苹果中乙撑硫脲膳食摄入风险的非参数概率评估
2016-04-09叶孟亮聂继云徐国锋郑丽静中国农业科学院果树研究所农业部果品质量安全风险评估实验室兴城农业部果品及苗木质量监督检验测试中心兴城兴城125100
叶孟亮,聂继云,徐国锋,闫 震,郑丽静(中国农业科学院果树研究所,农业部果品质量安全风险评估实验室(兴城),农业部果品及苗木质量监督检验测试中心(兴城),兴城125100)
苹果中乙撑硫脲膳食摄入风险的非参数概率评估
叶孟亮,聂继云※,徐国锋,闫震,郑丽静
(中国农业科学院果树研究所,农业部果品质量安全风险评估实验室(兴城),农业部果品及苗木质量监督检验测试中心(兴城),兴城125100)
摘要:为明确国产苹果中乙撑硫脲残留水平及量化中国居民乙撑硫脲膳食摄入风险。基于渤海湾(辽宁、山东、河北)和西北黄土高原(陕西、山西、河南)两大苹果优势主产区采集的282份苹果样品,运用专业风险评估软件@Risk,尝试构建非参数概率评估模型,对中国居民乙撑硫脲膳食摄入风险进行概率评估。结果表明:参试的282份苹果样品,乙撑硫脲检出率为80.9%,残留量均值为6.1 μg/kg,最高残留量为74.1 μg/kg,绝大多数苹果样品(占90.4%)乙撑硫脲残留量<10.0 μg/kg。282份苹果样品中乙撑硫脲残留量的离散程度较大(变异系数达134.6%),不同省份变异系数排序,陕西(150.7%)>辽宁(146.8%)>河北(91.2%)>山东(88.1%)>河南(54.9%)>山西(51.8%)。不同年龄组人群膳食摄入风险存在明显差异,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)乙撑硫脲膳食摄入风险均明显高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象。总体而言,不同年龄组人群乙撑硫脲膳食摄入风险均很低,其中慢性膳食摄入风险介于0.35%~13.12%,急性膳食摄入风险介于0.22%~3.94%,均远低于100%;不同省份和不同主产区苹果乙撑硫脲膳食摄入风险虽存在明显差异,但均远低于100%,不同省份和不同主产区苹果乙撑硫脲膳食摄入风险也是可以接受的。基于最大残留限量估计值(estimate maximum residue limit, eMRL),建议中国苹果中乙撑硫脲最大残留限量值设为0.2 mg/kg。本研究可为苹果质量安全监管和今后系统开展果品质量安全风险评估提供有益借鉴和参考。
关键词:模型;风险评估;农药;苹果;乙撑硫脲;膳食摄入;非参数概率评估模型
叶孟亮,聂继云,徐国锋,闫震,郑丽静.苹果中乙撑硫脲膳食摄入风险的非参数概率评估[J].农业工程学报,2016,32(01):286-297.doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.040 http://www.tcsae.org
Ye Mengliang, Nie Jiyun, Xu Guofeng, Yan Zhen, Zheng Lijing.Nonparametric probabilistic evaluation of ethylenethiourea dietary intake risk in apple[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE), 2016, 32(01): 286-297.(in Chinese with English abstract)doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.040 http://www.tcsae.org
0 引言
随着中国经济社会的快速发展和人民生活水平的不断提高,人们对果品质量安全的要求也越来越高。农药残留是果品质量安全中比较敏感且备受关注的话题。苹果是中国第一大水果,2014年中国苹果产量达4092.32万t,占全国水果总产量的15.7%[1]。施用化学农药是苹果病虫害防治的重要手段和措施。然而,苹果生产中大量施用化学农药给苹果质量安全带来了一定的隐患,直接影响到中国苹果的国际信誉和出口贸易,如何有效地评估和防范苹果农药残留给人类带来的危害已成为社会共同关注的焦点。二硫代氨基甲酸盐(酯)类(dithiocarbamates, DTCs)农药由于其高效、广谱性杀菌效果而在水果生产中广泛使用,其主要环境代谢物是乙撑硫脲。国际癌症研究机构(international agency for research on cancer, IARC)对乙撑硫脲毒性进行了多次评估[2-3],虽然关于其对人类致癌作用的证据尚且不足[4-6],但食用含有乙撑硫脲残留的水果是否会对人体健康产生危害,已引起有关专家学者的关注[7-9]。开展苹果乙撑硫脲残留的膳食摄入风险评估研究,明确苹果中乙撑硫脲残留风险状况,可为苹果安全生产、合理消费及乙撑硫脲最大残留限量值制订提供基础数据。中国农产品质量安全风险评估起步较晚,关于水果农药残留风险评估报道不多,赵宇翔[10]、Chen等[11]、王冬群等[12]、张志恒等[13-14]、刘艳萍[15]、聂继云等[16]对果品中农药残留风险进行了评估研究,风险评估方法以确定性评估即点评估为主。该方法虽然简单易行,但评估结果不能反映不同人群个体差异,较为保守。鉴于概率评估能够更好地量化评估结果的变异度和不确定度,可为风险管理者及决策者提供更为直观和科学的依据,已逐渐成为近年来食品安全风险评估领域研究的热点。国际上广泛采用美国Palisade公司开发的基于蒙特卡洛模拟技术的风险评估软件@Risk进行概率评估[10,17-20]。国内虽已开展苹果农药残留风险评估研究[14,16],但涉及的农药种类有限,尚未见有公开的乙撑硫脲膳食摄入风险评估研究报道。本文旨在通过系统的风险评估研究,明确中国苹果乙撑硫脲残留与风险状况,为苹果质量安全监管及今后系统开展果品质量安全风险评估相关研究提供有益借鉴和参考。
