湛江市養殖墨西哥灣扇貝中14 種微量元素的分布特征及其膳食暴露評估

方昕 黃和 周雪巍

摘要：為闡明湛江市養殖墨西哥灣扇貝中14種微量元素的含量及分布特征，并進行膳食暴露風險評估，采用電感耦合等離子體質譜法（inductively coupled plasma mass spectrometry， ICP-MS）測定了6個養殖區域扇貝全部軟體部分、性腺、外套膜、消化腺、閉殼肌、鰓和海水中14種微量元素的含量，通過目標危害系數（targethazard quotient，THQ）評估有害微量元素潛在的膳食暴露風險。結果表明，全部樣品中14種微量元素均有檢出，含量由高到低依次為Mn>Fe>Zn>Sr>As>Cd>V>Cu>Co>Ba>Pb>Cr>Ni>Ga，并且表現出區域差異性。微量元素主要分布在扇貝的性腺、消化腺和鰓中，養殖區域海水中與扇貝中Cd的含量變化趨勢相同，扇貝體內的微量元素含量存在季節性差異。扇貝中As與Cd含量間呈極顯著正相關（P<0.01），可能對人體有害微量元素的復合目標危害系數（total target hazard quotient， TTHQ）值為0.208（<1）。綜上，扇貝體內微量元素分布具有組織特異性，其中As與Cd可能具有相同的污染源，并且Cd的蓄積受養殖環境的影響，食用墨西哥灣扇貝不存在有害微量元素暴露風險，不會引起健康風險。研究結果為扇貝中有害元素膳食暴露風險評估提供科學數據。

關鍵詞：墨西哥灣扇貝；微量元素；可能有害元素；分布；膳食暴露doi：10.13304/j.nykjdb.2022.0475

中圖分類號：S944.4+3 文獻標志碼：A 文章編號：10080864（2023）01022311

貝類因其味道鮮美，深受消費者喜愛，且富含蛋白質、脂質、碳水化合物和礦物質[1]。貝類能夠提供多種微量元素，如鋅（Zn）、鐵（Fe）、錳（Mn）、鉻（Cr）、硒（Se）、銅（Cu）、釩（V）、鎳（Ni）、鈷（Co）等[2]。這些微量元素參與機體的多種生理活動及物質能量代謝。其中，Fe是血紅蛋白的重要組成部分，參與氧的運輸；Zn在基因表達、細胞生長以及免疫方面具有重要的作用，是人體生長和發育必不可少的元素；Cu是血紅蛋白形成的激活劑，參與超氧化物歧化酶的形成并且對機體有解毒作用。貝類體內的微量元素含量受養殖環境的影響[3]。Zhang等[4]發現，廣東沿海地區近幾年甲殼類生物中Cu、Zn含量呈下降趨勢，認為這與廣東省和珠三角地區有效的污染控制措施有關。海洋環境發生污染后，重金屬在海洋中不會被降解，易被水生生物富集[5]。人類通過食用貝類攝入重金屬，可能引起健康風險。Liu等[6]發現，深圳8種貝類中鎘（Cd）、砷（As）和鉛（Pb）的目標危害系數（target hazard quotient， THQ）均大于1，說明食用該地區的貝類存在健康風險。Barbosa等[7]報道，巴西7個沿岸地點的4種貝類中As和Cr的水平均超過巴西國家衛生監督局規定的人類食用允許量（As為1.0 mg·kg-1，Cr為0.1 mg·kg-1）。此外，不同季節貝類中As含量不盡相同，與雨季相比海洋生物在干燥的季節As 積累更多；與溫暖的季節相比，海洋生物在寒冷季節As積累更多[8]。

