傳統發酵白牦牛酸奶重金屬風險評估

劉 靜，白斌芳，白天麟

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

環境中的重金屬（如鉛、砷、鎘、鉻等）會通過食物鏈的遷移在人體中沉積，給人體健康帶來極大的威脅。美國環保局已在1979年將包括鉛、砷、鎘、鉻等13種元素在內的重金屬及其化合物列入污染物名單，建議對這些能夠對人體健康產生危害的污染物進行重點監控[1]，我國也制定了針對污染物控制的國家標準[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列入其中。隨著人們對重金屬危害意識的不斷增強，近年來，不管是國家食品安全風險評估中心還是研究學者都對各種污染物的危害進行了不同程度的健康風險評估。

風險評估是指對人類在特定時期內暴露于食品中的化學物所產生的可能危害及與生命和健康相關的風險特征進行描述，一般分為四個步驟：危害識別、劑量-反應評估、膳食暴露評估和風險表征[3]。膳食暴露評估一般是根據膳食調查和污染物暴露水平調查的數據進行計算，得到對人體危害的暴露量，從而為風險評估提供可靠的接觸數據或估計值[4]。風險評估一般有兩種方法：一種是單一的點評估；另一種是概率評估。目前，已有學者針對多種食品進行了重金屬風險評估。浦云霞等[5-8]對面制品中鋁、鉛、鎘進行了暴露評估；張文鳳[9]對珠三角地區肉雞組織中的重金屬分布及健康風險進行了研究；孫萬成等[10-11]對不同牧場牦牛乳重金屬進行了暴露水平分析，并對各元素回歸相關性進行了研究；王旭[12]對廣東省蔬菜進行了重金屬風險評估研究；蔣定國[13]對不同食品進行聚類，針對不同的食品研究了鉛和鎘的膳食暴露評估狀況。

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

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

傳統發酵白牦牛酸奶：按照隨機抽樣的原則從天祝地區采集白牦牛酸奶49份，經測定其中有26份樣品Pb、As、Cd和Cr均未檢出，因此，選擇有檢出值的23份樣品進行后續的風險評估。各鄉鎮采樣及對應樣品編號如下：炭山嶺鎮（1#～4#），石門鎮（5#～7#），賽什斯鎮（8#～12#），抓喜秀龍鎮（13#～20#），安遠鎮（21#），松山鎮（22#～23#）；硝酸（優級純）：德國默克集團；混合標準溶液（10.0 mg/L），內標元素儲備液（1 000 mg/L）：中國計量科學研究院。

1.2 儀器與設備

AE200分析天平：美國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譜儀（inductively coupledplasmamassspectrometry，ICP-MS）：德國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用酸純化儀處理過的硝酸，加蓋，設置合適的微波消解條件，放入微波消解系統進行消解，消解結束后冷卻取出，用水反復沖洗消解液并定容至50mL，同時做試劑空白。

1.3.2 標準曲線的繪制

準確吸取含質量濃度10.0 mg/L Pb、As、Cd和Cr的混合標準溶液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用酸純化儀處理過的硝酸，用去離子水定容至刻度，配制成質量濃度為0、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL、30.0 ng/mL、40.0 ng/mL、50.0 ng/mL的混合標準工作液。將混合標準溶液注入電感耦合等離子體質譜儀中，測定待測元素和內標元素的信號響應值，以待測元素的濃度為橫坐標，待測元素與所選內標元素響應信號值的比值為縱坐標，繪制標準曲線。

1.3.3 試樣溶液的測定

將空白溶液和試樣溶液分別注入電感耦合等離子體質譜儀中，測定待測元素和內標元素的信號響應值，根據標準曲線得到消解液中待測元素的濃度，試樣中待測元素的含量按下式計算：

式中：X為試樣中待測元素的含量，mg/kg；C為試樣溶液中待測元素質量濃度，ng/mL；C0為試樣空白液中待測元素質量濃度，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；m為試樣質量，g。

2 結果與分析

2.1 4種元素的標準曲線

4種元素的標準曲線結果如圖1所示。

圖1 4種元素標準曲線Fig.1 Standard curves of 4 kinds of elements

2.2 各元素含量及區間分布

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，且變化趨勢不大；Pb、As元素含量大多集中在較低范圍內，Cd元素含量較多地集中在偏高的區間，而Cr元素含量較多地分布在中位值附近。

