烤肉中多環(huán)芳烴的污染情況和健康風(fēng)險評價

譚順中,程 燕,陽文武,黎昌權(quán),姜登軍,伍 蓉

(重慶市萬州食品藥品檢驗所,重慶 404000)

多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一類芳香族化合物及其衍生物,它們通過兩個或兩個以上苯環(huán)和稠環(huán)連接在一起,在環(huán)境、食品及生物體內(nèi)普遍存在[1-2]。一些不健康的食品加工方式,如油炸、燒烤等過程,是食品中PAHs產(chǎn)生的主要原因。其中,烤肉是指把肉類食品直接在火上進(jìn)行烹調(diào),燒烤時,肉類食品與燃燒物直接接觸,極高的燃燒溫度使烤肉中的有機物受熱分解,經(jīng)過環(huán)化和聚合等過程生成多種PAHs,導(dǎo)致烤肉中 PAHs 的含量顯著增加[3]。

目前,已有較多的文獻(xiàn)報道了關(guān)于PAHs的檢測方法的研究,而關(guān)于PAHs污染情況的文獻(xiàn)報道也集中在水、大氣、食用油等方面,對烤肉中PAHs的污染狀況卻鮮有報道[7]。因此,本研究采用高效液相色譜法對45批烤肉樣品中美國環(huán)保局優(yōu)控的15種PAHs[1]進(jìn)行含量測定,分析烤肉中PAHs的組成特征和毒性分布規(guī)律。近年來,國際上對致癌有害物質(zhì)引起的人類健康風(fēng)險評估進(jìn)行了大量研究[8-9],本研究嘗試采用主流的致癌風(fēng)險系數(shù)法來評價烤肉中PAHs對人體的致癌風(fēng)險,以終身致癌風(fēng)險作為評價指標(biāo),對攝入燒烤的社會人群進(jìn)行健康風(fēng)險評價,以期為評估食品中PAHs的污染狀況提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

樣品來源:在重慶市萬州區(qū)、梁平縣、忠縣、巫山縣等多個區(qū)縣均進(jìn)行采樣,采樣點主要是燒烤攤、烤肉店鋪等,采樣對象主要為各種肉類燒烤制品,包括雞、鴨、牛、羊、豬及其烤肉類制品和烤魚,采樣點共28個,每個采樣點采樣1～5批次,共計采樣45批次。

1260 Infinity高效液相色譜儀(配有多波長熒光FLD檢測器) 美國Agilent;MS 3 digital渦旋混合器 德國IKA;TurboVAP LV氮吹儀 瑞典Biotage;KQ5200DV型數(shù)控超聲波清洗器 中國舒羨公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備 標(biāo)準(zhǔn)儲備液:精密量取上述15種PAHs混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(200 μg/mL)0.5 mL,用乙腈定容至100 mL,配制成1000 ng/mL PAHs標(biāo)準(zhǔn)中間液,分別吸取PAHs標(biāo)準(zhǔn)中間液0.10、0.50、1.0、2.0、5.0 mL,用乙腈定容至100 mL,得到質(zhì)量濃度為1、5、10、20、50 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列[10]。

1.2.2 樣品前處理 取樣品約500 g,將其可食部分先切碎,經(jīng)均質(zhì)器充分?jǐn)嚢杈鶆颉７Q取5 g(精確至0.001 g)均質(zhì)后樣品于50 mL離心管中,加入10 mL正己烷,渦旋振蕩15 s后,放入40 ℃超聲水浴20 min;6500 r/min離心5 min,取上清液于30 mL離心管中,再加入10 mL正己烷重復(fù)提取一次。合并兩次上清液,待凈化。加入5 mL二氯甲烷活化MIP-PAHs PAHs專用SPE小柱(1 g,10 mL),再加入5 mL正己烷平衡。將離心管中的待凈化液上到小柱上,再加入2 mL正己烷潤洗離心管,也上到小柱上。準(zhǔn)確加入6 mL正己烷淋洗小柱,并棄去流出液,再加入10 mL二氯甲烷洗脫并收集洗脫液,將洗脫液于30 ℃水浴中用氮氣緩緩吹至近干,輕輕搖晃至干,加1 mL乙腈定容,超聲30 s,渦旋混合20 s,過0.22 μm PTFE濾膜[11]。