為了延長扇貝的保質期，干扇貝在市場上尤為常見，脫水后的干貝風味獨特、易于保存。Wen等[9]通過基因測序鑒別廣州和湛江干貨市場上60 多種商業化的干貝產品，發現占比最高（56.7%）的為養殖的海灣扇貝（A. irradians）。墨西哥灣扇貝（Argopecten irradians concentricus）作為海灣扇貝的一個南方地理亞種，因其肉質鮮嫩、生長速度快、鮮肉柱率高、存活率高而被引進，自1991年首次引入我國后，至今已經歷30多年，其研究和推廣養殖已取得豐碩成果，養殖面積超過6 600 hm2，經濟效益和社會效益顯著[10]。湛江市墨西哥灣扇貝秋季投苗（投苗期為10 月中旬至11月中旬），冬季為中培期，春季為養成期，夏季為收獲期。近年來，針對墨西哥灣扇貝生產性能[11]、養殖技術[12]以及環境對墨西哥灣扇貝存活狀態[13]方面的研究報道較多，但作為食品營養指標的微量元素含量和分布，以及有害元素的污染狀況未見報道。因此，本文對湛江市養殖的墨西哥灣扇貝全部軟體部分（去殼后的部分）及不同組織（性腺、外套膜、消化腺、閉殼肌和鰓）中微量元素含量進行分析，比較不同養殖區域墨西哥灣扇貝中元素含量的差異，闡明養殖環境對墨西哥灣扇貝體內微量元素含量的影響，分析墨西哥灣扇貝體內不同微量元素的分布特征，探究扇貝體內微量元素的蓄積特點，為扇貝中有害元素膳食暴露風險評估提供科學數據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2021年4—5月（T1，養成期）采集墨西哥灣扇貝和海水樣品，采樣區域（圖1）分別為S1 （20.09°N、110.31°E）、S2 （20.16°N、110.2°E）、S3 （20.27°N、109.55°E）、S4 （20.34°N、109.49°E）、S5 （21.92°N、110.02°E）和S6 （21.8°N、110.17°E）。每個養殖區域分別采集墨西哥灣扇貝100顆，同時使用采水器采集該區域扇貝養殖相同深度的海水。另外在2021年12月（T2，中培期）和2022年7月（T3，收獲期）各采集S4區域墨西哥灣扇貝100顆進行養殖季節扇貝體內微量元素比較。采集的扇貝樣品使用泡沫箱保存，海水保存在聚乙烯塑料桶內，采樣結束后，樣品立即低溫運回實驗室。

1.2 試劑與儀器

試驗所用試劑均為優級純。試驗用超純水均為Milli-Q超純水儀（Millipore，美國）制備。硝酸（HNO3，65%，Merck，德國）和過氧化氫（H2O2，廣州化學試劑廠）用于消解樣品。多元素標準儲備液（GSB 04-1767-2004）購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心（北京），用于配置標準曲線。國家標準物質扇貝（GBW10024）購自中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所（北京）。電感耦合等離子體質譜儀（inductivelycoupled plasma mass spectrometry， ICP-MS）（7500cx，Agilent，美國）用于樣品中微量元素測定，樣品消解采用multiwave PRO 微波消解儀（Anton Paar，奧地利），冷凍干燥機（LICHEN，中國）用于樣品制備。所有試驗用玻璃器皿均在20%硝酸中浸泡24 h以上，使用前用超純水反復沖洗干凈。

1.3 樣品前處理

1.3.1 樣品制備 扇貝樣品運送回實驗室后，用超純水將貝類外殼沖洗干凈，用刷子去除表面污垢，用陶瓷剪刀將扇貝去殼分離組織。分別取扇貝全部軟體部分、性腺、外套膜、消化腺、閉殼肌和鰓，分別置于聚乙烯塑料袋中，-20 ℃保存。樣品冷凍干燥后，研磨成均勻粉末，-20 ℃保存，待測。海水樣品運回實驗室后，立即用抽濾罐進行抽濾，然后加入1% HNO3進行酸化，4 ℃保存。

1.3.2 樣品消解 稱取0.100 0 g樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入6.0 mL HNO3和0.6 mL H2O2，蓋好彈片并旋緊微波消解罐外蓋，于微波消解儀中進行消解。消解程序為：① 升溫10 min，至120 ℃，保持5 min；②升溫5 min，至150 ℃，保持5 min；③升溫8 min，至180 ℃，保持20 min；④降溫20 min，至70 ℃。消解液通過趕酸儀180 ℃趕酸1 h，待消解液冷卻至室溫后，用超純水轉移并定容至50 mL，置于4 ℃保存，待測。試劑空白和標準參考物質采用同樣的方法進行消解，每個樣品、空白及標準物質均進行2個平行處理。

