茶葉中高氯酸鹽的污染情況及健康風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)估

吳 微,馮德建,許 洋,田 偉,管 馳,李懷平,鄒 燕

(中國(guó)測(cè)試技術(shù)研究院,茶葉標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610021)

茶葉是世界上三大傳統(tǒng)飲品之一,因其含有與人體健康密切相關(guān)的茶多酚、茶氨酸、茶多糖等活性成分,被世界衛(wèi)生組織(WHO)和中國(guó)預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)列為世界六大天然保健飲料之首[1]。2016年我國(guó)出口歐盟的茶葉被曝檢測(cè)出高含量“高氯酸鹽”的事件引起了我國(guó)對(duì)茶產(chǎn)業(yè)新型污染物“高氯酸鹽”的廣泛關(guān)注,推動(dòng)了我國(guó)對(duì)茶葉高氯酸鹽相關(guān)研究工作的開展。高氯酸鹽是一種高穩(wěn)定性、高水溶性、非揮發(fā)性的有毒無機(jī)物,被廣泛應(yīng)用于軍事、煙火、皮革加工等領(lǐng)域[2-3]。研究表明長(zhǎng)期攝入高劑量高氯酸鹽可干擾甲狀腺素的合成與分泌,從而導(dǎo)致神經(jīng)損傷、甲狀腺功能障礙甚至甲狀腺癌[4-5]。茶樹種植過程中使用的化肥、灌溉用水、工業(yè)廢水或自來水中含氯消毒劑的使用以及包裝材料的遷移都可能成為茶葉中高氯酸鹽污染的來源。歐盟有關(guān)組織擬將茶葉中的高氯酸鹽含量強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)定為0.75 mg/kg[6-7]。

目前,我國(guó)關(guān)于茶葉中高氯酸鹽的研究主要集中在檢測(cè)分析方法上,包括離子色譜法[8]、離子色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法[9]和液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法[10-13]等,而對(duì)我國(guó)不同區(qū)域內(nèi)茶葉中高氯酸鹽的污染報(bào)道較少,僅有華永有等[14]對(duì)廣東、福州、海南、江西四個(gè)地區(qū)6種茶類中高氯酸鹽污染情況進(jìn)行了分析,目前仍尚未有全國(guó)茶葉主產(chǎn)區(qū)范圍乃至全國(guó)范圍內(nèi)茶葉中高氯酸鹽污染情況的相關(guān)報(bào)道以及茶葉中高氯酸鹽限量的相關(guān)研究。

為此,本文利用前期建立的茶葉中高氯酸鹽的液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜測(cè)定方法[12],分析了我國(guó)中、東、西部地區(qū)15個(gè)省份共計(jì)279個(gè)茶葉樣品中的高氯酸鹽的污染情況，并對(duì)其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步評(píng)估,以期為盡快出臺(tái)茶葉中高氯酸鹽的限量標(biāo)準(zhǔn),以及系統(tǒng)開展茶葉中高氯酸鹽污染的來源、積累分布規(guī)律、后期凈化等研究提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售279個(gè)茶葉樣品,具體樣品信息見表1;高氯酸鈉(含量≥99.5%)、乙酸銨 分析純,成都科龍化工試劑廠;甲醇、乙酸、乙腈、甲酸 均為色譜純,美國(guó)Sigma-Aldrich公司;實(shí)驗(yàn)用水 符合GB/T 6682-2008一級(jí)水要求的超純水。

表1 茶葉樣品信息Table 1 Information of tea sample

Agilent 1260/G 6420型液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(配ESI源) 美國(guó)Agilent公司;ProElut C18固相萃取柱(500 mg/6 mL) 天津博納艾杰爾科技有限公司;Anke TGL型高速離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;BS211D型電子天平 德國(guó)Sartorius公司;Milli-Q型超純水器 美國(guó)Millipore公司;DZKW-4型電熱恒溫水浴鍋 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;XW-80A型漩渦混合器 上海馳唐實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品前處理 準(zhǔn)確稱取約5.0000 g(精確到0.0001 g)茶葉樣品于250 mL具塞三角瓶中,加入100 mL超純水,于80 ℃恒溫水浴鍋中浸提10 min,冷卻至室溫后取5 mL浸提液于10000 r/min下離心10 min,取0.5 mL上清液過已經(jīng)2 mL乙腈和2 mL超純水活化過的C18固相萃取柱,棄去流出液,再吸取1 mL上清液過C18固相萃取柱,收集流出液,渦旋振蕩30 s,供液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀測(cè)定。

1.2.2 液相色譜與質(zhì)譜條件

1.2.2.1 色譜條件 色譜柱:Agilent Zorbax Sax色譜柱(4.6×150 mm,5 μm);流動(dòng)相:A為100 mmol/L乙酸銨水溶液,B為甲醇,C為乙腈;梯度洗脫程序見表2;流速:0.7 mL/min;色譜柱溫度:25 ℃;進(jìn)樣量:5 μL,分流比:1∶1。

