新疆賽里木湖凹目白鮭中6 種重金屬元素含量分析及食用安全性評價

鄧小蓉，趙志永，宋方圓，雷用東,*，馮 帆，張 建,*，張正紅

（1.新疆農墾科學院農產品加工研究所，新疆 石河子 832000；2.石河子大學食品學院，新疆 石河子 832000；3.新疆農墾科學院 農業部食品質量監督檢驗測試中心，新疆 石河子 832000）

凹目白鮭（Coregonus autumnalis Pallas）屬鮭形目鮭科白鮭屬，為遷棲性溯河產卵冷水性魚類，原分布于俄羅斯北冰洋地帶[1]。1998年引入新疆塞里木湖，成為中國主要產地，賽里木湖水主要來源于山區降水和雪山融雪，水質未受污染，凹目白鮭則完全攝食湖中天然餌料，因而被譽為“魚類中的有機食品”[2]。但隨著中國西部大開發戰略的實施，發展重心由東南部向西北地區傾斜，工業生產產生大量的廢水，包括工業廢水和生活污水，以及農業生產廢水等[3]，環境污染越來越嚴重，賽里木湖或多或少亦受到污染，對特有魚類凹目白鮭的食品安全性評估變得尤為重要。凹目白鮭處于水生食物鏈的上層，以浮游動物為主食，可通過呼吸、體表接觸和攝食等方式富集水體以及泥底的重金屬元素[4]，但重金屬元素在凹目白鮭魚體內蓄積研究鮮見報道，國外研究主要集中于重金屬元素在白鮭魚體內的含量，如Pb、As和Ni等元素在胃、腎、肝臟、表皮和肌肉等組織內的蓄積分布情況研究[5-10]。其中，Ptashynskia等[9]研究顯示Ni在鯡形白鮭腸中的積累量最多，在胃、腎臟、肝臟、鰓、表皮和鱗片的積累量則取決于劑量和污染持續程度。Per-Arne等[10]研究也顯示金屬元素在不同魚體部位積累量不同，其在肌肉中含量最少，在肝臟和鰓中含量是最多的。除不同魚體組織中金屬元素含量不同的研究外，國外研究也在研究受金屬元素污染后白鮭魚的食用安全性評價[6,9,11]。近年來，魚體中所含對人體具有毒性的Pb、Hg和As等重金屬元素的分析檢測評價已引起人們的普遍關注，因此對新疆塞里木湖凹目白鮭的食用安全性評估尤為重要。本實驗對賽里木湖凹目白鮭的肌肉、腸胰腺、皮、鱗、肝的重金屬元素進行研究，并對賽里木湖凹目白鮭的重金屬污染程度和消費風險進行了分析與評估。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

凹目白鮭，同一批次成年魚，平均單尾質量在600 g左右，均采樣于新疆賽里木湖冷水魚養殖基地。

硝酸、雙氧水、硼氫化鉀、氫氧化鉀、硫脲均為優級純。Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni單元素標準溶液美國o2si公司。實驗用水均為二級水和超純水。

1.2 儀器與設備

MARS微波消解儀 美國CEM公司；BHW-09C趕酸爐 上海博通公司；Z-2000原子吸收光譜儀 日本日立公司；AFS-9230原子熒光儀 北京吉天公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理

測定鮮活野生凹目白鮭的體長和體質量，后置入聚乙烯袋中，存放于有冰塊的保溫箱內帶回實驗室。隨即解剖取下肝胰臟、腸、鰓、皮、肌肉組織等，置于聚乙烯封口袋中在-20 ℃冰箱貯藏保存。測量前，取樣品30 g左右研磨至粉碎，放置于常溫處等待檢測。

1.3.2 質量長度的測定[12]

隨機選取10 尾凹目白鮭，逐一對其體長和體質量進行測定，并按照式（1）計算質量長度指數（K值），結果取平均值。

式中：m為魚體質量/g；L為魚體長度/cm。

1.3.3 6 種重金屬元素含量的測定

將解凍的凹目白鮭肝胰臟、腸、鰓、皮、肌肉等組織進行充分研磨，每個魚體組織做3 個平行樣本，密封保存。

Pb、Cr、Cd含量的測定：每個樣品各稱取3 g放置于錐形瓶內，并用25 mL混酸（V（硝酸）∶V（高氯酸）=9∶1），浸泡過夜，再將樣品于電熱板上進行加熱消化，消化液顏色呈無色透明或者淡黃色。冷卻后，將消化液移入50 mL容量瓶，用少量去離子水清洗錐形瓶3 次，合并后用硝酸溶液（1%）定容；每個樣品做3 組平行，進行3 次測定，取平均值。采用石墨爐原子吸收光譜法測定Pb、Cr、Cd元素[13-15]，同時做空白實驗。

