傳統(tǒng)發(fā)酵白牦牛酸奶重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

劉 靜，白斌芳，白天麟

（1.甘肅省食品檢驗(yàn)研究院，甘肅 蘭州 730030；2.甘肅省天祝縣東大灘鄉(xiāng)畜牧站，甘肅 天祝 733215）

環(huán)境中的重金屬（如鉛、砷、鎘、鉻等）會(huì)通過(guò)食物鏈的遷移在人體中沉積，給人體健康帶來(lái)極大的威脅。美國(guó)環(huán)保局已在1979年將包括鉛、砷、鎘、鉻等13種元素在內(nèi)的重金屬及其化合物列入污染物名單，建議對(duì)這些能夠?qū)θ梭w健康產(chǎn)生危害的污染物進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控[1]，我國(guó)也制定了針對(duì)污染物控制的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[2]，將鉛、砷、鎘、鉻等污染物在各種食品中的限量作為控制危害的有效指標(biāo)列入其中。隨著人們對(duì)重金屬危害意識(shí)的不斷增強(qiáng)，近年來(lái)，不管是國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心還是研究學(xué)者都對(duì)各種污染物的危害進(jìn)行了不同程度的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是指對(duì)人類在特定時(shí)期內(nèi)暴露于食品中的化學(xué)物所產(chǎn)生的可能危害及與生命和健康相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)特征進(jìn)行描述，一般分為四個(gè)步驟：危害識(shí)別、劑量-反應(yīng)評(píng)估、膳食暴露評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)表征[3]。膳食暴露評(píng)估一般是根據(jù)膳食調(diào)查和污染物暴露水平調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得到對(duì)人體危害的暴露量，從而為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供可靠的接觸數(shù)據(jù)或估計(jì)值[4]。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一般有兩種方法：一種是單一的點(diǎn)評(píng)估；另一種是概率評(píng)估。目前，已有學(xué)者針對(duì)多種食品進(jìn)行了重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。浦云霞等[5-8]對(duì)面制品中鋁、鉛、鎘進(jìn)行了暴露評(píng)估；張文鳳[9]對(duì)珠三角地區(qū)肉雞組織中的重金屬分布及健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究；孫萬(wàn)成等[10-11]對(duì)不同牧場(chǎng)牦牛乳重金屬進(jìn)行了暴露水平分析，并對(duì)各元素回歸相關(guān)性進(jìn)行了研究；王旭[12]對(duì)廣東省蔬菜進(jìn)行了重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究；蔣定國(guó)[13]對(duì)不同食品進(jìn)行聚類，針對(duì)不同的食品研究了鉛和鎘的膳食暴露評(píng)估狀況。

白牦牛作為天祝地區(qū)特有的生態(tài)資源，常年生活在高寒缺氧的環(huán)境中，正是這種極端環(huán)境造就了白牦牛酸奶微生物資源的多樣性[14]。目前對(duì)白牦牛及其奶產(chǎn)品進(jìn)行重金屬暴露評(píng)估的報(bào)道較少，余群力[15]對(duì)白牦牛環(huán)境及肉奶產(chǎn)品食物鏈危害進(jìn)行了分析，并對(duì)其安全體系進(jìn)行了研究；陳其元[16]對(duì)白牦牛放牧地土壤、牧草、肉奶產(chǎn)品重金屬污染進(jìn)行了研究，而后，又于2007年對(duì)天祝白牦牛牛奶重金屬污染狀況進(jìn)行了分析[17]，然而，關(guān)于白牦牛酸奶重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估鮮有報(bào)道。近年來(lái)，隨著牧民居住環(huán)境的不斷改善，一些久居深山的牧民逐漸搬離了原來(lái)的居住地，轉(zhuǎn)而住進(jìn)了交通方便的人口聚集地，隨著人類活動(dòng)及周圍環(huán)境的不斷影響，使得曾經(jīng)完全依靠傳統(tǒng)手段發(fā)酵的白牦牛酸奶不同程度地受到各種未知因素的影響，因此有必要對(duì)其受重金屬污染程度及對(duì)人體的暴露進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以確定食用安全性，以期為傳統(tǒng)發(fā)酵白牦牛酸奶的市場(chǎng)化奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

傳統(tǒng)發(fā)酵白牦牛酸奶：按照隨機(jī)抽樣的原則從天祝地區(qū)采集白牦牛酸奶49份，經(jīng)測(cè)定其中有26份樣品Pb、As、Cd和Cr均未檢出，因此，選擇有檢出值的23份樣品進(jìn)行后續(xù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)采樣及對(duì)應(yīng)樣品編號(hào)如下：炭山嶺鎮(zhèn)（1#～4#），石門鎮(zhèn)（5#～7#），賽什斯鎮(zhèn)（8#～12#），抓喜秀龍鎮(zhèn)（13#～20#），安遠(yuǎn)鎮(zhèn)（21#），松山鎮(zhèn)（22#～23#）；硝酸（優(yōu)級(jí)純）：德國(guó)默克集團(tuán)；混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（10.0 mg/L），內(nèi)標(biāo)元素儲(chǔ)備液（1 000 mg/L）：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。