2.3 不同地區各元素污染分布比較

由于石門鎮、安遠鎮和松山鎮有檢出值的樣品數量達不到分析污染分布的比例，因此，選擇炭山嶺鎮、賽什斯鎮和抓喜秀龍鎮進行污染分布比較，結果見圖3。

圖2 23份樣品中Pb、As、Cd、Cr元素含量（A）及區間分布（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，三個地區樣品的Pb元素含量差異較大，賽什斯鎮的樣品Pb元素含量范圍較集中，抓喜秀龍鎮的樣品Pb元素出現一個偏離較大的值，炭山嶺鎮和抓喜秀龍鎮樣品Pb元素的中位值基本一致，賽什斯鎮的較低，其值較多的集中在偏低的范圍內；三個地區樣品的As元素含量變化都不大，賽什斯鎮的變化幅度稍大一些，抓喜秀龍鎮樣品的As元素含量較為集中；三個地區樣品的Cd元素變化幅度相對較大，較其他兩個地區而言，炭山嶺鎮樣品的Cd元素含量分布較為集中，抓喜秀龍鎮樣品Cd元素存在一個未檢出值，因此變化幅度較大，與其他地區相比，Cd元素含量偏低；三個地區樣品的Cr元素中位值基本一致，除抓喜秀龍鎮以外，其他兩個鎮的變化幅度較小。

2.4 不同年齡人群重金屬暴露評估

分別對傳統發酵白牦牛酸奶中Pb、As、Cd和Cr元素的暴露量進行非參數概率評估，得到不同人群的單位體質量日暴露量（estimated daily intake，EDI）分布狀況。

2.4.1 暴露評估模型[12]

式中：EDI為每日暴露量，mg/（kg·d）；EFr表示暴露頻率，d/y，采用國際通用做法為365 d/y；ED表示暴露持久性，y，假定我國居民持續暴露時間為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，采用國家通用做法，默認為1；Fm表示變異因子，采用國家通用做法，默認為1；WAB表示人均體質量，kg/person；ATn表示平均無癌癥反應時間，day，假定為72 y×365 d/y。因此，該模型可以簡化為：

2.4.2 不同人群的平均體質量及人均每日奶及其制品的膳食攝入量

根據歐盟的化學污染物暴露評估的人群分組模式[18]，本研究采用表1的分組模式，根據中國居民營養與健康狀況調查報告[19]，得到不同人群的平均體質量及每人每日奶及其制品的消費量。

表1 年齡分組情況及對應的平均體質量、奶及其制品的每日平均消費量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人群，計算不同元素的EDI，結果如圖4所示。

從圖4可以看出，4種重金屬元素對不同人群的暴露趨勢基本一致，無論是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，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 重金屬風險描述

風險描述采用國際上公認的可以量化風險的目標風險系數（target hazard quotient，THQ）法，分別對Pb、As、Cd和Cr的風險進行評估，通過計算得到不同人群重金屬膳食風險商分布狀況。

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 風險描述模型

評估采用目標風險系數法，計算公式[12]如下：

式中：THQ為目標風險系數；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 重金屬膳食攝入風險評估

計算不同元素的THQ，結果如表3所示。

從表3可以看出，各元素的THQ都較小，總體來看，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險評估值Table 3 Dietary intake risk assessment values of each element

2.6 不同種類重金屬危害貢獻率

由于一種重金屬或多種重金屬的暴露可能對同一器官造成疊加的風險[20]，因此，計算不同人群各元素的累加THQ，結果如圖5所示。從圖5可以看出，當不同種類的重金屬同時作用時，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，遠小于1，說明此類發酵酸奶對人體不構成任何危害。從不同重金屬對危害的貢獻來看，貢獻最大的是Cr，其次是As，Pb和Cd的貢獻都較小，且差別不大。

3 結論

檢測49份傳統發酵白牦牛酸奶中的Pb、As、Cd和Cr，結果發現，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利用非概率評估模型評估對人體的暴露量，結果顯示，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，暴露風險在可接受的范圍內，通過比較發現，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，暴露量逐漸降低。