1.4 樣品中14 種微量元素含量的測定

配制100 μg·mL-1 的 Cu、Zn、Cd、Pb、Cr、As、Ni、Ba、V、Co、Fe、Mn、Ga、Sr標準溶液中間液，用2% 硝酸逐級稀釋配制成0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、200.0 μg·L-1的工作曲線。所有微量元素采用ICP-MS測定，每個樣品重復測定3次。ICP-MS儀器參數參考Xie等[14]的方法。海水在測定前使用0.22 μm（Millipore，美國）濾膜過濾。

1.5 膳食暴露評估

采用目標危害系數（target hazard quotient，THQ）[15]評估貝類單一可能對人體有害元素對人體健康產生的風險；對貝類中多種可能對人體有害元素的綜合風險評估，采用復合目標危害系數（total target hazard quotient， TTHQ），即對所有THQ值求和。計算公式如下。

式中，EFr是膳食暴露頻率（365 d·年-1）；ED是膳食暴露持續時間（70年）；Wshellfish是每日貝類消費量（成人20 g·d-1）；C是貝類中重金屬的含量（mg·kg-1）；RfD為參考攝入劑量，Pb、Cd、Cr、As分別為0.003 57、0.001 00、0.003 00和0.000 30 mg·kg-1·d-1[16]；BW是平均體重（成人60 kg）；ATn是致癌物的平均暴露時間，ATn=EFr × ED；THQi是第i 個元素的目標危害系數。

1.6 數據分析

采用Microsoft Excel 2007分析數據整理和試驗結果，采用JMP Pro 16.0統計分析軟件進行單因素方差分析Tukeys檢驗，P<0.05表示存在顯著差異，Pearson相關性分析采用SPSS 17.0進行，分析結果圖采用Qrigin 2019繪制。

2 結果與分析

2.1 墨西哥灣扇貝和海水中微量元素含量分析

2.1.1 墨西哥灣扇貝全部軟體部分中微量元素含量 墨西哥灣扇貝全部軟體部分中14種微量元素含量（以干物質計）如表1 所示。所有樣品中14種微量元素均有檢出，樣品中各微量元素平均含量從高到低依次為：Mn > Fe > Zn > Sr > As >Cd > V > Cu > Co > Ba > Pb > Cr > Ni > Ga。根據微量元素在人體中作用不同，可將這些微量元素分為人體必需微量元素（Mn、Fe、Zn、V、Cu、Co、Ni）、可能對人體有害微量元素（Cd、As、Pb、Cr）和其他微量元素（Ba、Ga、Sr）。墨西哥灣扇貝中必需微量元素Mn（1 411.32～3 620.82 mg·kg-1）、Fe（411.77～1 535.89 mg·kg-1）和Zn（143.84～401.91 mg·kg-1）的含量遠高于其他微量元素，并且不同養殖區域扇貝全部軟體部分中人體必需微量元素含量存在差異。S6養殖區域的Zn和Mn含量顯著高于其他區域（P<0.05），S3養殖區域中的V含量顯著高于其他區域（P<0.05），可能是由于養殖水域的環境影響了墨西哥灣扇貝體內微量元素的含量。可能對人體有害微量元素中As和Cd含量較高，平均值分別為11.84和10.24 mg·kg-1，并且表現出區域差異，S6養殖區中的As和Cd含量均顯著高于其他區域（P<0.05），表明墨西哥灣扇貝具有更強地富集As和Cd的能力。3種其他微量元素中Sr的平均含量最高，其次為Ba和Ga。其中，S6養殖區Sr含量顯著高于其他區域（P<0.05）。研究表明，雖然Sr不是人體必需微量元素并且沒有已知的生物學作用，但是Sr可以同鈣一樣被人體吸收并優先分配到骨骼中[17]，因此只要攝入量適當，Sr可以對人體產生有益的影響。