As和Hg含量的測定：每個樣品各稱取1 g放置于消解儀內，加入5 mL硝酸浸泡30 min，將安全閥蓋好放入微波消解系統，選取1 200 W（100%功率），升溫時間為5 min，控制溫度在190 ℃，并保持15 min，消解完成后將消解液移入50 mL容量瓶，并用少量二級水清洗內壁3 次，合并后定容。每種樣品做3 組平行，進行3 次測定，取平均值，采用氫化物發生原子熒光光譜法測定As、Hg元素[16-17]，同時做空白實驗。

Ni含量的測定：每種樣品各稱取5 g放置于燒杯中，加入15 mL硝酸，浸泡過夜。先用砂子鋪滿電熱板，再將燒杯放于電熱板上加熱，等樣品發生劇烈反應后，取下冷卻2 min，緩慢加入2 mL過氧化氫后加熱消解。加熱過程中不斷加入過氧化氫和硝酸，待不產生棕色氣體后，加入25 mL去離子水，再加熱煮沸去除多余的硝酸，操作2 次。加熱至溶液剩余1 mL左右時取下冷卻，并移入10 mL容量瓶中，用去離子水清洗燒杯3 次，合并后定容。每種樣品做3 組平行，進行3 次測定，取平均值，采用原子吸收分光光度法測定Ni元素[18]，同時做空白實驗。

1.4 數據處理和分析

1.4.1 污染程度評價

檢測樣品中的重金屬含量，采用Excel和SPSS 17.0統計軟件作雙變量相關性分析，然后通過單因子污染指數法分析和評價6 種重金屬的污染程度。單因子污染指數法[19]通過式（2）表達出不同種重金屬在魚體不同組織中的污染情況：

式中：Pi為單因子污染指數；Ci為某種重金屬含量/（mg/kg）；Si為某種重金屬的評價標準/（mg/kg）。

以GB 2762—2017《食品中污染物限量》所規定的重金屬在食品中的最高限量為標準，Cd元素最高限量為0.1 mg/kg，Pb元素最高限量為0.5 mg/kg，Cr元素最高限量為2.0 mg/kg，As元素最高限量為0.1 mg/kg，Hg元素最高限量為0.5 mg/kg，Ni元素最高限量為0.1 mg/kg[20]。通過計算得出Pi小于0.2時，該樣品中重金屬的含量為健康水平，當0.2≤Pi＜0.6，該樣品即為微污染水平；當0.6≤Pi＜1.0，該樣品為中度污染水平；當Pi＞1.0則該樣品為重度污染水平，即該測定樣品不可被銷售，對人體有重度危害。

1.4.2 健康風險評價方法

美國環保局（United States Environmental Protection Agency，USEPA）提出的目標危險系數（target hazard quotients，THQ）是一種評價人體攝入化學污染物后引起的健康風險評價方法[21]，以人體吸收量與參考量的比值為評判標準，計算見式（3）：

式中：EF為人群暴露頻率（365 d/a）；ED為暴露時間（平均壽命70 a）；FIR為食品攝入率/（g/d）；C為食品中重金屬含量/（mg/kg）；RFD為口服參考劑量/（mg/（kg?d））；WAB為人體平均體質量/kg；TA為非致癌性暴露平均時間（365 d/a×ED）。

當THQ低于1時，可認為無健康風險；當THQ為1或者大于1時，可認為不能排除可能存在的健康風險。

1.4.3 食用安全性評價

聯合國糧食及農業組織/世界衛生組織食品添加劑聯合專家委員會提出的基于暫定每周允許量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）的PTWI方法[21]，同時為每種重金屬標定了安全值域，所測量的數值必須在其區間之內。具體測定每周平均重金屬攝入量的計算公式（4）為：

式中：EWI為每周平均重金屬攝入量/（μg/kg）；FIR為食品攝入率/（g/d）；C為食品中的重金屬含量/（mg/kg）；WAB為人體平均體質量/kg。

2 結果與分析

2.1 賽里木湖凹目白鮭魚體體長質量特征

在魚類學中，質量長度指數（K值）為表示魚類適應環境的生理狀態和營養狀況的綜合指標之一，可以通過該指標判斷魚體的生長狀況和成熟度[22-23]。統計得出賽里木湖野生凹目白鮭的個體平均體長為（24.9±1.0）cm、個體平均體質量（600±23）g，計算得出K值為24.12 g/cm（n=10），稍高于箱式（K值為19.29 g/cm）和池塘（K值為18.50 g/cm）養殖的凹目白鮭[24]，結果與馬燕武等[25]報道的相符（塞里木湖凹目白鮭雌性魚體和雄性魚體K值分別為33.84、21.39 g/cm）。同時，K值被用來評價魚體自身條件狀況，其值大小與魚體身體狀況呈正相關[26]。從K值結果可看出，野生的凹目白鮭生長狀況更好。