1 材料与方法
1.1样品采集
本研究以红富士为研究对象,于2014年苹果适采成熟期采样,从渤海湾(辽宁、山东、河北)和西北黄土高原(陕西、山西、河南)两大苹果优势主产区采集的282份苹果样品为试材。采集样品方法参照《新鲜水果和蔬菜取样方法》(GB/T 8855-2008)所规定的苹果采样方法,即在果园的中间和四个角的方向定五点采样(采样点避免在地头或边沿,留1.0 m边缘),在所选采样点上有选择地采样,避免采有病、过小或未成熟的样品,并且在苹果树的各部位(上、下、内、外、向阳面、背阴面)采样,果实密集处相对多采。辽宁、山东、河北、陕西、山西、河南6个苹果主产省分别设50个、60个、42个、60个、30个、40个布点基地,每个基地抽取1个果园(即采样点),每个采样点采集1份苹果样品(30~50个果实)。对于每份苹果样品,首先将该采样点采集的苹果果实混匀,然后选取15个果形、大小基本一致的果实,按照四分法缩分,即每个苹果纵向十字切开,取对角两块,去核后切成小块(皮和肉一起),将所有小块苹果混匀后再按十字分开,取对角线两部分样品(大概剩余1000g左右为止),用组织捣碎机匀浆处理后取500~800 g。按照该方法分别对上述282份苹果样品进行处理,置于-20℃冰箱中保存备用。
1.2检测方法
采用超高效液相色谱串联质谱法测定苹果中乙撑硫脲残留[21]。对未检出的样品,按照世界卫生组织和美国环境保护署建议的数据处理方法,即1/2检出限LOD(limit of detection, LOD)计算[12-13]。
1.3风险评估方法
乙撑硫脲膳食摄入风险评估应包括所有主要的膳食来源,而现有的残留监测数据仅有苹果。因此,本研究仅对中国居民食用苹果途径的乙撑硫脲膳食摄入风险进行了研究探讨。利用基于Monte Carlo模拟技术的@Risk专业风险评估软件,对282份苹果样品中乙撑硫脲残留值进行分布拟合,拟合度运用Chi-Squared、Anderson-Darling和Kolmogorov-Smirnov 3种统计检验方法进行检验,综合考虑3种评估拟合结果,确定最佳拟合分布。从拟合分布中随机抽取数值计算乙撑硫脲膳食摄入风险的概率分布,每次模拟过程进行10 000次迭代运算[17,20]。为克服点评估方法不能量化评估结果的变异度和不确定度的缺点,本研究尝试构建非参数概率评估模型[17-18],即公式(1)和(2)中STMR、HR取@Risk软件对乙撑硫脲残留量实测值的分布拟合值,从而评估更为接近真实暴露场景下的风险状况。目前,国内尚未制定水果中乙撑硫脲残留最大残留限量值。按照欧盟国家规定的植物性农产品中乙撑硫脲残留最大残留限量值(maximum residue limit, MRL)为0.05 mg/kg,每日允许摄入量值(acceptable daily intake, ADI)为0.002 mg/kg,急性参考剂量值(acute reference does, ARfD)为0.05 mg/kg计[22]。
1.3.1慢性膳食摄入风险评估用公式(1)计算乙撑硫脲的慢性膳食摄入风险(%ADI)。式中,STMR为规范试验残留中值(supervised trials median residue),单位mg/kg;F为苹果消费量(apple consumption),单位kg/d;bw为人群平均体质量(body weight),单位kg;ADI为每日允许摄入量(acceptable daily intake),单位mg/kg。
当%ADI≤100%时,表示慢性膳食摄入风险可以接受,%ADI越小,风险越小;反之,当%ADI>100%时,表示有不可接受的慢性风险,%ADI越大,风险越大。
1.3.2急性膳食摄入风险评估根据世界卫生组织数据,苹果单果重Ue取0.225 kg,苹果个体之间变异因子v取3。用公式(2)计算国家估计短期摄入量,式中NESTI为国家估计短期摄入量(national estimated short-term intake),单位mg/kg;LP为苹果消费的大份餐(large portion consumed),单位kg/d;HR为最高残留量(highest residue),单位mg/kg;Ue为苹果单果重,单位kg;v为苹果个体之间变异因子;用公式(3)计算乙撑硫脲急性膳食摄入风险(% ARfD),式中ARfD为急性参考剂量(acute reference does),单位mg/kg。
当%ARfD≤100%时,表示急性膳食摄入风险可以接受,%ARfD越小,风险越小;反之,当%ARfD>100%时,表示有不可接受的急性风险,%ARfD越大,风险越大。
1.4最大残留限量估计值的计算
为更好的保护消费者苹果膳食消费安全,理论最大日摄入量不应大于每日允许摄入量[13,16]。据此推导出最大残留限量估计值计算公式,即公式(4),式中eMRL (estimate maximum residue limit)为最大残留限量估计值,单位mg/kg;bw为人均体重,采用默认值60 kg;F为苹果日消费量,按照最大风险原则,取苹果消费大份餐(LP),单位kg。
2 结果与分析
2.1苹果乙撑硫脲残留水平
中国苹果乙撑硫脲残留检出率较高,综合检出率为80.9%。河南、陕西2省份检出率高达90%以上,其次为山西、辽宁、河北3省份,山东省检出率最低,仅为66.7%;西北黄土高原产区样品检出率高于渤海湾产区(表1)。282份苹果样品中乙撑硫脲残留量均值为6.1 μg/kg,最高残留量为74.1 μg/kg。绝大多数苹果样品(占90.4%)中乙撑硫脲残留量<10.0 μg/kg。按照欧盟规定的植物性食品中乙撑硫脲最大残留限定值为50 μg/kg计,超标率仅为1.4%(图1)。