1.2.3 色譜條件 Waters PAH C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)。流動相:A為乙腈,B為超純水,梯度洗脫:0.0～5.0 min,50% A;5.0～35.0 min,50%～100% A;35.0～43.0 min,100% A;43.0～49.0 min,100%～50% A;49.0～55.0 min,50% A;流速為1.2 mL/min。柱溫為30 ℃。進(jìn)樣量為20 μL。多波長熒光(FLD)檢測器:該程序用于定時控制熒光檢測波長變化,測定15種PAHs,見表1。

表1 PAHs熒光檢測程序Table 1 PAHs fluorescence detection procedure

1.2.4 健康風(fēng)險評價 由于PAHs的化學(xué)結(jié)構(gòu)是由幾個苯環(huán)連接而成,因此具有相似的致癌反應(yīng)機理,把15種PAHs的質(zhì)量濃度根據(jù)毒性換算系數(shù)換算為一種PAHs的質(zhì)量濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)比較,相對更加系統(tǒng)和科學(xué)。根據(jù)Nisbet等[12]于1992年通過毒理試驗得到的研究成果,以苯并[α]芘(BaP)為標(biāo)準(zhǔn)參考物,其毒性當(dāng)量因子(Toxic equivalency factors,TEF)為1,其他PAHs的TEF值詳見表2,用下列計算公式計算出烤肉中其他14種PAHs相當(dāng)于BaP的毒性當(dāng)量(毒性等效濃度)TEQBaP,計算公式為:

表2 15種PAHs的TEF值Table 2 TEF values for 15 kinds of PAHs

式(1)

式中:TEQBaP,PAHs換算為BaP的毒性當(dāng)量,ng/kg;Ci,第i個PAHs的質(zhì)量濃度,μg/kg;TEFi,第i個PAHs對應(yīng)的TEF值,無量綱;1000,單位換算。

本研究采用美國環(huán)保局(USA EPA)推薦的終生致癌風(fēng)險(Incremental lifetime cancer risk,ILCR)為度量指標(biāo),即一定時間內(nèi)(這里指終生)人體攝入一定劑量的致癌物而引起的癌癥發(fā)生率,來評價烤肉中PAHs對人體的致癌風(fēng)險[13-15]。計算公式為:

式(2)

式中:DR為每天的烤肉攝入量,kg/d;CSF為苯并[α]芘的致癌斜率系數(shù),kg·d/mg;EF為暴露頻率,d/a;ED為暴露年數(shù),a;BW 為體重,kg;AT平均暴露時間,d;106,單位換算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

實驗所得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel(2010 Plus版)進(jìn)行處理和計算,包括每種PAHs的總量和均值,15種PAHs的TEQBaP。數(shù)據(jù)分析和繪圖軟件采用Excel內(nèi)置軟件。統(tǒng)計學(xué)分析方法采用指標(biāo)對比分析和預(yù)測分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 烤肉中PAHs的污染情況

2.1.1 45批烤肉中15種PAHs的含量測定 45批烤肉類樣品中15種PAHs的含量測定結(jié)果見表3。由表3可知,45批樣品中15種PAHs均有檢出,從含量水平上看,其中芘的污染程度最高,平均含量為5.59 μg/kg,二苯并[α,h]蒽的污染程度最低,平均含量為0.24 μg/kg;從平均毒性水平上看,含量最低的二苯并[α,h]蒽的毒性水平最高,TEQBaP(AVG)達(dá)到了1200.00 ng/kg,其次是苯并[α]芘,TEQBaP(AVG)為1110.00 ng/kg,芴的毒性水平最低,TEQBaP僅為1.52 ng/kg;從TEQB(a)P(MAX)來看,毒性水平最大的同樣是二苯并[α,h]蒽,TEQBaP(MAX)更是達(dá)到了10500.00 ng/kg,其次是苯并[α]芘,TEQBaP(MAX)達(dá)7900.00 ng/kg。綜上所述,在45批烤肉中所含有的15種多環(huán)芳烴里,雖然二苯并[α,h]蒽和苯并[α]芘的含量不高,但是其毒性水平是最高的。

表3 45批烤肉中15種PAHs的含量和基于BaP的毒性當(dāng)量Table 3 Results of 15 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbons in 45 batches of barbecue and the toxicity equivalent of BaP