2.2 金屬元素在魚體不同組織的含量分布及其相關性分析

2.2.1 金屬元素在魚體不同組織的含量分布特征

表1 不同組織中重金屬的平均含量（x ±s，n=6）Table 1 Average contents of heavy metals in different organs (x± s, n = 6)mg/kg

凹目白鮭魚體對重金屬元素的蓄積情況存在組織特異性，同一組織對不同重金屬元素的蓄積量不相同，不同組織對同類重金屬的蓄積量也不相同。如表1所示，Cd、As、Pb、Hg為凹目白鮭魚體內主要蓄積的4 種重金屬元素，其中Cd、Pb、Cr、Ni的儀器檢出限分別為0.001、0.005、0.005、0.001 mg/kg，樣品數目超過所測總樣品半數（3 組）低于檢出限以未檢出計，各組織檢出的重金屬含量最后取平均值對凹目白鮭各器官重金屬蓄積量進行分析，得出重金屬在凹目白鮭腸胰腺中蓄積量最大，在肌肉組織中蓄積量最少，與Deigweiher[26]和Per[27]等的研究結果一致，肌肉組織和肝臟中的含量差異不顯著，但二者均與皮、腸胰、鰓顯著性差異（P＜0.05）。通過查閱得出賽里木湖水質各項I級，均屬于無污染，具體指標為：As≤0.05 mg/kg、Hg≤0.000 05 mg/kg、Cd≤0.001 mg/kg、Cr≤0.01 mg/kg、Pb≤0.01 mg/kg[26]。

2.2.2 魚體不同部位重金屬Cr、Cd含量與體長、體質量的相關性分析

表2 凹目白鮭對Cr的蓄積效應與其他形態學指標的相關性分析（n=6）Table 2 Correlation analysis of Cr accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)

表3 凹目白鮭對Cd的蓄積效應與其他形態學指標的相關性分析（n=6）Table 3 Correlation analysis of Cd accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)

由表2和表3可知，凹目白鮭體長和體質量兩者對魚體的Cr、Cd蓄積量均為顯著正相關性，對魚體腸胰、肝臟的Cd蓄積量存在一定相關性，而對魚體皮的Cr蓄積量存在一定相關性（P＜0.05），對肌肉的Cr、Cd蓄積量無相關性。

2.2.3 魚體不同部位重金屬Hg、As含量與體長、質量的相關性分析

表4 凹目白鮭對Hg的蓄積效應與其他形態學指標的相關性分析（n=6）Table 4 Correlation analysis of Hg accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)

表5 凹目白鮭對As的蓄積效應與其他形態學指標的相關性分析（n=6）Table 5 Correlation analysis of As accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)

由表4和表5可知，凹目白鮭體長和體質量兩者均對魚體鰓、腸胰、肌肉、皮的As蓄積量存在顯著正相關性；凹目白鮭體長和體質量兩者對肝臟和肌肉的Hg蓄積量存在顯著正相關性。

2.2.4 魚體不同部位重金屬Pb、Ni含量與體長體質量的相關性分析

表6 凹目白鮭對Pb的蓄積效應與其他形態學指標的相關性分析（n=6）Table 6 Correlation analysis of Pb accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)

表7 凹目白鮭對Ni的蓄積效應與其他形態學指標的相關性分析（n=6）Table 7 Correlation analysis of Ni accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)

由表6和表7可知，凹目白鮭體長和體質量兩者對魚體皮、腸胰和肌肉的Pb蓄積量均為顯著正相關性，對魚體器官組織中的Ni蓄積量無相關性。

通過對不同重金屬元素在魚體不同組織的含量分布及其相關性分析，結果得出，Pb、Cd、Hg、As 4 種重金屬元素在賽里木湖凹目白鮭各組織的蓄積量以及其與體長、體質量，均呈顯著正相關性，但Cr、Ni仍舊出現不顯著性的結果，可能是因為魚體作為一個復雜的有機整體，各組織之間的相互關聯性較強，但不同組織和器官的內源性物質存在一定差異，對重金屬元素的親和力不同，此外魚類特殊的生活環境也影響了魚體對重金屬元素的吸收，造成了不同的蓄積效應。

