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鸡蛋中全氟化合物残留特征及其风险评估*

2015-12-25谢刘伟张鸿李静刘宝林柴之芳沈金灿杨波

食品与发酵工业 2015年1期
关键词:全氟鸡蛋

谢刘伟,张鸿,李静,刘宝林,柴之芳,沈金灿,杨波

1(深圳大学生命科学学院,广东深圳,518060)2(深圳大学 物理科学与技术学院,广东深圳,518060)

3(深圳大学 化学与化工学院,广东深圳,518060)4(中国科学院高能物理研究所,北京,100049)

5(深圳出入境检验检疫局食品检验检疫技术中心,广东深圳,518045)

全氟化合物(perfluorinated compounds,PFCs)是一类碳链上氢原子全部被氟取代的新型有机污染物,主要分为全氟磺酸(perfluoroalkyl sulfonic acids,PFSAs)和全氟羧酸(perfluoroocarboxylic acids,PFCAs)两大类。PFCs具有疏油、疏水特性,因此被广泛应用于纺织、造纸、包装、农药和消防等工业和民用领域。由于PFCs含有极高键能(键能约460.5 kJ/mol)的C-F共价键,因此这类化合物具有很强的稳定性,能够耐受热、光、化学和高等生物降解,并可随食物链的放大在生物体内富集至相当高的浓度[1]。进入生物体的PFCs主要与体内蛋白质结合,可引发线粒体能量代谢障碍、脂肪代谢紊乱及生殖、发育、神经系统等中毒现象[2],有鉴于此,包括PFOS在内的9种新型持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)于2009年5月被增列入POPs公约黑名单,并于2010年8月26日正式生效[1]。

目前,PFCs 在 动物血 液[3]、乳[3]、肌 肉[4]、肝脏[4]、蛋[5]中均有检出,且残留特征因地区而异[6]。近期研究表明,鸟蛋中有较高 PFCs富集。Karin等[7]研究发现,瑞士崖海鸦蛋中PFOS最高可达400 μg/kg,Gouter等[8]则发现,加拿大海鸥蛋中 PFCs主要暴露源缘于海洋捕食。生物样本中PFCs主要来源虽未有确切定论,但研究普遍认为食物摄入是其主要暴露途径。鸡蛋是人类摄取蛋白质的重要途径,故PFCs可能通过摄食鸡蛋对人体健康造成潜在的危害。本研究采用离子对提取、固相萃取与高效液相色谱质谱联用,对11个省(直辖市)鸡蛋中PFCs残留水平进行分析,同时比较生、熟鸡蛋中PFCs的残留变化,并对经鸡蛋摄入人体的PFCs风险进行了评估。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

甲醇(色谱纯,美国J.T.Baker公司),甲酸(色谱纯,美国Dikma公司),氨水(25%,优级纯,比利时Acros公司),四丁基硫酸氢铵(tetra-n-butylammonium hydrogen sulfate,TBA)(>99%,百灵威),甲基叔丁基醚(methl tert-butyl ether,MTBE),Na2CO3(>90%,美国Sigma公司)。实验用水为电阻率18.2 MΩ的超纯水。12种PFCs混合外标为全氟戊酸(perfluoropentanoic acid,PFPeA)、全氟己酸(perfluorohexanoic acid,PFHxA)、全氟庚酸(perfluoroheptanoic acid,PFHpA)、全氟辛酸(perfluorooctanoic acid,PFOA)、全氟壬酸(perfluorononanoic acid,PFNA)、全氟癸酸(perfluorodecanoic acid,PFDA)、全氟十一酸(perfluoroundecanoic acid,PFUdA)、全氟十二酸(perfluorododecanoic acid,PFDoA)、全氟十三酸(perfluorotridecanoic acid,PFTrDA)、全氟十四酸(perfluorotetradecanoic acid,PFTeDA)和全氟辛烷磺酸盐(sodium perfluoro-1-octanesulfonate、L-PFOS)、全氟癸烷磺酸盐(sodium perfluoro-1-decanesulfonate、L-PFDS);9 种PFCs混合内标为 MPFBA(perfluoro-n-[1,2,3,4-13C4]butanoic acid)、MPFHxA(perfluoro-n-[1,2-13C2]hexanoic acid)、MPFOA(perfluoro-n-[1,2,3,4-13C4]octanoic acid)、MPFNA(perfluoro-n-[1,2,3,4,5-13C5]nonanoic acid)、MPFDA(perfluoro-n-[1,2-13C2]decanoic acid)、MPFUdA(perfluoro-n-[1,213C2]undecanoic acid)、MPFDoA(perfluoro-n-[1,2-13C2] dodecanoic acid)、MPFHxS(sodium perfluoro-1-hexane[18O2]sulfonat)、MPFOS(sodium perfluoro-1-[1,2,3,4-13C4]octanesulfonate),均购自加拿大Wellington公司。用甲醇逐级稀释为 0、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5 ng/mL,8个浓度用于HPLC-MS/MS标准工作曲线。