图1 282份苹果样品中乙撑硫脲残留量分布Fig.1 Distribution of ETU residue in 282 apple samples
不同区域之间苹果乙撑硫脲残留水平比较见表1。由表1可见,不同省份苹果样品之间乙撑硫脲残留水平存在明显差异。残留量范围方面:辽宁和陕西2省份明显宽于其他省份,最大残留量均达到60.0 μg/kg以上;山西、山东和河北3省份残留范围较窄,最大残留量仅为10.0 μg/kg左右。残留量均值方面:辽宁、山西、山东、河北4省份存在显著差异;辽宁省最高,为9.6 μg/kg,显著高于河南、陕西、山西、山东、河北等5省份;河南、陕西2省份无显著差异。残留量离散度方面:282份苹果样品中乙撑硫脲残留量离散程度较大,变异系数高达134.6%;不同省份之间离散程度存在明显差异,辽宁、陕西2省份变异系数最大,达到150%左右;其次为山东、河北2省份,为90%左右;河南、山西2省份变异系数最小,仅为50%左右。另外,从不同省份苹果样品中乙撑硫脲残留量分布情况来看,苹果中乙撑硫脲残留量分布规律较明显,乙撑硫脲残留量<10.0 μg/kg的样品均占据较大比例(80%左右及以上)。河北、山东、陕西3省份苹果样品中,随着乙撑硫脲残留量的升高,样品所占的比例均逐渐降低;在残留量>5.0 μg/kg的条件下,河南、辽宁、山西3省份也呈现出样品所占比例随残留量升高而降低的趋势(图2)。两大苹果优势主产区样品之间也存在一定差异,西北黄土高原产区样品检出率、检出范围、残留量均值均高于渤海湾产区样品,但残留量中间值、标准差、变异系数低于渤海湾产区样品(表1)。在残留量>5.0 μg/kg的条件下,两大苹果优势主产区苹果样品随着乙撑硫脲残留量的升高,样品所占比例均逐渐降低(图3)。
表1 不同区域苹果样品中乙撑硫脲残留水平比较Table 1 Comparison of apple samples ETU residue level between different areas
图2 不同省份苹果样品中乙撑硫脲残留量分布Fig.2 Distribution of ETU residue in apple samples in different provinces
图3 不同主产区苹果样品中乙撑硫脲残留量分布Fig.3 Distribution of ETU residue in apple samples in different main producing areas
2.2苹果乙撑硫脲膳食摄入风险评估
2.2.1不同年龄组人群乙撑硫脲膳食摄入风险评估
利用基于Monte Carlo模拟技术的@Risk软件对282份苹果样品中乙撑硫脲残留监测数据进行分布拟合。拟合结果显示,该组乙撑硫脲残留数据分布比较符合Gamma、Weibull、LogLogistic、Lognorm、InvGauss和Expon分布等6种分布类型。运用Chi-Squared、Anderson-Darling 和Kolmogorov-Smirnov3种统计检验方法对上述6种分布类型的拟合度进行检验,综合考虑3种拟合结果,确定最佳拟合分布类型为Gamma分布,记为RiskGamma(2.240 2,0.003 338 6,RiskShift(0.000 100 00))(图4)。
图4 苹果乙撑硫脲残留拟合分布Fig.4 Analog distribution of ETU residue in apple
表2为不同年龄组人群乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估结果。由表2可知,相同年龄组人群,不同性别之间乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估结果无明显差异;2~6岁和7~17岁两个年龄组人群由于体重较轻,而苹果摄入量相对较高,因此慢性膳食摄入风险明显高于其他年龄组人群,需重点关注。各类年龄组人群乙撑硫脲慢性膳食摄入风险(%ADI)均很低,远低于100%,介于0.35%~13.12%。即便采用99.5百分位点值,人群膳食风险依然很低,为1.38%~13.12%。因此,各类年龄组人群乙撑硫脲慢性膳食摄入风险都是可以接受的,且很低。
表2 不同年龄组人群乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估Table 2 Chronic dietary intake risk assessment of ETU residue in different age groups
表3为不同年龄组人群乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估结果。由表3可知,相同年龄组人群,不同性别之间乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估结果无明显差异;2~6岁和7~17岁两个年龄组人群由于体重较轻,而苹果摄入量相对较高,因此急性膳食摄入风险明显高于其他年龄组人群,需重点关注。各类年龄组人群乙撑硫脲急性膳食摄入风险(%ARfD)均很低,远低于100%,介于0.22%~3.94%。即便采用99.5百分位点值,各人群膳食摄入风险依然很低,仅为0.88%~3.94%。各类年龄组人群乙撑硫脲急性膳食摄入风险都是可以接受的,且很低。
表3 不同年龄组人群乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估Table 3 Acute dietary intake risk assessment of ETU residue in different age groups
2.2.2不同省份苹果样品乙撑硫脲膳食摄入风险评估
