11種四省市售淡水魚肌肉中重金屬含量特征與污染狀況評價

吳 迪 張龍飛 王夢圓 葉洪麗 田良良 史永富，

（1上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所∕水產(chǎn)品質(zhì)量安全與加工研究室，上海 200090）

我國淡水資源遼闊，淡水產(chǎn)品種類繁多且養(yǎng)殖歷史悠久。據(jù)2021《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》表明［1］，2020年全國淡水產(chǎn)品產(chǎn)量約為3 234萬噸，同比去年增長1.15%。淡水養(yǎng)殖在2015—2020年全國漁業(yè)產(chǎn)值中總量呈總體上升趨勢，且占比為全國漁業(yè)產(chǎn)值最大，在我國漁業(yè)經(jīng)濟上起著支柱性的作用。淡水魚類在我國居民膳食結(jié)構(gòu)中扮演著重要的角色，而其食用安全問題也日益成為人們關(guān)注的焦點［2］。據(jù)相關(guān)報道，水產(chǎn)品消費是人類暴露于重金屬環(huán)境的主要途徑之一［3］。蓄積在魚類等生物體中的重金屬難以通過體內(nèi)循環(huán)排出體外，而且可通過食物鏈傳遞至人體，達到一定程度后會危害人體健康［4］。因此，淡水魚類中重金屬污染狀況是值得關(guān)注的水產(chǎn)品安全問題之一。

重金屬具有高毒性、生物蓄積性和難降解性，即使其含量未超過食品安全限量標準，也被視為影響消費者身體健康的風(fēng)險隱患之一，所以水產(chǎn)品中重金屬污染問題是食品安全和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究重點之一［5-7］。淡水魚類在國外消費量較小，因此國外研究的水產(chǎn)品重金屬問題多集中在甲殼類和海洋肉食性魚類中［8-10］，對于淡水魚類中重金屬污染狀況以及不同重金屬元素的污染程度缺少全面的分析和評價。國內(nèi)淡水魚養(yǎng)殖面積廣且消費量大，在針對淡水魚類重金屬污染狀況方面開展了相關(guān)研究，如在北京市［11］、福建省［12］、浙江省［13］、東北三省［14］以及珠江三角洲［15］等地區(qū)，研究人員對當(dāng)?shù)厥惺鄣~開展了抽樣調(diào)查。據(jù)2021《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》［1］，湖北省、廣東省和黑龍江省是我國淡水魚類養(yǎng)殖主要生產(chǎn)地區(qū)，河南省人口眾多，是我國淡水魚類主要消費地區(qū)之一，但目前關(guān)于四省市售淡水魚類肌肉中重金屬污染特征及其污染狀況評價研究尚鮮有報道。本研究對該四省11個市縣（區(qū)）開展了11種常見市售淡水魚類的抽樣調(diào)查，通過分析鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb） 6種重金屬（含類金屬As）含量特征并進行污染狀況評價，旨在探明本地區(qū)淡水魚類肌肉中重金屬的污染狀況，為相關(guān)部門了解本地區(qū)淡水養(yǎng)殖環(huán)境以及開展水產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與樣品采集

本研究于2021年9月至10月在四省11個市縣區(qū)的批發(fā)市場、農(nóng)貿(mào)市場和超市等地，采集草魚、鳙魚、鱸魚和烏鱧等11種常見市售淡水魚類共計133份樣本作為重金屬污染的試驗材料，此11種淡水魚也是我國主要淡水養(yǎng)殖魚類。采集后立即放入聚乙烯袋中，轉(zhuǎn)移至放有冰塊的保存箱中帶回實驗室，去鱗皮后取肌肉部分，并轉(zhuǎn)移至-20 ℃冰柜，備用。本試驗在中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所水產(chǎn)品質(zhì)量安全與加工研究室實驗平臺開展樣品前處理及測試分析。各地采樣信息見表1。

表1 淡水魚樣品信息表Table 1 The information lists of freshwater fish samples

1.2 試劑與標準溶液

1.2.1 試劑 硝酸（分析純），美國J.T.Baker公司；鹽酸（優(yōu)級純）、氫氧化鈉（優(yōu)級純）、硼氫化鈉（分析純），國藥集團化學(xué)試劑上海有限公司；磷酸氫二銨（優(yōu)級純），天津光復(fù)精細化工研究所。

1.2.2 標準溶液 多元素混合標準溶液（10 μg·mL-1）、7種元素內(nèi)標溶液（10 μg·mL-1），美國Agilent公司；亞砷酸根（GB208666）和砷酸根（GBW08667）標準溶液的質(zhì)量濃度值及不確定度分別為（75.7±1.2） mg·kg-1、（17.5±0.4） mg·kg-1，以砷計。