由表4和圖1A可知,45批烤肉中二環(huán)到六環(huán)芳烴的平均含量分別為5.53 μg/kg(13%),16.29 μg/kg(38%)、15.5 μg/kg 6(36%)、3.25 μg/kg(8%)、2.42 μg/kg(6%)。其中萘、芘、蒽、苊、熒蒽為PAHs中的優(yōu)勢組分,含量總和超過50%。因此,從含量上來看,烤肉中PAHs的組成以二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)芳烴為主,五、六環(huán)芳烴較少。

表4 15種PAHs中的不同環(huán)類的平均含量和平均毒性當(dāng)量Table 4 Average and average toxicity equivalent of different rings in 15 kind of PAHs

結(jié)合圖1A和B來看,雖然二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)、六環(huán)的PAHs總量是五環(huán)PAHs總量的13.3倍,但是五環(huán)PAHs的TEQBaP是其他PAHs的TEQBaP總量的4.3倍,主要原因在于五環(huán)PAHs的TEFs(毒性當(dāng)量因子)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他PAHs,潛在的致癌風(fēng)險遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他PAHs。

圖1 烤肉中PAHs組成特征和毒性分布對比Fig.1 Comparison of PAHs composition characteristics and toxicity distribution in barbecue注:A:烤肉中PAHs組成特征圖;B:基于表4的PAHs的毒性當(dāng)量TEQBaP分布圖。

2.1.3 樣品風(fēng)險分析 我國國標(biāo)GB 2762-2017規(guī)定的限量值為5.0 μg/kg,歐盟NO 835/2011的限量值2.0 μg/kg。由表3可知,45批樣品中,苯并[α]芘的含量均值為1.11 μg/kg,低于我國國標(biāo)和歐盟的限值。但是從單批次來看,按照我國國標(biāo)GB 2762-2017相關(guān)規(guī)定,45批樣品中有3批樣品苯并[α]芘結(jié)果值大于5.0 μg/kg,最大值為7.9 μg/kg,樣品不合格率為6.67%;按照歐盟NO 835/2011的相關(guān)規(guī)定,45批樣品中檢出8批樣品苯并[α]芘結(jié)果值大于2.0 μg/kg,苯并[α]芘不合格率為17.78%。

我國和歐盟對于烤肉中的苯并[α]芘的限量差距有五倍之多,可能與東西方國家的膳食結(jié)構(gòu)差異有關(guān);通過對世界三大膳食結(jié)構(gòu)的比較,僅肉禽類一項而言,西方國家的人均日攝入量是東方國家的近五倍之多[16],這較為合理地說明了我國和歐盟對于烤肉中苯并[a]芘的限量差異。除了監(jiān)控苯并[α]芘之外,歐盟同時也監(jiān)控了4種PAHs,這比我國僅監(jiān)控的1種PAHs的監(jiān)控范圍更廣;通過上文的分析,在15種PAHs中,這4種PAHs的毒性含量占比比苯并[α]芘更高,也更具有代表性。

2.2 健康風(fēng)險評價模型

燒烤食品由于其高溫烹調(diào)的加工方式會產(chǎn)生PAHs等多種致癌物質(zhì)[17]。根據(jù)原國家食品藥品監(jiān)督管理總局官方印發(fā)的《食品安全風(fēng)險解析》一書中表示,大量頻繁地攝入燒烤食品對人體健康具有潛在危害[18]。根據(jù)姜清雯等[19]的調(diào)查研究表明,吃燒烤的頻率與患高血壓和脂肪肝等疾病有相關(guān)性,但也只是從結(jié)果數(shù)據(jù)的導(dǎo)向表明,缺乏實驗數(shù)據(jù)的理論支撐。本研究把社會人群攝入燒烤的平均頻率與每年暴露天數(shù)(EF)聯(lián)系起來,作為研究對象,采用美國環(huán)保局(USA EPA)推薦的健康風(fēng)險評價模型來粗略地定量評價定期攝入燒烤頻率對于社會人群終生患癌的風(fēng)險。根據(jù)公式計算終生致癌風(fēng)險系數(shù)ILCR。