利用基于Monte Carlo模拟技术的@Risk软件分别对不同省份苹果中乙撑硫脲残留监测数据进行分布拟合。拟合结果显示,河北、河南、辽宁、山东、山西和陕西6省份苹果样品中乙撑硫脲残留数据分布比较符合Gamma、Weibull、LogLogistic、Lognorm、InvGauss、BetaGeneral、Expon 和Pearson5分布等8种分布类型。运用Chi-Squared、Anderson-Darling和Kolmogorov-Smirnov 3种统计检验方法分别对6省份残留数据的上述8种分布类型的拟合度进行检验,综合考虑3种拟合结果,从而确定最佳拟合分布类型。结果表明,除河北苹果乙撑硫脲残留数据分布最佳分布为Weibull分布外,计为RiskWeibull(0.988 97,0.002 836 0,RiskShift(0.000 100 00));河南、辽宁、山东、山西和陕西5个省份样品乙撑硫脲残留数据最佳分布均为Gamma分布,分别记为RiskGamma(7.366 4,0.001 005 8,RiskShift(0.000 100 00))、RiskGamma(1.846 2,0.006 414 8,RiskShift(0.000 100 00))、RiskGamma(4.541 8,0.001 503 8,RiskShift(0.000 100 00))、RiskGamma(7.951 8,0.000 795 38,RiskShift(0.000 100 00))、RiskGamma(1.757 0,0.004 100 2,RiskShift(0.000 100 00))(图5)。
图5 不同省份苹果乙撑硫脲残留拟合分布Fig.5 Analog distribution of ETU residue in apple in different provinces
表4为不同省份苹果样品乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估结果。由表4可知,同一省份样品,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)两个年龄组人群由于体重较轻,而苹果摄入量相对较高,因此乙撑硫脲慢性膳食摄入风险明显高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象。辽宁、陕西2省份慢性膳食摄入风险较高,取99.5百分位点值时,慢性膳食摄入风险(%ADI)分别达到3.77%~22.19%、2.23%~13.45%;其次为河南、山东和河北3省份,山西省样品慢性膳食摄入风险最低,仅为1.07%~6.56%。虽然辽宁和陕西2省份在高端暴露情形(P99.5)下,幼儿和儿童2个年龄组人群慢性膳食摄入风险较高,但%ADI仍远低于100%。各省份苹果乙撑硫脲慢性膳食摄入风险都是可以接受的,且很低。
表4 不同省份苹果乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估Table 4 Chronic dietary intake risk assessment of ETU residue in apple in different provinces
表5为不同省份苹果样品乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估结果。由表5可知,同一省份内,不同年龄组人群乙撑硫脲急性膳食摄入风险存在明显差异,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)两个年龄组人群由于体重较轻,而苹果摄入量相对较高,因此乙撑硫脲急性膳食摄入风险明显高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象。辽宁省样品乙撑硫脲急性膳食摄入风险明显高于其他省份,其中幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)2个年龄组人群急性膳食摄入风险(%ARfD)分别达到3.29%~6.98%、2.21%~5.15%,需重点关注;其次为陕西省样品,河北、河南、山东、山西4省份样品间无明显差异。总之,各省份乙撑硫脲急性膳食摄入风险都是可以接受,且很低。
2.2.3不同主产区苹果样品乙撑硫脲膳食摄入风险评估
利用基于Monte Carlo模拟技术的@Risk软件分别对渤海湾和西北黄土高原两大苹果优势主产区样品中乙撑硫脲残留监测数据进行分布拟合。拟合结果显示,两主产区苹果样品乙撑硫脲残留数据分布比较符合Gamma、Weibull、LogLogistic、Lognorm、InvGauss、Expon和Pearson5分布等7种分布类型,运用Chi-Squared、Anderson-Darling 和Kolmogorov-Smirnov 3种统计检验方法对2个主产区上述7种分布类型的拟合度进行检验,综合考虑3种拟合结果。结果表明渤海湾和西北黄土高原两大苹果优势主产区样品中乙撑硫脲残留监测数据最佳分布均为Gamma分布,分别记为RiskGamma(1.826 1,0.004 278 9,RiskShift(0.000 100 00))和RiskGamma(2.917 4,0.002 416 7,RiskShift(0.000 100 00))(图6)。
表6为不同主产区苹果样品乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估结果。由表6可知,同一主产区苹果样品,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)两个年龄组人群由于体重较轻,而苹果摄入量相对较高,因此乙撑硫脲慢性膳食摄入风险明显高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象;渤海湾产区苹果样品慢性膳食摄入风险稍高于西北黄土高原产区。取99.5百分位点值时,两大主产区样品慢性膳食摄入风险(%ADI)分别达到2.39%~14.62%、1.71%~10.69%,但仍远低于100%。两大主产区苹果乙撑硫脲慢性膳食摄入风险都是可以接受的。