1.3 儀器與設(shè)備

Agient-7500電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國安捷倫公司；AFS-922原子熒光光度計、SAP-2形態(tài)分析預(yù)處理裝置，北京吉天儀器有限公司；SG-8016A數(shù)顯水浴恒溫振蕩器，上海碩光電子科技有限公司；16RXⅡ高速冷凍離心機，日本Hitachi CF公司；HETO Power Dry LL 1500冷凍干燥機，美國Thermo公司；Ethos 1∕A微波消解儀，意大利Milestone公司；HP-H35SC電加熱板，北京盛達杰森自動化設(shè)備有限公司；Milli-Q超純水機，美國Millipore公司；DHG-9145A電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。試驗所用離心管和聚四氟乙烯消解罐均用35%的硝酸浸泡48 h后，用超純水完全沖洗干凈烘干后備用。

1.4 試驗方法

1.4.1 6種重金屬元素總量的測定 鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）6種重金屬元素的前處理和測定參照《GB 5009.268-2016食品安全國家標準 食品中多元素的測定》［16］，采用第一法微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法進行檢測：稱取2 g（精確到0.001 g）勻漿樣品于微波消解內(nèi)罐中，加入5 mL硝酸，加蓋放置過夜，旋緊罐蓋，按照微波消解儀標準操作步驟進行消解（微波消解程序參數(shù)設(shè)定見表2）。冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在控溫電熱板上，于100℃加熱30 min后定容至25 mL，混勻待上機檢測，同時做空白試驗。

表2 微波消解程序Table 2 Procedure of microwave digestion

1.4.2 標準曲線 按照標準配制Cr、Cu、As、Cd、Hg和Pb 6種重金屬混合標準系列，其質(zhì)量濃度梯度為0.1、0.2、0.5、1、2、5 ng·mL-1，同時設(shè)置試劑空白。根據(jù)各儀器的參考條件進行測定，各元素的標準曲線均具有良好的線性相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)（r2）≥0.999 8，試劑空白中目標元素的含量均遠低于方法檢出限和儀器檢出限。

1.4.3 無機砷的測定 無機砷的測定參照《GB 5009.11-2014食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》［17］，稱樣量為2 g（精確到0.001 g），最終定容體積為20 mL，采用第一法液相色譜-原子熒光光譜法檢測。配制As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的混合標準溶液，濃度分別為0、5、10、20、30、50和100 ng·mL-1，采用保留時間進行定性，分別以As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的濃度為橫坐標，以峰面積為縱坐標，繪制標準曲線。待測樣品溶液中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的加和即為總無機砷含量。

1.4.4 質(zhì)量控制 6種重金屬元素總量的測定過程中以大蝦組織（干粉）標準物質(zhì)（GBW10050，中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所）作為質(zhì)控樣品，每20個淡水魚類樣品作為一批，均測定3個平行質(zhì)控樣品，對檢測過程進行隨行質(zhì)量控制（包括精密度試驗、重復(fù)性試驗及準確度試驗）。對無機砷的測定試驗過程中同時以草魚樣品進行加標回收率試驗，As（Ⅲ）和As（Ⅴ）加標量依次為6、8、10 ng·mL-1，且每個濃度設(shè)置3個平行樣，以保證檢測結(jié)果的準確度。

1.5 重金屬污染狀況評價方法

1.5.1 單因子污染指數(shù)法 水產(chǎn)品中重金屬的單因子污染指數(shù)（Pi）用于評價水產(chǎn)品中單項重金屬污染［18］。計算公式為：

式中，Ci為水產(chǎn)品重金屬元素i測定值的均值，mg·kg-1；Si為 水 產(chǎn) 品 重 金 屬 元 素i的 限 量 標 準 值，mg·kg-1。評價標準值參照《GB 2762-2017食品安全國家標準 食品中污染物限量》［19］。

評價標準：Pi<0.2為正常背景值水平；0.2≤Pi<0.6為輕污染水平；0.6≤Pi<1.0為中污染水平；Pi≥1.0為重污染水平。

1.5.2 內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法 采用內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)法評價淡水魚樣品中重金屬污染狀況［20］。該方法能夠反映各重金屬元素的整體污染狀況，并突出高濃度重金屬對魚肉品質(zhì)的影響，計算公式為：

式中，P表示重金屬綜合污染指數(shù)；Pi表示重金屬元素i的單因子污染指數(shù)；Pimax表示Pi最大值；Ci為水產(chǎn)品重金屬元素i測定值的均值，mg·kg-1；Si為水產(chǎn)品重金屬元素i的限量標準值，mg·kg-1。

評價標準：P≤0.6為安全級；0.65.0為重度污染級。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 24.0和Microsoft Excel 2019軟件進行數(shù)據(jù)分析處理，采用Origin 2019軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)量控制結(jié)果

