兴化湾养殖贝类重金属累积及健康风险评价

洪雄业

兴化湾养殖贝类重金属累积及健康风险评价

洪雄业

福建省近岸海域环境监测站

海洋贝类对重金属具有较高的吸收效率和同化率，体内能够吸收和富集较高浓度的重金属。近年来，随着养殖环境的不断恶化和污染，贝类中的重金属浓度呈现逐渐升高的趋势。贝类作为沿海人们的重要食品，其体内累积的金属可能会对人们的健康造成潜在威胁。该研究测定了兴化湾南岸滩涂养殖海域3种养殖贝类（菲律宾蛤仔、缢蛏和鲍）体内4种重金属（Cu、Zn、Cd和As）的浓度以及生物可给性，并以此评价了贝类体内重金属的健康风险。4种金属的风险系数均小于1，表明这些生物体内4种金属的风险较小。As的风险系数为0.95，存在潜在风险，应当引起重视。

贝类 金属 富集 生物可利用性 风险评价

1 概述

随着我国工农业的迅速发展和城市化进程加快，近岸海域的环境污染问题日益严重。沿海排放的工业和生活污水给近海海洋环境造成了巨大的污染压力，其中以重金属的污染问题尤其突出。重金属进入海洋后会被海洋生物摄食并沿食物链传递和富集，被人类摄食后可能危及人体健康[1-2]。因此，对海洋生物中的金属进行健康风险评价是至关重要的。在过去的金属健康风险评价中，主要是采用金属的总浓度作为评价指标，然而总浓度并不一定能反映金属的生物可利用性。

金属的生物可利用性是被人体吸收且产生毒性作用的金属所占金属总量的比例[3]。采用生物可利用性对金属进行健康风险评价是最准确、最可信的，但是其测定需要进行活体实验，而活体实验比较昂贵、费时费力。生物可给性是被人体消化释放到消化液中且能潜在被人体吸收的金属所占金属总量的比例[4-5]。因此，生物可给性代表着最大的生物可利用性。生物可给性的测定主要是通过体外消化模型来测定。体外消化模型具有简单、快速和成本低等优点，且能大致估计金属的生物可利用性[6]。

兴化湾是福建省最大的海湾，拥有广阔的滩涂资源，其面积达250平方公里，是重要的贝类养殖基地，主要养殖经济贝类缢蛏、菲律宾蛤仔、鲍等。养殖贝类作为经济产品，其质量卫生状况不仅关系到当地的出口创汇和经济发展，更直接影响人体的健康和生命安全。

本文研究了兴化湾南岸养殖海域3种主要经济贝类（缢蛏、菲律宾蛤仔和鲍）体内4种金属的累积和生物可利用性，并以此进行健康风险评价。

2 方法

2.1 采样

2013年6月和7月，通过收集资料和实地调查，在兴化湾南岸4个滩涂养殖区域（哆头村、汀江村、海星村和南日岛，见图1），共采集了3种养殖贝类（菲律宾蛤仔、缢蛏和鲍），样品采集方法参照《海洋监测规范》(GB17378.6-2007)。

采集到的贝类样品带回实验室，称重、测定后解剖，于-20℃保存待测，分别用于金属浓度和金属生物可给性的测定。

图1 兴化湾采样点位图

2.2 金属分析

生物样品的具体分析方法参照《海洋监测规范》(GB17378.6)。测定方法为：将组织样品解冻后，在80℃下烘干至恒重。然后精确称重，置于消解管中，加入3 mL 65%的HNO3，室温静置3 h，再放置到消解仪上进行消解，先在80℃下消解4 h，再在110℃下赶酸。最后用超纯水定容、稀释后，用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS 7700, Agilent）进行测定。Mussel标准样品也经过同样的消解处理，测定回收率在90%～110%之间。

2.3 生物可给性测定

金属的生物可给性采用体外消化模型进行测定[7]。人工消化液的组成成分详见表1。测定方法如下：首先，将2g贝类样品剪碎、匀浆，加入5mL人工唾液于37℃振荡6min。然后加入8mL人工胃液于37℃振荡2 h。最后加入8mL人工肠液、4mL人工胆汁及1.5 mL HCO3-，于 37℃振荡2h。处理后的样品2800g离心5 min，分离得到的上清液用65% HNO3在电消化仪上消化直至得到透明澄清的液体。消化后的上清液用Milli Q稀释后用ICP-MS测定各种金属的含量。

生物可给性的计算公式如下：

生物可给性=ms/mt×100%

式中，ms 为痕量金属在消化后的上清液中的质量，mt 为金属的总质量（由总浓度计算得出）。

表1 人工消化液的组成成份

2.4 健康风险评价

根据美国环保局（USEPA）制定的参考剂量（Reference doses, RfDs）与测定的各金属的浓度和生物可给性，按照如下公式计算牡蛎样品的各痕量元素的中国人均日摄入量（Estimated daily intake, EDI）及风险系数（Hazard quotient, HQ）。

