在本研究中,對蝦中9種重金屬對消費者的5%、均值、中值和95%非致癌風險均遠小于1,表明本文所研究的市售對蝦中的9種重金屬對消費者不存在明顯的非致癌風險。此外,因為本研究的樣品采集量相對較小,對蝦樣品僅采集了一次,且沒有考慮季節(jié)性差異等因素,因此風險評估的結(jié)果會有一定的不確定性。

表6 海口市售對蝦中重金屬對消費的健康風險Table 6 Health risks of heavy metal elements in prawns from Haikou city for consumers

圖1 ?？谑惺蹖ξr中重金屬對消費者的致癌和非致癌風險Fig.1 Cancer and non-cancer risk of heavy metal elements in prawns from Haikou city for consumers注：a:致癌風險；b:非致癌風險。

3 結(jié)論

本文建立一種微波輔助消解ICP-MS方法用于測定對蝦中重金屬的含量并用于評估海南市售對蝦中重金屬的濃度。結(jié)果表明在0.4、1.0和2.0 μg/g的加標水平,9種重金屬元素的加標回收率處于(87.5%±12.2%)～(95.7%±1.8%)之間,表明該方法具有較高的準確性和穩(wěn)定性。在選定的條件下分析了GBW10050(GSB-28)大蝦成分標準物質(zhì)中的9種重元素含量,各元素的回收率的變化范圍為87.6%～110.0%,測定值均在標準值允許誤差范圍。9種重金屬元素在所有的?？谑惺蹖ξr樣品中均有檢出。其中檢出率和檢出濃度最高的為Zn、Cu和Mn這三種常量元素，其檢出率為100%,其他6種元素的檢出率在32.2%～96.4%。對蝦中Cr和As對消費者的5%、均值、中值和95%致癌風險分別為4.16×10-6、1.06×10-5、9.05×10-6和2.14×10-5,表明存在潛在的風險但尚不嚴重。對蝦中9重金屬對消費者的5%、均值、中值和95%非致癌風險均遠小于1,表明本文所研究的市售對蝦中的9種重金屬對消費者不存在明顯的非致癌風險。