2.1.1 標準物質(zhì)測定結(jié)果 由表3可知，大蝦（干粉）標準物質(zhì)中6種重金屬元素測定值均在標準范圍之內(nèi)，且相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）<10%，表明本試驗檢測結(jié)果準確度良好，為測定淡水魚肌肉樣品中6種重金屬含量提供了較為可靠的質(zhì)量控制數(shù)據(jù)。

表3 大蝦（干粉）標準物質(zhì)測定結(jié)果Table 3 The detection results of certified reference materials

2.1.2 加標回收率測定結(jié)果 準確稱取多份平行樣品，在3個濃度梯度下進行加標回收率試驗，添加As（Ⅲ）和As（Ⅴ）標準溶液，定容至20 mL，使終濃度分別為6、8、10 ng·mL-1，并通過測定結(jié)果計算其回收率，結(jié)果表明（表4），在本次測定無機砷試驗中，加標回收率在92%～97%之間。

表4 加標回收率測定結(jié)果Table 4 Results of spiked recoveries

2.2 樣品測定結(jié)果與分析

11種四省市售淡水魚肌肉中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）6種重金屬元素的含量見表5。所測重金屬元素含量均值范圍分別為Cr （0.000～0.016 mg·kg-1）、Cu（0.159～0.638 mg·kg-1）、As（0.011～0.464 mg·kg-1）、Cd（ND～0.006 mg·kg-1）、Hg（0.003～0.040 mg·kg-1）、Pb （ND～0.023 mg·kg-1）。在這6種所測元素中，Cr含量均較低，平均為0.010 mg·kg-1，Cu含量最高，平均為0.386 mg·kg-1。淡水鱸魚中As含量最高，高達0.738 mg·kg-1，草魚中As含量較低，最低含量為0.001 mg·kg-1。Cd在本次試驗樣品中含量大多為未檢出，表明Cd在魚類中蓄積量較小。Hg和Pb平均含量分別為0.018和0.006 mg·kg-1。

表5 四省市售淡水魚肌肉樣品中重金屬含量Table 5 Heavy metal concentrations in muscle samples of different freshwater fish species in four provinces /（wet weight， mg·kg-1）

由圖1可知，不同重金屬元素含量差異較大。Cu在檢測樣品中含量較高，這是由于Cu為魚類必需元素，參與魚體的新陳代謝過程，更易被魚體主動吸收。Cu、Cr、Cd、Hg和Pb含量在11種淡水魚類中均處于正常范圍，而淡水鱸魚和烏鱧中的As含量顯著高于其他淡水魚類（P<0.05），其總砷含量均值分別為0.464和0.285 mg·kg-1。根據(jù)《GB 2762-2017食品安全國家標準 食品中污染物限量》［19］，采用液相色譜-原子熒光光譜法分析總砷含量超過0.1 mg·kg-1的樣本中無機砷的含量，結(jié)果顯示，淡水鱸魚和烏鱧中無機砷含量均低于方法檢出限，表明淡水鱸魚和烏鱧肌肉中的砷形態(tài)多為有機砷。

圖1 11種市售淡水魚肌肉樣品中重金屬含量（濕重）Fig 1 Heavy metal concentrations in muscle samples of different freshwater fish in four provinces （wet weight）

2.3 重金屬污染狀況評價結(jié)果

根據(jù)《GB 2762—2017食品安全國家標準 食品中污染物限量》［19］，標準值分別設(shè)定為Cr： 2 mg·kg-1；Cu： 50 mg·kg-1；Cd： 0.1 mg·kg-1；Pb： 0.5 mg·kg-1；Hg： 0.5 mg·kg-1，該標準未對總砷的限量值進行規(guī)定，僅規(guī)定了無機砷限量值（0.1 mg·kg-1），因此本研究采用無機砷限量值對As的污染狀況進行評價。按照單因子污染指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)兩種評價方法對11種四省市售淡水魚類肌肉中Cr、Cu、Cd、Hg、Pb和無機砷進行全面的污染狀況評價，評價結(jié)果見表6。

表6 11種淡水魚肌肉中重金屬污染指數(shù)評價Table 6 Evaluation of heavy metal pollution index in muscle of 11 freshwater fish species

根據(jù)2.2檢測結(jié)果，淡水鱸魚和烏鱧中砷的主要形態(tài)為有機砷形態(tài)。由于有機砷形態(tài)多為低毒或無毒［21］，因此本研究采用無機砷限量標準值對As的污染狀況進行評價。對于總砷含量超過0.1 mg·kg-1的淡水鱸魚和烏鱧，其無機砷的含量均為未檢出，同時其他9類淡水魚類肌肉中總砷含量均未超過0.1 mg·kg-1，且其無機砷也為未檢出，表明本次抽樣調(diào)查樣品均未受到無機砷的污染，所測淡水魚類受As的污染狀況處于安全級水平。通過單因子污染評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，11種市售淡水魚類肌肉中重金屬污染狀況均處于正常水平。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)評價結(jié)果也進一步表明四省市售淡水魚類受重金屬污染風(fēng)險較低。