1.2 儀器與設(shè)備

AE200分析天平：美國(guó)METTLERTOLEDO公司；DUOPUR1308酸純化儀、Ultra LAVE微波消解儀：意大利Milestone；NexION 300X電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（inductively coupledplasmamassspectrometry，ICP-MS）：德國(guó)PerkinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

稱取混合均勻的樣品0.2～0.5g（精確至0.0001g），加入3.0mL用酸純化儀處理過(guò)的硝酸，加蓋，設(shè)置合適的微波消解條件，放入微波消解系統(tǒng)進(jìn)行消解，消解結(jié)束后冷卻取出，用水反復(fù)沖洗消解液并定容至50mL，同時(shí)做試劑空白。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

準(zhǔn)確吸取含質(zhì)量濃度10.0 mg/L Pb、As、Cd和Cr的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.10 mL、0.20 mL、0.30 mL、0.40 mL、0.50 mL，分別置于100 mL的容量瓶中，加入5.0 mL用酸純化儀處理過(guò)的硝酸，用去離子水定容至刻度，配制成質(zhì)量濃度為0、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL、30.0 ng/mL、40.0 ng/mL、50.0 ng/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液。將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中，測(cè)定待測(cè)元素和內(nèi)標(biāo)元素的信號(hào)響應(yīng)值，以待測(cè)元素的濃度為橫坐標(biāo)，待測(cè)元素與所選內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號(hào)值的比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.3 試樣溶液的測(cè)定

將空白溶液和試樣溶液分別注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中，測(cè)定待測(cè)元素和內(nèi)標(biāo)元素的信號(hào)響應(yīng)值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到消解液中待測(cè)元素的濃度，試樣中待測(cè)元素的含量按下式計(jì)算：

式中：X為試樣中待測(cè)元素的含量，mg/kg；C為試樣溶液中待測(cè)元素質(zhì)量濃度，ng/mL；C0為試樣空白液中待測(cè)元素質(zhì)量濃度，ng/mL；V為試樣消化液定容體積，mL；f為試樣溶液的稀釋倍數(shù)；m為試樣質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線

4種元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果如圖1所示。

圖1 4種元素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curves of 4 kinds of elements

2.2 各元素含量及區(qū)間分布

由圖2可知，23種樣品中Pb元素含量范圍在0.001 08～0.018mg/kg，平均值為0.00385mg/kg，中位值為0.00301mg/kg；As元素含量范圍在0.006 5～0.011 4 mg/kg，平均值為0.008 68 mg/kg，中位值為0.008 44 mg/kg；Cd元素含量范圍在0～0.001 65 mg/kg，平均值為0.001 34 mg/kg，中位值為0.001 42 mg/kg；Cr元素含量范圍在0.186～0.405 mg/kg，平均值為0.276 mg/kg，中位值為0.272 mg/kg。除Pb以外，其他元素的含量范圍變化均較小，且變化趨勢(shì)不大；Pb、As元素含量大多集中在較低范圍內(nèi)，Cd元素含量較多地集中在偏高的區(qū)間，而Cr元素含量較多地分布在中位值附近。

2.3 不同地區(qū)各元素污染分布比較

由于石門鎮(zhèn)、安遠(yuǎn)鎮(zhèn)和松山鎮(zhèn)有檢出值的樣品數(shù)量達(dá)不到分析污染分布的比例，因此，選擇炭山嶺鎮(zhèn)、賽什斯鎮(zhèn)和抓喜秀龍鎮(zhèn)進(jìn)行污染分布比較，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 23份樣品中Pb、As、Cd、Cr元素含量（A）及區(qū)間分布（B）Fig.2 Content(A)and interval distribution(B)of Pb,As,Cd,Cr in 23 samples

圖3 各元素污染分布比較Fig.3 Comparison of pollution distribution of each element

由圖3可以看出，三個(gè)地區(qū)樣品的Pb元素含量差異較大，賽什斯鎮(zhèn)的樣品Pb元素含量范圍較集中，抓喜秀龍鎮(zhèn)的樣品Pb元素出現(xiàn)一個(gè)偏離較大的值，炭山嶺鎮(zhèn)和抓喜秀龍鎮(zhèn)樣品Pb元素的中位值基本一致，賽什斯鎮(zhèn)的較低，其值較多的集中在偏低的范圍內(nèi)；三個(gè)地區(qū)樣品的As元素含量變化都不大，賽什斯鎮(zhèn)的變化幅度稍大一些，抓喜秀龍鎮(zhèn)樣品的As元素含量較為集中；三個(gè)地區(qū)樣品的Cd元素變化幅度相對(duì)較大，較其他兩個(gè)地區(qū)而言，炭山嶺鎮(zhèn)樣品的Cd元素含量分布較為集中，抓喜秀龍鎮(zhèn)樣品Cd元素存在一個(gè)未檢出值，因此變化幅度較大，與其他地區(qū)相比，Cd元素含量偏低；三個(gè)地區(qū)樣品的Cr元素中位值基本一致，除抓喜秀龍鎮(zhèn)以外，其他兩個(gè)鎮(zhèn)的變化幅度較小。