表2 流動(dòng)相的梯度洗脫程序Table 2 Procedure of gradient elution of mobile phase

1.2.2.2 質(zhì)譜條件 離子源:ESI源,負(fù)離子模式;掃描方式:多重反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM);干燥氣(N2)溫度:350 ℃;霧化氣(N2)壓力:35 psi;干燥氣流速:12.0 L/min;噴霧電壓:3500 V;監(jiān)測(cè)離子對(duì)m/z:98.9→83.0(定量)、101.0→85.0;碎裂電壓:120 V;碰撞能:30 V;掃描時(shí)間:300 ms。

1.2.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 采用US EPA推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)四步法計(jì)算茶葉中的高氯酸鹽通過茶湯攝取途徑所致的個(gè)人健康危害風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel和IBM SPSS Statistics V22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,采用K-S法檢驗(yàn)樣本是否呈正態(tài)分布,采用中位數(shù)表述偏態(tài)分布數(shù)據(jù)均值,采用Mann-Whitney檢驗(yàn)對(duì)組間數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,P<0.05有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 各地區(qū)茶葉中高氯酸鹽含量檢測(cè)結(jié)果分析

表3 各地區(qū)和各種類茶葉高氯酸鹽含量(n=279)Table 3 Results of perchlorate content in kinds of tea in different areas(n=279)

采用高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法對(duì)全國(guó)15個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)內(nèi)茶樣高氯酸鹽進(jìn)行了檢測(cè),高氯酸鹽標(biāo)準(zhǔn)溶液和代表性茶葉樣品的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)圖如圖1所示,樣品經(jīng)前處理后,其高氯酸鹽保留時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)溶液中高氯酸鹽的保留時(shí)間一致,且經(jīng)文獻(xiàn)[12]方法學(xué)驗(yàn)證結(jié)果說明本方法適合茶葉中高氯酸鹽定性定量檢測(cè)。采用K-S法檢驗(yàn)各地區(qū)茶葉中高氯酸鹽含量的結(jié)果及高氯酸鹽含量差異顯著性比較如表3～表4所示。由表3可知,高氯酸鹽含量除湖南、江蘇以及貴州三省份,其余地區(qū)茶葉及不同種類茶葉中高氯酸鹽含量均不服從正態(tài)分布,且不服從均勻分布,故以中位數(shù)結(jié)果代表各地區(qū)茶葉及各茶類中高氯酸鹽分布均值。在279個(gè)茶葉樣品中,高氯酸鹽整體檢出率為98.6%,檢出量范圍為ND～1.6466 mg/kg,中位值為0.1138 mg/kg,參考?xì)W盟擬設(shè)定的茶葉中高氯酸鹽限量值0.75 mg/kg[7],檢出的高氯酸鹽超標(biāo)率為3.9%。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)溶液(A)和G338樣品溶液中高氯酸鹽(B)的MRM圖Fig.1 MRM chromatograms of perchlorate in standard solution(A)and G338 sample solution(B)

從地域分布分析:西部地區(qū)高氯酸鹽檢出量顯著低于中東部地區(qū)(表4,P<0.05),其高氯酸鹽檢出量范圍為ND～0.6243 mg/kg,中位值為0.0675 mg/kg,檢出率為98.0%,超標(biāo)率為0.0%。在西部地區(qū)省市中,以云南省茶葉中高氯酸鹽檢出量最低(檢出量范圍為ND～0.3920 mg/kg,中位值為0.0297 mg/kg,檢出率為95.0%,超標(biāo)率為0.0%)。中部地區(qū)茶葉中高氯酸鹽檢出量范圍為ND～1.5079 mg/kg,中位值為0.2006 mg/kg,檢出率為97.8%,超標(biāo)率為19.6%,且在中部省市中,以湖南省茶葉中高氯酸鹽檢出量最高(檢出量范圍為0.0552～1.5079 mg/kg,中位值為0.3785 mg/kg,檢出率為100.0%,超標(biāo)率為44.4%)。東部地區(qū)茶葉中高氯酸鹽檢出量范圍為0.0109～1.6466 mg/kg,中位值為0.1151 mg/kg,檢出率為100.0%,超標(biāo)率為1.5%。雖然東部地區(qū)茶葉中高氯酸鹽檢出量最大值高于中部地區(qū),但從整體結(jié)果以及超標(biāo)率分析,中部地區(qū)茶葉中高氯酸鹽檢出量顯著高于東部地區(qū)(表4,P<0.05)。

表4 各地區(qū)和各種類茶葉高氯酸鹽含量差異顯著性比較Table 4 Significant differences comparison of kinds of tea in different areas and kinds