表5 不同省份苹果乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估Table 5 Acute dietary intake risk assessment of ETU residue in apple in different provinces
图6 不同主产区苹果乙撑硫脲残留拟合分布Fig.6 Analog distribution of ETU residue in apple in different main producing areas
表6 不同主产区苹果乙撑硫脲慢性膳食摄入风险评估Table 6 Chronic dietary intake risk assessment of ETU residue in apple in different main producing areas
表7为不同主产区苹果样品乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估结果。由表7可知,同一主产区苹果样品,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)2个年龄组人群由于体重较轻,而苹果摄入量相对较高,因此乙撑硫脲急性膳食摄入风险明显高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象;渤海湾产区苹果样品急性膳食摄入风险稍高于西北黄土高原产区。取99.5百分位点值时,两大主产区样品急性膳食摄入风险(%ARfD)分别达到1.12%~4.66%、0.81%~3.30%,但仍远低于100%。两大主产区苹果乙撑硫脲急性膳食摄入风险都是可以接受的。
表7 不同主产区苹果乙撑硫脲急性膳食摄入风险评估Table 7 Acute dietary intake risk assessment of ETU residue in apple in different main producing areas
2.3最大残留限量估计值分析
目前,中国尚未制定乙撑硫脲最大残留限量值,仅见欧盟国家规定了植物性农产品中乙撑硫脲最大残留限量值为0.05 mg/kg。本研究根据公式(4)计算得到乙撑硫脲的最大残留限量估计值为0.173 1 mg/kg。对282份苹果样品中乙撑硫脲残留检测值进行分布拟合,乙撑硫脲分布的99.5百分位点残留值为0.0264 mg/kg(图4)。按照最大残留限量可比eMRL略低或略高的原则[16],建议乙撑硫脲的最大残留限量值设为0.2 mg/kg。由此可见,乙撑硫脲分布99.5百分位点残留值显著低于最大残留限量建议值,表明该建议值能够有效的保护消费者膳食消费安全。
3 讨论
3.1二硫代氨基甲酸酯类农药使用及相关研究
二硫代氨基甲酸酯类(dithiocarbamates, DTCs)农药具有高效、广谱性杀菌效果,是目前世界上使用最广泛的杀菌剂,主要用于水果、蔬菜、观赏植物等作物生产中真菌病害的防治[2]。乙撑硫脲是DTCs类农药的环境代谢产物,具有致畸、致癌和致突变作用[3,5-8]。早在1989年,美国就逐渐取消了该类农药在水果和蔬菜上的登记使用,对尚未取消登记使用的农药进行施药次数、用量和安全间隔期的限制,从而减少公众对该类农药的暴露风险[23]。DTCs类农药对防治黑星病、落叶病、霜霉病、锈病等病害方面具有显著效果,因此仍在中国苹果、柑橘、葡萄、西甜瓜等农作物上登记使用。鉴于乙撑硫脲具有“三致”毒性,评价其膳食摄入风险具有十分重要的意义。目前,国内尚未见公开发表的乙撑硫脲膳食摄入风险评估相关报道,仅见关于西瓜、柑橘、黄瓜、苹果、香蕉中乙撑硫脲残留降解动态研究[24-30]。冯秀琼等[27]从天津和烟台采集的苹果样品中,除个别样品外,均检出了痕量的乙撑硫脲残留,检出范围在4.4~42.2 μg/kg,这与本研究得出的检出率和检出浓度相接近。
目前DTCs类农药的最大残留限量值以CS2计,其膳食摄入风险评估也是以CS2量为指标[31-32]。然而,由于该类农药在农产品中残留降解半衰期不同,最终测得CS2含量为该类农药产生的CS2的总和,缺乏专一性,测定的稳定性和重复性较差[30];且该类农药自身毒性很低,其化学性质极不稳定,很容易受环境条件影响而分解,环境代谢产物乙撑硫脲具有典型的“三致”毒性。因此,也有根据乙撑硫脲残留量来间接评价该类农药膳食风险[6,30]。鉴于此,笔者认为,乙撑硫脲残留量能更好的表征该类农药的毒性及膳食风险,所以本研究采用乙撑硫脲残留量来评估苹果中DTCs类农药对中国居民健康带来的风险。关于以何种指标评估该类农药膳食风险较为科学合理有待进一步探讨。3.2苹果乙撑硫脲残留水平及膳食摄入风险评估结果分析
