茶葉中高氯酸鹽的污染情況及健康風險初步評估

吳 微,馮德建,許 洋,田 偉,管 馳,李懷平,鄒 燕

(中國測試技術研究院,茶葉標準與檢測技術四川省重點實驗室,四川成都 610021)

茶葉是世界上三大傳統飲品之一,因其含有與人體健康密切相關的茶多酚、茶氨酸、茶多糖等活性成分,被世界衛生組織(WHO)和中國預防醫學會列為世界六大天然保健飲料之首[1]。2016年我國出口歐盟的茶葉被曝檢測出高含量“高氯酸鹽”的事件引起了我國對茶產業新型污染物“高氯酸鹽”的廣泛關注,推動了我國對茶葉高氯酸鹽相關研究工作的開展。高氯酸鹽是一種高穩定性、高水溶性、非揮發性的有毒無機物,被廣泛應用于軍事、煙火、皮革加工等領域[2-3]。研究表明長期攝入高劑量高氯酸鹽可干擾甲狀腺素的合成與分泌,從而導致神經損傷、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。歐盟有關組織擬將茶葉中的高氯酸鹽含量強制性標準定為0.75 mg/kg[6-7]。

目前,我國關于茶葉中高氯酸鹽的研究主要集中在檢測分析方法上,包括離子色譜法[8]、離子色譜-串聯質譜法[9]和液相色譜-質譜/質譜法[10-13]等,而對我國不同區域內茶葉中高氯酸鹽的污染報道較少,僅有華永有等[14]對廣東、福州、海南、江西四個地區6種茶類中高氯酸鹽污染情況進行了分析,目前仍尚未有全國茶葉主產區范圍乃至全國范圍內茶葉中高氯酸鹽污染情況的相關報道以及茶葉中高氯酸鹽限量的相關研究。

為此,本文利用前期建立的茶葉中高氯酸鹽的液相色譜-串聯質譜測定方法[12],分析了我國中、東、西部地區15個省份共計279個茶葉樣品中的高氯酸鹽的污染情況，并對其健康風險進行了初步評估,以期為盡快出臺茶葉中高氯酸鹽的限量標準,以及系統開展茶葉中高氯酸鹽污染的來源、積累分布規律、后期凈化等研究提供科學參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市售279個茶葉樣品,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Sigma-Aldrich公司;實驗用水 符合GB/T 6682-2008一級水要求的超純水。

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

Agilent 1260/G 6420型液相色譜-串聯質譜聯用儀(配ESI源) 美國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 上海安亭科學儀器廠;BS211D型電子天平 德國Sartorius公司;Milli-Q型超純水器 美國Millipore公司;DZKW-4型電熱恒溫水浴鍋 北京中興偉業儀器有限公司;XW-80A型漩渦混合器 上海馳唐實業有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 準確稱取約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-串聯質譜聯用儀測定。

1.2.2 液相色譜與質譜條件

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 ℃;進樣量:5 μL,分流比:1∶1。

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

1.2.2.2 質譜條件 離子源:ESI源,負離子模式;掃描方式:多重反應監測(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;監測離子對m/z:98.9→83.0(定量)、101.0→85.0;碎裂電壓:120 V;碰撞能:30 V;掃描時間:300 ms。

1.2.3 健康風險評價 采用US EPA推薦的健康風險評價四步法計算茶葉中的高氯酸鹽通過茶湯攝取途徑所致的個人健康危害風險。

1.3 數據處理

利用Excel和IBM SPSS Statistics V22.0軟件進行數據分析,采用K-S法檢驗樣本是否呈正態分布,采用中位數表述偏態分布數據均值,采用Mann-Whitney檢驗對組間數據進行比較,P<0.05有統計學意義。

2 結果與分析

2.1 各地區茶葉中高氯酸鹽含量檢測結果分析

表3 各地區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-串聯質譜法對全國15個茶葉主產區內茶樣高氯酸鹽進行了檢測,高氯酸鹽標準溶液和代表性茶葉樣品的多反應監測圖如圖1所示,樣品經前處理后,其高氯酸鹽保留時間與標準溶液中高氯酸鹽的保留時間一致,且經文獻[12]方法學驗證結果說明本方法適合茶葉中高氯酸鹽定性定量檢測。采用K-S法檢驗各地區茶葉中高氯酸鹽含量的結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,其余地區茶葉及不同種類茶葉中高氯酸鹽含量均不服從正態分布,且不服從均勻分布,故以中位數結果代表各地區茶葉及各茶類中高氯酸鹽分布均值。在279個茶葉樣品中,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,參考歐盟擬設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率為3.9%。

圖1 標準溶液(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:西部地區高氯酸鹽檢出量顯著低于中東部地區(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%,超標率為0.0%。在西部地區省市中,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%,超標率為0.0%)。中部地區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%,超標率為44.4%)。東部地區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%,超標率為1.5%。雖然東部地區茶葉中高氯酸鹽檢出量最大值高于中部地區,但從整體結果以及超標率分析,中部地區茶葉中高氯酸鹽檢出量顯著高于東部地區(表4,P<0.05)。

表4 各地區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%,超標率為0.0%;根據對不同茶類采樣地分析,結果與地域分析結果基本吻合:來源于云南等西部地區的紅茶和黑茶結果無顯著性差異(表4,P>0.05),來源于福建等東部地區的烏龍茶和白茶結果也無顯著性差異(表4,P>0.05),但來自于西部地區的茶類與東部地區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,包括中部地區所有省份及東西部地區部分省市,故其結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險初步評估

按照美國環境保護署推薦的健康風險評估四步法對茶葉中高氯酸鹽的健康危害進行風險評估[15-16]。由于高氯酸鹽為非致癌化學物質[17],故其產生的健康風險評估是通過計算危害商數(Hazard Quotient,HQ)進行判斷。雖然茶葉為固體物質,但是高氯酸鹽在水中的溶解度較高,此處以100%溶出考慮,按非致癌物質風險系數計算公式進行計算

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表示暴露持續時間,以人從20歲至死亡進行計算,y;BW表示體重,以女性平均體重計,kg;AT表示平均暴露時間,d。

各參數取值見表5,HQ計算結果見表6,根據US EPA風險評價指標可知:中部地區的河南、湖北、湖南三省以及東部地區的廣東省茶葉高氯酸鹽HQ值均大于1,而西部地區茶葉HQ值均小于1。若以HQ值等于1時對應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,高氯酸鹽的浸出率為100%計算得MRL值為1.15 mg/kg。

表5 暴露評價模型參數取值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 結論

檢測的全國中、東、西部地區15個省份共計279個茶葉樣品表明,我國茶葉普遍存在高氯酸鹽污染,但不同地區高氯酸鹽污染情況具有明顯差異。西部地區茶葉高氯酸鹽污染情況較中東部地區輕,中東部地區部分茶葉高氯酸鹽檢出值超過限量(0.75 mg/kg),應引起重視。

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

針對我國茶葉中的高氯酸鹽污染,應盡快更加全面和深入地開展茶葉中高氯酸鹽污染現狀、污染來源、積累分布規律、健康風險等系統性研究,切實保護消費者的身體健康安全,并制定適合我國國情的茶葉中高氯酸鹽限量標準以及出臺消除高氯酸鹽污染的措施辦法,從而破除國外新型綠色貿易技術壁壘對我國茶葉出口的制約,推動我國茶產業高質量發展。