1.2 仪器与设备

HPLC-MS/MS联用仪(Agilent 1100-API 3000,美国AB公司),氮吹仪(HSC-12B,天津市恒奥科技发展有限公司),12管真空萃取装置(美国BESEP公司),Polymer WAX(150 mg,6 cc)固相萃取柱(美国Chrom-Matrix公司),纯水机(Simplicity,美国 Millipore公司),离心机(centrifuge 5804,德国eppendorf公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品采集与前处理

2013年8~9月,鸡蛋分别产自吉林、北京、山东、河南、安徽、浙江、湖北、湖南、江西、四川和广东等11个省(直辖市)。每产地取90枚蛋,由其下辖每地级市(区,县)8~12枚蛋混合组成,依次用超纯水、甲醇、超纯水清洗蛋壳。生蛋去壳用打蛋器充分混匀,取1.0 g装入15 mL聚丙烯管,存入-20℃冰箱中待用;另取60枚洗净鸡蛋,置于煮蛋器煮至全熟,去壳,研钵中研碎混匀,取1.0 g装入15 mL聚丙烯管,加入10 mL超纯水,存于-20℃冰箱待用。

取出装有1.0 g鸡蛋的聚丙烯管,离子对萃取,加入2 ng PFCs内标,1 mL TBA,2 mL Na2CO3,5 mL MTBE,室温下摇床萃取1 h后离心10 min(10 000 r/min),上清液移至50 mL聚丙烯管中,沉淀加5 mL MTBE重复提取2次,共收集约15 mL上清液,氮吹至干,加入8 mL 2%甲酸水溶液,并加超纯水稀释至50 mL,上处理过的WAX固相萃取柱(依次用4 mL甲醇,4 mL水进行活化),流速1滴/s,待样品流干,依次用4 mL 2%甲酸水溶液、4 mL 2%甲酸水溶液∶甲醇(体积比1∶1)混合液淋洗,抽干,用4 mL甲醇淋洗至流干,最后用5 mL 9%氨水甲醇溶液洗脱,抽干,收集洗脱液氮吹至干,甲醇定容至1 mL后过0.22 μm尼龙膜,转入2 mL进样瓶待HPLC-MS/MS分析。

1.3.2 仪器分析

HPLC分析:色谱柱为 Agilent Eclipse XDB C18(3.5 μm,2.1 mm × 150 mm),进样体积 20 μL。在50℃柱温,0.3 mL/min流速下,流动相A(甲醇)与B(2 mmol/L醋酸铵水溶液)的梯度洗脱程序为:起始时20%A、80%B,8 min 时95%A、5%B,13 min 时100%A,14 min 时20%A、80%B,保持6 min。

MS/MS分析:使用API 3000三重四极杆串联质谱,选择电喷雾负离子化模式、负离子扫描方式及多反应监测模式,在4 500 V电喷雾电压、10 L/min雾化气流速、9.0 L/min气帘气流速、5.0 L/min辅助气流速和450℃离子源温度下,内标法定量。