2011年美国环保署发布的农药残留排行榜显示,98%的受检苹果中检出农药残留,位居农药污染最严重的果蔬榜单之首[30]。中国是苹果第一生产国和消费国[33],为保护国民果品膳食安全,苹果上的农药污染状况亟需重视,开展苹果农药残留风险评估迫在眉睫[30]。本研究采样区域覆盖渤海湾(辽宁、山东、河北)和西北黄土高原(陕西、山西、河南)两大苹果优势主产区,282份样品能够比较全面地反映中国苹果乙撑硫脲残留水平。中国苹果乙撑硫脲检出率较高,但绝大多数样品残留量处于痕量水平。不同省份和不同主产区苹果样品之间乙撑硫脲残留水平及检出率均存在较大差异,这与苹果栽培模式、果园管理方式以及不同省份和主产区病害发生情况与农药使用格局均有很大关系[34-37]。苹果乙撑硫脲膳食摄入风险评估结果表明,不同年龄组人群膳食摄入风险存在明显差异,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)两个年龄组人群乙撑硫脲膳食摄入风险显著高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象。但总体而言,不同年龄组人群乙撑硫脲膳食摄入风险都是可以接受的,且很低。Lemes等[6]对巴西圣保罗州苹果、木瓜、草莓中乙撑硫脲残留水平进行了检测和风险评估研究。结果表明,苹果中乙撑硫脲检出率为33%,最大残留量为3.7 μg/kg,平均残留量为1.0 μg/kg;其中东部地区苹果样品检出率达到57%,北部地区木瓜检出率高达到80%。圣保罗州人群乙撑硫脲慢性膳食摄入风险(% ADI)为0.05%~0.09%,远低于100%。本研究测定的282份苹果样品中,乙撑硫脲残留检出率为80.9%,最大残留量达到74.1 μg/kg,平均残留量为6.1 μg/kg,慢性膳食摄入风险(%ADI)为0.35%~13.12%,均高于巴西。究其原因,可能与不同国家农产品质量安全监管体系、农产品生产经营管理方式、农药产品使用格局及农业从业者整体素质和技术水平有关[35-39]。
3.3关于影响最终风险评估结果的因素分析
虽然本研究采样区域覆盖了渤海湾(辽宁、山东、河北)和西北黄土高原(陕西、山西、河南)两大苹果优势主产区,282份样品能够比较全面地反映中国苹果乙撑硫脲残留水平。但在进行不同年龄组人群及不同区域苹果样品慢性膳食摄入风险评估过程中的膳食消费数据采用的是卫生部在2002年进行的中国居民营养与健康状况调查资料,这是目前能够获得的能全面系统反应中国居民膳食状况的最新数据[15,40]。毫无疑问,2002年以来,中国居民膳食结构已经发生了一定的变化,苹果消费量总体会增加[41]。因此,本研究根据2014年中国苹果总产量、加工消耗量、出口量、贮藏损耗率和集中消费天数计算出中国居民日均苹果消费量[16],然后以2002年中国居民营养与健康状况调查资料对不同人群水果膳食消费量比例关系折算出2014年的不同人群苹果消费量,从而减小由苹果消费量增加而导致低估风险的可能性。另外,苹果中乙撑硫脲残留水平多处于痕量水平,且数据多呈高度偏态分布(图4、图5、图6),为减小评估模型的变异度和不确定性,笔者将残留数据拟合分布次数定为100 00次[17,20],在进行概率评估模拟抽样时进行了100 00次迭代计算,保证了高端百分位值趋于稳定,从而得出更为客观的评估结果。
3.4未来果品农药残留风险评估发展方向分析
丁小霞等[20]研究表明,对同一批次数据进行分析,不同点评估模型评估结果差异性显著,且评估结果过于保守(如采用高端暴露量的点评估结果远远高于实际暴露量)。概率评估方法克服了点评估方法不能量化评估结果的变异度和不确定度的缺点,可为风险管理提供科学建议。随着现代模拟计算技术的发展和相关评估数据的不断完善,概率评估方法将在膳食摄入风险评估中应用日广。中国开展农产品质量安全风险评估研究较晚,目前国内对果品中农药残留的风险评估均为单个农药逐一进行评估,即假设消费者接触的可能暴露量低于相关的基本健康参考值(如ARfD值或ADI值),则认为该农药残留带来的风险是可以接受的[42]。然而一个水果样品中往往含有多种农药残留,消费者也会摄入多种水果,因此人们在日常膳食中经常会暴露于多种农药残留,多种农药混合作用综合影响消费者膳食安全。忽视农药的这种多途径、多残留的暴露情况,往往会导致低估消费者所面临的农药膳食摄入风险,影响风险管理者和决策者进行科学决策[43-44]。国外对水果中农药残留的累积性膳食摄入风险评估研究较多[45-46],其中美国已完成了包括有机磷类、拟除虫菊酯类、氨基甲酸酯类、氯乙酰胺类和三嗪类等5类农药的累积性风险评估[16]。国内有关水果农药残留累积风险评估研究报道甚少,随着中国不断重视农产品质量安全和风险评估工作,水果中不同农药种类和不同作用机制的农药复合污染联合毒性风险是未来评估研究的趋势。
4 结论
本文在国内首次通过大规模、覆盖渤海湾(辽宁、山东、河北)和西北黄土高原(陕西、山西、河南)两大苹果优势主产区采样,尝试概率评估方法,明确了国产苹果中乙撑硫脲残留水平并量化了不同年龄组人群、不同省份和不同主产区苹果中乙撑硫脲膳食摄入风险,主要结论如下:
1)中国苹果乙撑硫脲残留检出率较高,综合检出率为80.9%。乙撑硫脲残留量均值为6.1 μg/kg,最高残留量为74.1 μg/kg。绝大多数苹果样品中(占90.4%)乙撑硫脲残留量<10.0 μg/kg。按照欧盟规定的植物性食品中乙撑硫脲最大残留限定值为50 μg/kg计,超标率仅为1.4%(图1)。282份苹果样品中乙撑硫脲残留量离散程度较大,变异系数高达134.6%,且不同省份和不同主产区之间离散程度存在明显差异。
2)不同年龄组人群膳食摄入风险存在明显差异,幼儿(2~6岁)和儿童(7~13岁)两个年龄组人群乙撑硫脲膳食摄入风险明显高于青少年(14~17岁)和成年(18~59岁),为重点监控对象。但总体而言,中国不同年龄组人群乙撑硫脲膳食摄入风险均较低,其中慢性膳食摄入风险(%ADI)介于0.35%~13.12%,急性膳食摄入风险(%ARfD)介于0.22%~3.94%,均远低于100%。
3)不同省份苹果乙撑硫脲膳食摄入风险虽存在明显差异,辽宁、陕西2省份膳食摄入风险高于其他4省份,但均远低于100%,不同省份乙撑硫脲膳食摄入风险也是可以接受的;渤海湾产区苹果样品膳食摄入风险稍高于西北黄土高原产区,但即便取99.5百分点值,两大主产区样品膳食摄入风险仍远低于100%,两大主产区苹果乙撑硫脲膳食摄入风险都是可以接受的,且很低。
4)根据最大残留限量估计值,建议中国苹果中乙撑硫脲最大残留限量值设为0.2 mg/kg。