從茶類上分析:紅茶中高氯酸鹽檢出量范圍為ND～0.7956 mg/kg,中位值為0.0920 mg/kg,檢出率為98.2%,超標(biāo)率為1.9%;黑茶中高氯酸鹽檢出量范圍為ND～1.5079 mg/kg,中位值為0.0618 mg/kg,檢出率為96.4%,超標(biāo)率為3.6%;綠茶中高氯酸鹽檢出量范圍為0.0163～1.4638 mg/kg,中位值為0.1453 mg/kg,檢出率為100.0%,超標(biāo)率為5.9%;烏龍茶檢出范圍為0.0159～1.6466 mg/kg,中位值為0.0887 mg/kg,檢出率為100.0%,超標(biāo)率為6.8%;白茶中高氯酸鹽檢出量范圍為0.0109～0.4586 mg/kg,中位值為0.1183 mg/kg,檢出率為100.0%,超標(biāo)率為0.0%;根據(jù)對(duì)不同茶類采樣地分析,結(jié)果與地域分析結(jié)果基本吻合:來源于云南等西部地區(qū)的紅茶和黑茶結(jié)果無顯著性差異(表4,P>0.05),來源于福建等東部地區(qū)的烏龍茶和白茶結(jié)果也無顯著性差異(表4,P>0.05),但來自于西部地區(qū)的茶類與東部地區(qū)的茶類之間有顯著性差異(表4,P<0.05);而綠茶采樣范圍較廣,包括中部地區(qū)所有省份及東西部地區(qū)部分省市,故其結(jié)果與其他茶類相比均顯著偏高(表4,P<0.05)。

2.2 茶葉中高氯酸鹽含量健康風(fēng)險(xiǎn)初步評(píng)估

按照美國(guó)環(huán)境保護(hù)署推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估四步法對(duì)茶葉中高氯酸鹽的健康危害進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[15-16]。由于高氯酸鹽為非致癌化學(xué)物質(zhì)[17],故其產(chǎn)生的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是通過計(jì)算危害商數(shù)(Hazard Quotient,HQ)進(jìn)行判斷。雖然茶葉為固體物質(zhì),但是高氯酸鹽在水中的溶解度較高,此處以100%溶出考慮,按非致癌物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算

式中:RfD為高氯酸鹽的參考劑量,mg/kg·d;CW表示茶葉中高氯酸鹽濃度,以不同地區(qū)各自最大檢出量代替,mg/kg;IR表示茶葉的日均攝入量,g/d;EF表示暴露頻率,d/y;ED表示暴露持續(xù)時(shí)間,以人從20歲至死亡進(jìn)行計(jì)算,y;BW表示體重,以女性平均體重計(jì),kg;AT表示平均暴露時(shí)間,d。

各參數(shù)取值見表5,HQ計(jì)算結(jié)果見表6,根據(jù)US EPA風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)可知:中部地區(qū)的河南、湖北、湖南三省以及東部地區(qū)的廣東省茶葉高氯酸鹽HQ值均大于1,而西部地區(qū)茶葉HQ值均小于1。若以HQ值等于1時(shí)對(duì)應(yīng)的茶葉中高氯酸鹽含量值為最大殘留限量(MRL),按照茶葉全部攝入體內(nèi),高氯酸鹽的浸出率為100%計(jì)算得MRL值為1.15 mg/kg。

表5 暴露評(píng)價(jià)模型參數(shù)取值Table 5 Parameter values used in exposure assessment model

表6 茶葉高氯酸鹽HQ值Table 6 HQ values of perchlorate in tea

3 結(jié)論

檢測(cè)的全國(guó)中、東、西部地區(qū)15個(gè)省份共計(jì)279個(gè)茶葉樣品表明,我國(guó)茶葉普遍存在高氯酸鹽污染,但不同地區(qū)高氯酸鹽污染情況具有明顯差異。西部地區(qū)茶葉高氯酸鹽污染情況較中東部地區(qū)輕,中東部地區(qū)部分茶葉高氯酸鹽檢出值超過限量(0.75 mg/kg),應(yīng)引起重視。

從HQ值計(jì)算結(jié)果可知:中部地區(qū)的河南、湖北、湖南三省茶葉以及東部地區(qū)的廣東省茶葉高氯酸鹽均存在健康風(fēng)險(xiǎn),安徽省茶葉HQ值0.90雖然小于1,但接近于1,應(yīng)該引起重視,而西部地區(qū)各省市茶葉均不存在高氯酸鹽健康風(fēng)險(xiǎn),以HQ為1時(shí)茶葉中高氯酸鹽的濃度1.15 mg/kg為最大殘留限量(MRL),其較歐盟擬設(shè)定的強(qiáng)制性限量標(biāo)準(zhǔn)0.75 mg/kg略高,這種殘留量差異由歐盟人群和我國(guó)居民飲茶習(xí)慣以及體型等因素的不同導(dǎo)致的,本文計(jì)算出的1.15 mg/kg為符合我國(guó)居民飲茶習(xí)慣的茶葉高氯酸鹽MRL值。

針對(duì)我國(guó)茶葉中的高氯酸鹽污染,應(yīng)盡快更加全面和深入地開展茶葉中高氯酸鹽污染現(xiàn)狀、污染來源、積累分布規(guī)律、健康風(fēng)險(xiǎn)等系統(tǒng)性研究,切實(shí)保護(hù)消費(fèi)者的身體健康安全,并制定適合我國(guó)國(guó)情的茶葉中高氯酸鹽限量標(biāo)準(zhǔn)以及出臺(tái)消除高氯酸鹽污染的措施辦法,從而破除國(guó)外新型綠色貿(mào)易技術(shù)壁壘對(duì)我國(guó)茶葉出口的制約,推動(dòng)我國(guó)茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。