1.3.3 人体健康风险评估

化学污染物进入人体主要有2种途径,一是主动吸收,即污染物以经口进食或经鼻呼吸的方式进入人体,另一种则是通过体表暴露,即污染物通过裸露的皮肤、眼睛进入人体[9]。基于中国居民膳食指南建议的蛋类摄入量(成年男性27.35 g/d;成年女性25.25 g/d)与中国人平均体重[10](成年男性62.70 kg;成年女性54.35 kg),通过鸡蛋摄入PFCs的人体健康风险评估可通过日暴露剂量(daily exposure dose,DED)予以指示[11]:

式中:DDI(dietary daily intake)为日鸡蛋进食量,g/d;c为PFCs浓度,μg/kg(wet wt);m为人体质量,kg;i=1,2,…,n。

1.4 质量保证和控制

鸡蛋中PFCs含量均以湿重平均值计。实验器皿均采用聚丙烯材质,使用前先经甲醇淋洗,所有实验用水均为Milli-Q超纯水。为控制样品前处理过程可能带来的外源性污染,实验进行全程空白并在数据中扣除。生、熟蛋中12种PFCs在2 ng/L浓度水平的加标回收率分别为83%~118%和66%~129%,在0~5.0 ng/mL浓度范围的线性相关系数(r2)在0.990 7~0.999 7,检测限范围0.010 ~0.095 2 ng/g,满足分析要求。低于定量检测限(limit of quantification,LOQ)的 PFCs取1/2 LOQ。

1.5 统计分析

十二种PFCs间pearson相关分析应用SPSS(Statis-tical Product and Service Solutions,19.0)统计分析软件。

2 结果与讨论

2.1 鸡蛋中全氟化合物残留特征

11个省(直辖市)鸡蛋中PFCs含量均值、中位数、最大最小值见图1。除PFDS、PFTeDA PFDoA未检出外,其他10种PFCs检出率(%)依次为PFOA(100)>PFNA(91)>PFOS=PFHxA(82)>PFDA(73)>PFHpA=PFPeA(64)>PFTrDA=PFUdA(9),灰尘中含有较高含量的PFOA[12],因此PFOA 的高检出率可能与蛋鸡暴露环境灰尘较多有关。

图1 鸡蛋中PFCs含量Fig.1 PFCs concentration in chicken eggs

检出PFCs以中短链(C≤10)为主,约占ΣPFCs的99%,鸡肝[13]、鸡血清[14]中长链 PFCs比例相对较高,禽鸟可通过产蛋将自身 PFCAs转移至下一代[15],但随碳链增长,PFCs空间位阻增大,可能影响长链PFCs的传递比率。长链PFCs仅有C11的PFU-dA 和C13的 PFTrDA 检出,与文献报道[16]PFCs碳链奇数碳原子检出高于偶数碳原子一致。

鸡蛋中检出PFOS(0.094 6 μg/kg)残留水平最高,其次为 PFOA(0.085 8 μg/kg),分别占 ΣPFCs的23%和20%,是鸡蛋中PFCs主要残留。由于PFOS、PFOA性质稳定、生物半衰期长,是多种PFCs前体物质的主要降解产物[17],可能是造成鸡蛋中 PFOS、PFOA残留较高的原因。鸡蛋中 PFOS检出率较PFOA低,但残留水平较PFOA高的原因应与鸡体去除PFOA的速度快于PFOS[18]有关。此外,由于样本采自夏季,蛋鸡增加饮水,鸡舍采用喷水降温以及玉米、豆粕、鱼粉等鸡饲料中常含有较高的磺酸类PFCs[13]都是致鸡蛋暴露于PFCs不容忽视的途径。

检出的10种PFCs间Pearson相关性分析结果(表1)显示,鸡蛋中 PFPeA与长链 PFUdA、PFDoA、PFTrDA呈显著相关(P<0.01),表明长链PFCs存在降解行为[17],PFHxA 与 PFHpA(P <0.01),PFOA 与PFHxA(P<0.01)、PFDA(P<0.05)亦呈正相关,表明鸡蛋中全氟羧酸类PFCs有相似来源或相同生物积累途径。究其原因,与PFCAs类产品的前体物质氟调聚醇(fluorotelomer alcohols,FTOH)易挥发,可氧化形成长链PFCAs并进一步降解生成短链PFCAs[17]有关,而PFCAs可经食物链进入蛋中。