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Nonparametric probabilistic evaluation of ethylenethiourea dietary intake risk in apple
Ye Mengliang, Nie Jiyun※, Xu Guofeng, Yan Zhen, Zheng Lijing
(Institute of Pomology, Chinese Academy of Agricultural Sciences; Laboratory of Risk Assessment on Fruit Quality and Safety(Xingcheng), Ministry of Agriculture; Quality Inspection and Test Center for Fruit and Nursery Stocks, Ministry of Agriculture(Xingcheng), 125100, China)
Abstract:Food quality and safety risk assessment work is a recent development in China.Several studies on risk assessment of pesticide residues in fruits have been reported.The deterministic point estimation approach based on a single-point estimation(such as an average value or a high percentile)was the primary method in these studies.Using this method, dietary intake was evaluated by multiplying the mean agrochemical residual level and mean fruits consumption data.These numbers were easy to derive, but did not take into consideration the variation and uncertainty between individuals in the evaluation process.A nonparametric probabilistic evaluation model could better quantify the health risk for the general population by taking both variation and uncertainty into account.The outputs from Monte Carlo simulations can be specified at any percentile, making the calculation more intuitive and more convenient for evaluating the health risk in the general population.The probabilistic evaluation approach, therefore, is gradually becoming a focus of research into food quality and safety risk assessment in China.Dithiocarbamates(DTCs)are considered as one of the most important organosulfur compounds used as fungicides.These DTCs are widely used as non-systemic fungicides in agriculture and horticulture.Ethylenethiourea(ETU)is a toxicologically relevant degradation and/or biotransformation product of DTCs.It has been reported that ETU has caused cancer in experimental animals and may be carcinogenic in human, which should be considered in a consumer risk assessment.The professional risk assessment software @Risk, based on Monte Carlo simulations, was used to evaluate the dietary intake risk.First, data on the ETU residual content in 282 apple samples were collected for distribution fitting, which was checked by three statistical test methods - the Chi-Squared test, the Anderson-Darling test and the Kolmogorov-Smirnov test; the optimum fitting distribution was selected from the results.Simulations were performed with 10,000 iterations