2.1.2 海水中微量元素含量 湛江市6個墨西哥灣扇貝養殖區域的海水中微量元素含量（表2）從高到低依次為：Ba>Zn>V>As>Fe>Mn>Ni>Cu>Cr>Co>Cd>Pb。養殖區域海水和墨西哥灣扇貝中Cd含量的最高值和最低值均分別出現在S6和S1區域。養殖區域海水和扇貝中Co含量的最高值都出現在S3區域。本研究發現，養殖區域海水中Pb和Cu的含量很低，然而在扇貝中Pb和Cu含量卻相對較高，可能是由于貝類中Cu、Pb的含量更多受生物動力學參數的影響。

2.2 不同元素在墨西哥灣扇貝中的分布特征

2.2.1 同一微量元素在扇貝5種組織中的分布特征 湛江市養殖的墨西哥灣扇貝中14種微量元素在性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中的分布特征見圖2，鰓中Mn、Zn 的含量最高， 分別為4 823.05和497.95 mg·kg-1，外套膜中Mn的含量最低，為374.09 mg·kg-1。Fe在不同組織中含量依次為性腺>消化腺>鰓>外套膜>閉殼肌，含量在86.29～5 307.00 mg·kg-1之間，其中，性腺顯著高于其他組織（P<0.05）。消化腺中Cu的平均值最高，鰓中Co的平均值最高，Ni和V的最高平均值均在性腺組織。除了Mn之外，Fe、Zn、Cu、Co、Ni和V在閉殼肌中含量最低。As和Cd在消化腺中的含量最高，平均值分別為22.80和51.61 mg·kg-1，顯著高于其他組織（P<0.05），扇貝不同組織中As和Cd的分布趨勢一致，依次為消化腺>鰓>性腺>外套膜>閉殼肌。Pb和Cr在扇貝組織中的分布趨勢一致，性腺中的含量最高（12.08 和10.70 mg·kg-1），然后依次為鰓>消化腺>外套膜>閉殼肌，性腺組織中Cr的平均含量顯著高于其他組織，Pb的平均含量顯著高于除鰓以外的其他組織（P<0.05）。與其他組織相比，扇貝性腺組織中Ba和Ga的含量最高，而鰓中Sr的含量最高，顯著高于其他組織（P<0.05）。綜上所述，墨西哥灣扇貝不同組織中的微量元素水平具有組織特異性，在性腺、消化腺和鰓中含量較高，而在閉殼肌和外套膜中含量較低。

2.2.2 不同組織中14 種微量元素的分布特征 湛江市養殖的墨西哥灣扇貝性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中的14 種微量元素分布特征見圖3。在性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中，人體必需微量元素的含量由高到低依次為Mn>Fe>Zn>V>Cu>Co>Ni。各組織中人體必需微量元素分布趨勢與全部軟體部分一致。外套膜、閉殼肌、鰓和性腺中As的含量顯著高于Cd、Pb、Cr（P<0.05）。

性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中As的平均含量在5.9 ～ 22.8 mg·kg-1之間。消化腺中Cd的含量顯著高于As、Pb、Cr（P < 0.05），性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中Cd的平均含量在0.60 ～ 51.61mg·kg-1 之間。鰓中As、Cd、Pb、Cr的分布趨勢與全部軟體部分保持一致。性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中Ba、Sr、Ga的分布趨勢一致，由高到低依次為Sr > Ba > Ga。性腺、消化腺、鰓、閉殼肌和外套膜中Sr的含量顯著高于Ba、Ga（P < 0.05）。結果表明，同一組織中不同微量元素的分布具有顯著差異，但同時也發現不同組織之間存在相似的分布規律。