諸多研究表明，重金屬在生物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律和其毒性的相關(guān)性，并非由重金屬的總含量所決定，而是取決于其存在形態(tài)的性質(zhì)［22］。若僅通過測定砷的總量并以此作為其污染狀況評價的標準會缺少科學(xué)合理性，導(dǎo)致不能準確地評價水產(chǎn)品中重金屬的真實污染水平。在水產(chǎn)品重金屬污染狀況評價方面，目前對水產(chǎn)品中重金屬具體形態(tài)尚未有明確的限量標準［23］，因此應(yīng)重視水產(chǎn)品中重金屬形態(tài)異質(zhì)性的研究，結(jié)合重金屬綜合污染指數(shù)評價方法進行污染狀況評價，并以此為依據(jù)進一步開展水產(chǎn)品中重金屬膳食風(fēng)險評估。

3 討論

在11種市售淡水魚類中，淡水鱸魚和烏鱧在As的蓄積上與其他淡水魚類存在顯著差異（P<0.05），其總砷含量均值分別為0.464和0.285 mg·kg-1，淡水鱸魚總砷含量最高達0.738 mg·kg-1，烏鱧總砷含量最高達0.628 mg·kg-1，這與謝文平等［24］的研究結(jié)果一致。由于養(yǎng)殖環(huán)境、生存環(huán)境、食性（草食性、雜食性、肉食性）及魚齡差異等因素，重金屬的累積程度也呈現(xiàn)出差異性。據(jù)Pourang［25］的報道，導(dǎo)致不同魚類肌肉中重金屬含量存在差異的主要因素為食性、生長速率、環(huán)境溫度、水質(zhì)硬度和鹽度、年齡、性別以及金屬元素間的相互作用等。淡水鱸魚和烏鱧屬于肉食性魚類，通過食物鏈的傳遞As會進一步蓄積在其體內(nèi)，因此造成淡水鱸魚和烏鱧中As含量與其他淡水魚種類之間差異性的主要因素可能是食性不同。同時本研究對樣品來源以及數(shù)據(jù)結(jié)果進行比較分析，推測造成該差異的原因也可能與喂養(yǎng)飼料等投入品、水體、底泥等養(yǎng)殖環(huán)境相關(guān)，并且不同種類魚體內(nèi)的基因表達導(dǎo)致對某種重金屬的特異性富集能力也不同，而具有此特異性富集某種重金屬能力的魚類可能與其體內(nèi)的某種蛋白質(zhì)或其他易與重金屬結(jié)合的物質(zhì)相關(guān)［26］，因此需要開展進一步相關(guān)試驗探索不同種類魚體對某種重金屬特異性富集的機理問題。

本研究結(jié)果表明，盡管淡水鱸魚和烏鱧的總砷含量均超過0.1 mg·kg-1，但進一步檢測結(jié)果發(fā)現(xiàn)其無機砷含量均處于較低水平。據(jù)報道，As的毒性主要以無機砷形態(tài)引起［27］，因此淡水鱸魚和烏鱧受As的污染較小。有研究報道，在人類攝取的常見水生生物體內(nèi)，As主要以有機形態(tài)存在，無機砷的占比極低，通常低于總砷的1%～4%［28］。另外，國際食品法典委員會（Codex Alimentarius Commission， CAC）和 歐 盟（European Union， EU）以及美國、韓國和日本目前均未規(guī)定淡水魚類中砷和無機砷的限量標準值，澳大利亞規(guī)定淡水魚類（濕重）無機砷限定值為2.0 mg·kg-1［29］，這與我國所規(guī)定的限量標準值0.1 mg·kg-1相差20倍，造成這種差異之處是否由于在砷限量標準制定上缺少更多基礎(chǔ)研究值得分析探討，同時也需要進一步研究來完善我國水產(chǎn)品標準中As的限量值。

4 結(jié)論

本研究對湖北、廣東、河南和黑龍江四省市售的11種淡水魚類中6種重金屬污染狀況開展抽樣調(diào)查，結(jié)果表明僅淡水鱸魚和烏鱧中總砷含量超過0.1 mg·kg-1，顯著高于其他種類淡水魚，但無機砷均為未檢出，表明本次調(diào)查研究的淡水魚類受重金屬污染的風(fēng)險較低，同時也表明本次研究對象中無機砷在總砷含量中占比較低，這為開展水產(chǎn)品中重金屬污染狀況評價研究提供了參考。關(guān)于淡水魚類中不同As形態(tài)化合物的占比問題及毒性效應(yīng)等方面還需進一步深入研究。