2.3 重金屬元素的污染程度及健康風險評價

2.3.1 污染程度分析

凹目白鮭的不同組織中均可以檢測出各種重金屬元素，為進一步了解污染程度及食用質量，采用單因子污染指數法對魚體組織中的各種金屬元素進行評價。

表8 魚體重金屬污染程度分析Table 8 Heavy metal contamination levels in fish tissues and organs

由表8可知，Cd在凹目白鮭腸中的蓄積量和Pb在表皮中的殘留量達到了微污染水平，而腸中的As達到了中污染水平，且污染物的量均少于國家限定食用性安全含量（Pb＜0.5 mg/kg，Cd＜0.1 mg/kg，As＜0.1 mg/kg）[20]，其他均屬于無污染水平。由此可驗證上一條結論，魚體中的主要重金屬污染殘留在魚的腸胰腺中，表8表明賽里木湖凹目白鮭污染最大的是腸中的As，其次是Cd；以及表皮的Pb。

2.3.2 賽里木湖凹目白鮭中重金屬的健康分析及食用安全性評價

通過查閱USEPA的標準[28]（Hg≤1 mg/kg，As≤0.5 mg/kg，Pb≤0.5 mg/kg，Cd≤0.1 mg/kg，Cr≤2 mg/kg），6 種重金屬的口服參考劑量分別為Pb 3.5 μg/（kg?d）、Cd 1.0 μg/（kg?d）、Hg 0.3 μg/（kg?d）、As 0.6 μg/（kg?d）、Cr 3.0 μg/（kg?d）、Ni 0.5 μg/（kg?d）。由JECFA提出的各類重金屬PTWI[29]，其中Cr為10.0 μg/kg，Cd為7.0 μg/kg，As為15.0 μg/kg，Pb為25.0 μg/kg，Hg為10.0 μg/kg，Ni為3.0 μg/kg。假定新疆居民人均水產品攝入量為30 g/d，人均壽命為70 a，體質量統一按成人體質量為70 kg，人群暴露頻率為365 d/a，非致癌暴露平均時間（365 d/a×70 a）為參數進行評價，基于人類主要食用部分為肌肉組織，因此以肌肉組織中的重金屬含量進行計算。

表9 賽里木湖凹目白鮭魚體重金屬的健康風險及食用安全性評價Table 9 Health risk and safety evaluation of dietary intake of heavy metals through consumption of C. autumnalis from the Sayram Lake

從表9可得出，THQ值均小于1，即可認為食用賽里木湖凹目白鮭無明顯健康風險，且該魚的各組重金屬含量均未超過國家標準所規定的限量值[20]，每周平均重金屬攝入量未超過PTWI的組分，所占PTWI比例0.1%。新疆北疆地區除湖區之外，對魚的食用量相對較少，在湖區地方，同時影響重金屬攝入體內的途徑還有其他食物，比如蔬菜、水果、家禽等，都有可能影響人體內部對重金屬的積累[30]，但通過分析研究這6 種重金屬可知，此地區重金屬含量并不能影響凹目白鮭的食用安全性。

由于無法調查賽里木湖區對凹目白鮭具體的消費情況，所采用的公式中關于魚類的攝入量均參照于新疆整體消費水平，且此種魚類為當地代表魚種，價格較貴，普遍性不如其他魚類，如草魚、鯉魚等，因此對安全性的分析會有一定的差異，相較于實際值或偏大。但食用新疆賽里木湖凹目白鮭對人體無健康風險，且安全性較高。

3 結 論

重金屬元素在新疆塞里木湖凹目白鮭的腸、胰腺分布最多，在肌肉組織分布最少。由于魚體不同組織對重金屬元素的親和力不同，故而魚體對重金屬元素的蓄積量存在一定的組織特異性，不同魚體組織對重金屬元素的蓄積量差異性顯著，各種重金屬的分布不同可同時證明同一器官組織對重金屬的蓄積量也不相同。

通過單因子污染指數法對各金屬元素在魚體組織中的污染狀況進行評價分析，結果表明，賽里木湖凹目白鮭僅Cd在腸中的殘留量，以及Pb在表皮中的殘留量達到了微污染水平，而腸中的As達到了中污染的水平，其他均屬于無污染。利用THQ法和PTWI法對塞里木湖凹目白鮭的可食用部分（肌肉）進行健康風險及食品安全性評價分析，結果得出，食用凹目白鮭的THQ小于1，每周平均重金屬攝入量值未超過PTWI，并且所占的PTWI比例未超過10%，可認為食用新疆賽里木湖凹目白鮭無明顯健康風險，食用安全性較高。