2.3 不同養殖季節扇貝體內的微量元素比較

本研究采集的墨西哥灣扇貝分別處在養成期（T1）、中培期（T2）和收獲期（T3），T1處于春季，T2處于冬季，T3處于夏季。由表4可知，不同季節采集的墨西哥灣扇貝樣品體內的微量元素含量存在差異。在T1養殖時期采集的扇貝體內人體必需微量元素V 含量顯著高于T2、T3 養殖時期（P<0.05），T3養殖時期采集的扇貝體內的人體必需微量元素Zn 含量顯著高于T1 和T2 養殖時期（P<0.05）。扇貝體內可能對人體有害的微量元素Pb和Cr在T1養殖時期顯著高于T2和T3養殖時期（P<0.05）。其他微量元素Ba和Ga在T1養殖時期顯著高于T2和T3養殖時期（P<0.05）。墨西哥灣扇貝春季養成期（T1）V、Pb、Cr、Ba和Ga的含量相對偏高，可能是由于該時期貝類正處于快速增長階段，微量元素受到生長參數的影響較大。

2.4 可能對人體有害微量元素間的相關性分析

Pearson相關性分析結果如表3所示，扇貝中元素As與Cd間呈極顯著正相關（P<0.01），相關系數為0.943，其他元素之間呈現不顯著的正相關，說明這2種元素可能具有相同的污染源，或墨西哥灣扇貝對這2種元素具有相同的蓄積機制。

2.5 膳食暴露風險評估

將測定結果的平均值按照公式（1）和（2）計算出墨西哥灣扇貝中Pb、Cd、Cr、As 的目標危害系數。由于閉殼肌常作為人們主要的扇貝飲食部位，因此，用閉殼肌中的濃度來計算膳食暴露墨西哥灣扇貝中可能對人體有害元素的目標危害系數和復合目標危害系數。結果顯示，墨西哥灣扇貝Pb、Cd、Cr、As的THQ值分別為0.014、0.040、0.022和0.118，其中As的THQ值最高。由于有害元素對人體健康的影響源于不同有害元素的共同作用，因此，可以用TTHQ來綜合評估多種可能對人體有害元素對人體健康的影響。本研究中4種可能對人體有害元素的TTHQ值為0.208，該值小于1，表明食用墨西哥灣扇貝不會對人體造成健康風險，日常食用湛江市養殖墨西哥灣扇貝安全性較高，不會引起有害元素膳食暴露健康風險。

3 討論

湛江市養殖墨西哥灣扇貝中的Cd、As、Pb、Cr含量高于廣西地區采集的雙殼貝類中Cd、As、Pb、Cr的含量[18]以及北方沿海地區（大連、青島、日照、濰坊、威海、煙臺）采集的雙殼貝類中Cd、As、Pb、Cr的含量[19]，低于深圳地區采集的貝類中Cd、As、Pb、Cr的含量[6]，這可能是受到養殖環境和不同種類扇貝生物富集能力的影響。林麗華等[20]發現，Cd在生物體內代謝周期比其他微量元素長，因此Cd更容易在生物體內蓄積。Rahman等[21]發現，貝類能夠通過餌料或者與水和土壤接觸在其體內進行As的蓄積。本試驗結果顯示，可能對人體有害元素Cd和As含量高于Pb和Cr，因此，與其他可能有害微量元素相比貝類更容易積累Cd和As。

養殖水域環境對貝類體中微量元素產生影響。Nemr等[22]對埃及紅海海岸線采集的貝類中的微量元素含量進行測定，發現受污水影響的Dahab地區采集的貝類中Ni含量最高，受礦物運輸影響的Safaga地區采集的貝類中V含量最高。