2.4 不同年齡人群重金屬暴露評(píng)估

分別對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵白牦牛酸奶中Pb、As、Cd和Cr元素的暴露量進(jìn)行非參數(shù)概率評(píng)估，得到不同人群的單位體質(zhì)量日暴露量（estimated daily intake，EDI）分布狀況。

2.4.1 暴露評(píng)估模型[12]

式中：EDI為每日暴露量，mg/（kg·d）；EFr表示暴露頻率，d/y，采用國(guó)際通用做法為365 d/y；ED表示暴露持久性，y，假定我國(guó)居民持續(xù)暴露時(shí)間為72 y；FIR表示人均每日奶及其制品的膳食攝入量，g/（day·person）；C表示重金屬含量，mg/kg；FP表示加工因子，采用國(guó)家通用做法，默認(rèn)為1；Fm表示變異因子，采用國(guó)家通用做法，默認(rèn)為1；WAB表示人均體質(zhì)量，kg/person；ATn表示平均無(wú)癌癥反應(yīng)時(shí)間，day，假定為72 y×365 d/y。因此，該模型可以簡(jiǎn)化為：

2.4.2 不同人群的平均體質(zhì)量及人均每日奶及其制品的膳食攝入量

根據(jù)歐盟的化學(xué)污染物暴露評(píng)估的人群分組模式[18]，本研究采用表1的分組模式，根據(jù)中國(guó)居民營(yíng)養(yǎng)與健康狀況調(diào)查報(bào)告[19]，得到不同人群的平均體質(zhì)量及每人每日奶及其制品的消費(fèi)量。

表1 年齡分組情況及對(duì)應(yīng)的平均體質(zhì)量、奶及其制品的每日平均消費(fèi)量Table 1 Age grouping situation and corresponding average weight,daily consumption of milk and its products

2.4.3 不同年齡人群重金屬暴露量

選擇以上幾種典型的目標(biāo)人群，計(jì)算不同元素的EDI，結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，4種重金屬元素對(duì)不同人群的暴露趨勢(shì)基本一致，無(wú)論是10歲以下的兒童還是11歲以上的男性和女性，隨著年齡的增長(zhǎng)，暴露量逐漸降低，年齡越大暴露量越低，且兒童普遍高于成人，女性的暴露量較男性的高。

2.5 重金屬風(fēng)險(xiǎn)描述

風(fēng)險(xiǎn)描述采用國(guó)際上公認(rèn)的可以量化風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（target hazard quotient，THQ）法，分別對(duì)Pb、As、Cd和Cr的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)計(jì)算得到不同人群重金屬膳食風(fēng)險(xiǎn)商分布狀況。

圖4 不同人群各元素的暴露量Fig.4 Exposure of each element in different populations

2.5.1 風(fēng)險(xiǎn)描述模型

評(píng)估采用目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)法，計(jì)算公式[12]如下：

式中：THQ為目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)；RfD表示每日參考劑量，mg/（kg·d）；EFr、ED、FIR、C、FP、Fm、WAB、ATn代表的含義同上。因此，該模型可以簡(jiǎn)化為：

2.5.2 每日參考劑量

本研究的4種重金屬每日參考劑量取值[12]如表2所示。

表2 4種重金屬每日參考劑量Table 2 Daily reference dose of 4 kinds of heavy metals

2.5.3 重金屬膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

計(jì)算不同元素的THQ，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，各元素的THQ都較小，總體來(lái)看，都是10歲以下兒童的較大，各元素的THQ大小依次為Cr＞As＞Cd＞Pb。

表3 各元素的膳食攝入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值Table 3 Dietary intake risk assessment values of each element

2.6 不同種類重金屬危害貢獻(xiàn)率

由于一種重金屬或多種重金屬的暴露可能對(duì)同一器官造成疊加的風(fēng)險(xiǎn)[20]，因此，計(jì)算不同人群各元素的累加THQ，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出，當(dāng)不同種類的重金屬同時(shí)作用時(shí)，1～3歲兒童的累加THQ最高，為0.13，其他人群的累加THQ都較小，遠(yuǎn)小于1，說(shuō)明此類發(fā)酵酸奶對(duì)人體不構(gòu)成任何危害。從不同重金屬對(duì)危害的貢獻(xiàn)來(lái)看，貢獻(xiàn)最大的是Cr，其次是As，Pb和Cd的貢獻(xiàn)都較小，且差別不大。

3 結(jié)論

檢測(cè)49份傳統(tǒng)發(fā)酵白牦牛酸奶中的Pb、As、Cd和Cr，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，有26份樣品四種元素均未檢出，考察另外23份樣品中Pb、As、Cd和Cr利用非概率評(píng)估模型評(píng)估對(duì)人體的暴露量，結(jié)果顯示，1～3歲兒童的累加THQ最高，為0.13，其他人群的累加THQ都較小，各元素的THQ大小依次為Cr＞As＞Cd＞Pb，暴露風(fēng)險(xiǎn)在可接受的范圍內(nèi)，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，兒童的暴露量普遍高于成人，女性的暴露量較男性的高，且隨著年齡的增長(zhǎng)，暴露量逐漸降低。