通過對重慶市各區(qū)縣共28個采樣點的烤肉店鋪老板和燒烤攤主的調(diào)查情況顯示,根據(jù)統(tǒng)計的烤肉總銷售量和客流量,可以大致推算出人均每次消費7兩(350 g)烤肉。因此,本研究將本地區(qū)每日烤肉攝入量(DR)定為350 g,即0.350 kg/d。考慮到烤肉中15種PAHs的含量差異,TEQBaP采取總體數(shù)據(jù)的平均值3076.92 ng/kg。

表5 關(guān)于社會人群攝入燒烤的平均頻率的致癌風(fēng)險健康評價模型Table 5 Cancer risk health assessment model for average frequency of consumption of barbecue in social population

其他參數(shù)選用美國環(huán)保局的推薦值[20]:CSF 為苯并[α]芘的致癌斜率系數(shù),取7.3 kg·d/mg;ED為暴露年數(shù),對于致癌物取70 a;BW為體重,取70 kg;AT平均暴露時間,對于致癌取70 a(25550 d);106,單位換算;EF為暴露頻率,作為為考察對象。

進(jìn)而可以得到終生致癌系數(shù)(ILCR)對于暴露頻率(EF)的函數(shù)公式:

ILCR=3.07692×10-7EF

參照美國環(huán)保局對ILCR提出的介于10-6～10-4的潛在致癌風(fēng)險的區(qū)間;根據(jù)ILCR的數(shù)值,致癌風(fēng)險分為三類,即ILCR小于10-6時,致癌風(fēng)險可以忽略;當(dāng)ILCR大于10-6而小于10-4之間時,具有潛在的致癌風(fēng)險;ILCR大于10-4時,具有不可接受的致癌風(fēng)險[15,20-21]。模擬社會人群攝入燒烤的平均頻率,由此平均頻率得出攝入燒烤食品的終生致癌風(fēng)險系數(shù)以及所在的風(fēng)險區(qū)間。詳細(xì)的健康評價結(jié)果見表3。

由表3可知,社會人群患癌的風(fēng)險隨著攝入燒烤頻率的增加而增加。平均每天一次攝入燒烤,ILCR已經(jīng)大于1.0×10-4,具有較高的致癌風(fēng)險,對人體的健康風(fēng)險影響較大,需引起重視。平均每三月1次至平均每周4次攝入燒烤,ILCR處于1.23×10-6～8.86×10-5的區(qū)間,具有潛在的致癌風(fēng)險,對人體健康依然有不可忽視的致癌風(fēng)險。而平均半年一次或攝入頻率更少,ILCR小于1.0×10-6,對人體的致癌風(fēng)險可以忽略,理論上對人體沒有傷害。

3 結(jié)論

烤肉中15種PAHs組成特征和毒性分布情況表示,PAHs含量組成以二環(huán)、三環(huán)、四環(huán)芳烴為主(87%);而毒性分布(TEQBaP)方面,以五環(huán)PAHs毒性含量最高(81%),潛在致癌風(fēng)險最高。依據(jù)我國國標(biāo)和歐盟的相關(guān)規(guī)定對45批烤肉樣品的風(fēng)險進(jìn)行了初步分析,有3批樣品的苯并(a)芘超出我國標(biāo)準(zhǔn)的限值規(guī)定。而按照歐盟的相關(guān)規(guī)定,則有11批樣品超過標(biāo)準(zhǔn)限量。我國關(guān)于食品中PAHs的監(jiān)測范圍相對更窄。因此,有必要加強我國食品中PAHs相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定工作,進(jìn)一步完善PAHs的檢測方法和判定依據(jù),使之更科學(xué)、更實際,在保護(hù)人們身體健康中發(fā)揮更大的作用[22]。

本研究以終身致癌風(fēng)險作為評價指標(biāo),進(jìn)行了健康風(fēng)險評價。由社會人群攝入燒烤頻率的評價致癌風(fēng)險的模型可得到終身致癌風(fēng)險系數(shù)(ILCR)和攝入頻率(EF)的函數(shù)關(guān)系:ILCR=3.07692×10-7EF,大量頻繁地攝入烤肉會帶來一定的致癌風(fēng)險,影響人體健康;而低頻率的攝入燒烤食品,比如一年內(nèi)三到四次,燒烤食品帶來的致癌風(fēng)險可忽略不計。