Yuan等[23]分析中國大亞灣不同區域采集的雙殼貝類樣本，發現貝類生長環境導致了不同采樣區域元素濃度的顯著差異。本試驗結果顯示，養殖區域海水和墨西哥灣扇貝中Cd含量的最高值和最低值分別出現在S6和S1區域，且不同養殖區域海水中Cd含量與扇貝體內Cd含量高低趨勢保持一致，說明墨西哥灣扇貝中Cd的蓄積受養殖環境的影響。Lin等[16]發現，扇貝可以從環境中迅速積累Cd，這與本研究結果一致。貝類消化腺組織中微量元素含量受環境影響更大，Jebali等[24]研究貽貝90 d暴露和消除前后微量元素的含量，發現消化腺、鰓和閉殼肌中微量元素的生物蓄積和消除存在顯著差異，Cd、Pb、Mn和Fe主要在消化腺中蓄積。本試驗結果顯示，消化腺中Cd 的含量最高，表明消化腺Cd含量較高可能是由于環境因素導致蓄積增加。本試驗同時也發現，養殖區域海水中Cu的含量很低，然而在扇貝中Cu含量卻相對較高。研究表明貝類可以將Cu以顆粒的形式儲存在細胞質或細胞壁中，從而導致體內濃度升高[25]。Pan等[26]發現同化效率、流出率和攝食速率等因素在控制雙殼類生物體內Cu含量中起關鍵作用。因此，雙殼類生物中Cu的含量可能更多受生物動力學參數的影響。環境中的Cd、As、Pb、Cr能夠通過食物鏈進入生物體，并在生物體內蓄積。Liu等[27]發現，在中國三門灣附近地區采集的47種海洋動物中Cr與Pb間、Pb與As間存在顯著的正相關關系，說明采集的海洋動物體內這幾種元素可能存在相似污染源或具有相似的蓄積機制。本試驗結果顯示，As與Cd間呈極顯著正相關（P<0.01），推測As與Cd可能具有相同的污染源，或墨西哥灣扇貝對這2種元素具有相似的蓄積機制。貝類組織中微量元素含量存在顯著差異，可能是由于不同組織的生理功能導致的微量元素代謝差異所引起的。Bustamante等[28]分析了法國大西洋海岸貝類（Chlamys varia）的全部軟體部分和不同組織中的17種元素含量，結果顯示，Cr、V、As、Cd、Co、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的含量在消化腺和腎臟中較高，而17種微量元素含量在閉殼肌中較低。Norum 等[29]發現，貝類的性腺內含有比較多有效的金屬固存結合位點，在金屬的攝取、轉移、儲存和排泄中起重要的作用。Metian等[30]發現，貝類的消化腺是金屬生物蓄積的靶器官，含有調節和解毒作用的金屬蛋白，對微量元素生物蓄積起核心作用。Liu等[31]發現，閉殼肌與有毒元素間接接觸，對金屬的生物積累效率相對較低。這些研究說明，貝類性腺和消化腺組織具有更強的微量元素蓄積能力，而閉殼肌中微量元素含量相對較少。本研究發現，墨西哥灣扇貝不同組織中的微量元素水平具有組織特異性，在性腺和消化腺中含量較高，而在閉殼肌中含量較低，與已有研究結果一致[31]。

不同的季節，海域環境因子如溫度和鹽度等變化大，水體的流動和交換能力及海水中微量元素的存在形態等化學性質發生很大變化，這些因素都會影響貝類對微量元素的積累[32]。本試驗發現，在墨西哥灣扇貝春季養成期V、Pb、Cr、Ba和Ga 的含量相對偏高。Bezuidenhout 等[33]發現，造成季節性動態變化的一個因素可能是夏季產卵，隨后釋放大量物質，從而消除了軟體動物中積累的微量元素。可能是由于該時期貝類正處于快速增長階段，微量元素受到生長參數的影響較大。

此外，臺風季節也會對貝類微量元素積累造成影響。Lu等[34]報道，臺風Talim 對東海內陸表層沉積物的重金屬重新分布和埋藏有所影響。臺風可能在重金屬污染物的擴散和遷移中發揮關鍵作用。由于貝類對微量元素積累是長期的，對于墨西哥灣扇貝中微量元素含量的季節變化特征，還有待進一步調查研究。

本試驗所采集的墨西哥灣扇貝中可能對人體有害元素均有檢出，且存在高出其他地區貝類檢出含量的情況，但是，采用墨西哥灣扇貝主要食用部分閉殼肌組織進行膳食暴露風險評估，結果顯示墨西哥灣扇貝的TTHQ值小于1，表明食用墨西哥灣扇貝不會對人體健康造成健康風險，日常食用湛江市養殖墨西哥灣扇貝不會引起有害元素膳食暴露健康風險。因此，在烹飪和食用時，應該避免以整體作為加工形式，建議以閉殼肌作為主要食用部分。

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（責任編輯：胡立霞）