表1 鸡蛋中PFCs相关系数矩阵Table 1 Correlation matrix of PFCs concentration in eggs

目前对于食物源中PFCs的分析多限于对其生鲜状态的检测,本研究对同产地生、熟鸡蛋中PFCs含量分析结果显示,煮熟鸡蛋中仅测得 PFHxA(0.013 9 μg/kg)和 PFOA(0.021 6 μg/kg),其ΣPFCs仅为生蛋的11%。导致熟蛋PFCs残留显著减少的可能原因有:(1)煮熟过程中,蛋黄水分有向外释放趋势[19],可能使PFCs外移至蛋壳,令鸡蛋可食部分PFCs残留大幅下降;(2)煮蛋器在煮蛋过程产生过热蒸汽,可能使PFCs类发生降解[20];(3)PFCs通常与蛋白质结合,高温致蛋白质变性可能会使蛋白质中 PFCs残留减少[21]。

2.2 不同产地鸡蛋中PFCs残留分布

鸡蛋中ΣPFCs残留呈沿海产地高于内陆的趋势(P<0.05),沿海地区经济相对发达,人口密集,涉PF-Cs产品的生产、使用较多,应是造成东部沿海产鸡蛋中ΣPFCs较高的原因。此外,来自海洋的PFCs前体物质的外源性输入与沉降亦有可能对东部沿海PFCs含量造成影响。夏季我国东部沿海地区盛行东南季风,易挥发的PFCs前体物质FTOH可随大气远距离传输,沉降并氧化降解转化为稳定的PFCAs与PFSAs[22]。

以秦岭淮河为界,北京、吉林、山东、河南等北方产鸡蛋中PFOS约占ΣPFCs的33%,显著高于南方产鸡蛋的17%,其原因可能与北方蛋鸡饲料中更广泛添加中草药类添加剂有关[23],中草药饲料添加剂有效成分包括生物碱、油脂、维生素、矿物质等,这些物质在蛋黄中广泛存在,而几乎不存在于蛋清中。研究结果显示,蛋黄中 PFOS约占鸡蛋中 ΣPFOS的98%,蛋黄几乎100%含有PFOS,而蛋清的检出率几近为零[5],这可能与蛋黄特有成分如生物碱等物质利于PFOS的富集有关。

2.3 PFCs风险评估

金一和等[25-27]研究PFCs的动物毒理学结果显示,PFOS可穿过大鼠胎盘屏障和血脑屏障,可能对仔鼠和成年大鼠神经系统造成影响,亦可造成雄性鹌鹑生殖系统发育障碍;PFOA则可引发大鼠中枢神经细胞内钙超载,造成引发神经毒性。研究还表明,人血清中PFOA浓度达到0.20 μg/mL时,可能使脑细胞钙离子浓度升高,引发神经毒性。

基于摄食生鸡蛋计算的中国成年人鸡蛋摄入PFOS[成年男性:3.625 ×10-5μg/(kg·d);成年女性:3.861×10-5μg/(kg·d)]和 PFOA[成年男性:3.420×10-5μg/(kg·d);成年女性:3.642×10-5μg/(kg·d)]的日暴露剂量远低于欧洲食品安全局推荐的参考剂量[PFOS:0.025 μg/(kg·d);PFOA:0.333 μg/(kg·d)][28],而煮熟鸡蛋中 PFCs 显著减少,表明摄食鸡蛋对PFCs的暴露不具有即时危害,与文献报道[29-30]相一致。但考虑人体暴露于PFCs是多方面的,除饮食、呼吸、皮肤接触,还受地域PFCs本底、个体暴露时间等因素的影响,对PFCs的人体暴露风险评价仍有待更加系统和全面的研究。

3 结论

鸡蛋中PFCs主要残留为PFOS(0.094 6 μg/kg)和PFOA(0.085 8 μg/kg)。就产地而言,东部沿海鸡蛋中ΣPFCs高于内陆,北方鸡蛋中PFOS残留高于南方。煮鸡蛋中ΣPFCs残留大幅减少,与煮蛋过程蛋黄水分外移有关。基于摄食鸡蛋暴露PFCs的风险值远低于参考值,不具即时危害。

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