EDI=Ce×Be×dce /bw

其中，Ce为贝类样品中各痕量元素的总浓度；Be为贝类样品中各痕量元素的生物可给性；dce为贝类样品的中国人均日消耗量；bw为中国人人均体重。参照Gu等的调查结果，中国人均体重为58.1 kg[8]。中国人均海鲜食品的日消耗量为71 g/人/天（FAO，2010）[9]。

HQ= EDI/RfD

若风险系数HQ<1，则表明该元素的风险较小，此时 HQ 值越小，风险越小；若风险系数 HQ>1，则表示该元素存在着较大的风险，HQ 值越大，风险越大。

3 结果

3.1 金属累积浓度

表2为不同站位采集的3种贝类生物（菲律宾蛤仔、缢蛏和鲍）体内4种金属的（Cu、Zn、Cd和As）的累积浓度。

从表中可以看出，三种贝类生物对金属的富集是不同的。4种金属在3种生物体内的含量互有高低。缢蛏和鲍体内的Cu含量相近，略高于菲律宾蛤仔。三种生物中，Zn的累积浓度最高，且生物之间相差不大，范围为17.2～24.6μg/g。Cd和As在缢蛏和菲律宾蛤仔体内的浓度明显高于鲍。

表2 生物体内的重金属含量（μg/g，湿重）

3.2 金属的生物可给性

总的来说，3种贝类样品中4种金属的生物可给性均较高（见表3），金属的生物可给性因贝类种类和金属种类的不同而不同。其中，As的生物可给性最高，平均值为89.6%，而Cd的生物可给性相对较低，为61.3%。

3.3 风险系数

本研究对4种金属进行健康风险评价时，采用各贝类生物中金属元素的总浓度平均值，并结合各金属的生物可利用性。

表3 各贝类中金属的生物可给性（%）

表4为计算出来的各贝类样品中Cu、Zn、Cd和As的人均日摄入量（EDI）及风险系数（HQ）。结果表明，三种贝类生物中As金属的风险系数HQ值都小于1，但明显大于其它3种金属，其中花蛤体内As的风险系数HQ值最高，为0.95。

表4 贝类中金属的人均日摄入量（EDI，mg·kg-1bw·day-1）及风险系数（HQ）

4 结果与讨论

4.1 金属的累积及生物可给性

根据《海洋生物质量标准》（GB 18421-2001）[10]，4种金属的第一类标准分别为：Cu≤10 mg/kg，Zn≤20 mg/kg，Cd≤0.2 mg/kg，As≤1.0 mg/kg。本研究3种贝类体内的4种金属重只有Cu全部达标，其它金属都有不同程度的超一类标准：缢蛏体内的Zn和Cd均超一类标准，缢蛏和菲律宾蛤仔体内的As均超一类标准。在三种生物中，只有鲍体内的4种金属含量符合一类标准。

各贝类样品中4种金属的生物可给性都较高，这可能与金属在贝类中亚细胞分布有关。金属在生物体内主要以五种形式存在，分别为富金属矿体、细胞碎片、细胞器、类金属硫蛋白和热敏感蛋白[11]。其中，热稳定蛋白和热敏感蛋白可能更容易被消化酶消化，进而被摄食者同化吸收，因此分布在这两个组分中金属的生物可利用性可能更高。而富金属矿体组分被认为是不容易被摄食者利用的亚细胞组分[12]。因此研究生物体内金属的亚细胞分布具有重要意义。通过金属亚细胞分布也许可以更深入了解金属的生物可给性机制。

4.2 健康风险

金属的健康风险评价常常以样品中金属的总浓度为指标，但实际上随食物进入人体的金属并不一定全部被人体吸收和同化，并产生毒性效应，有一部分也会经过代谢排出或以无毒形式储存。因此本研究利用重金属的生物可给性指标进行健康风险评价，这能更准确地评价重金属对人体的健康风险。

在海洋生物中，As主要以无机As及有机As两种形式存在，而无机砷更具毒性[13,14]。一般而言，无机As约占海洋产品中总As的10%[15]。因此本研究中对As健康风险评价采用无机As的指标，其中，无机As按As总浓度的10%进行计算和评价。

在本研究中，三种贝类生物体内4种金属的风险系数均小于1，表明目前三种生物体内的金属还未对人体健康产生风险。三种贝类生物体内Cu和Zn的风险系数最低，范围在0.03～0.07之间。然而，菲律宾蛤仔中As的HQ最高，为0.95，存在着一定的风险，应当引起重视。

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