in the process of distribution fitting and with 10,000 simulation calculations for each population subgroups, ensuring that high percentile values would be more stable.The purpose was to ascertain ETU residue level in domestic apple and quantify the dietary intake risk for the general population consuming apple with ETU residues.A total of 282 apple samples were randomly collected from two main apple superior producing areas, including the Bohai bay(Liaoning, Shandong and Hebei)and the Northwest loess plateau(Shaanxi, Shanxi and Henan).To determine whether the human intake of ETU exceeded health safety limits, we evaluated toxicological endpoint values such as the acceptable daily intake(ADI)and acute reference dose(ARfD).The %ADI and %ARfD represented for chronic dietary intake risk and acute dietary intake risk, respectively.The results showed that the detectable rate of ETU was 80.9%, the average of residue contents was 6.1 μg/kg, the maximum residue content was 74.1 μg/kg, and the vast majority of ETU residual content of the 282 apple samples(90.4%)were lower than 10.0 μg/kg.The discrete degree of ETU residual content was large(134.6%)among 282 apple samples.Variation Coefficient of different provinces was in the following order: Shaanxi(150.7%)>Liaoning(146.8%)>Hebei(91.2%)>Shandong(88.1%)>Henan(54.9%)>Shanxi(51.8%).Difference of dietary intake risk in different age groups was clear, that the ETU dietary intake risks of the infants(aged 2 to 6)and children(aged 7 to 13)were significantly higher than that of teenagers(aged 14 to 17)and adults(aged 18 to 59), so they were the vital monitoring objects.But overall, the dietary intake risk for different age groups consuming apples was low in China, and chronic and acute dietary intake risk of ETU were 0.35%~13.12%(%ADI)and 0.22%~3.94%(%ARfD), respectively, which was far lower than 100%.Differences of dietary intake risk of different provinces and different main producing areas were obvious, but the dietary intake risk of ETU was still much lower than 100%, which was acceptable.Based on the eMRL, MRL of ETU in apples was proposed to be 0.2 mg/kg.This study will provide references for apple quality safety supervision and carrying out the work of fruits quality and safety risk assessment systemically in the future.
Keywords:models; risk assessment; pesticides; apple; ethylenethiourea; dietary intake; nonparametric probabilistic evaluation model
通信作者:※聂继云(1970-),男,四川大竹人,研究员,博士生导师,主要从事果品加工、质量安全、质量标准等研究。兴城中国农业科学院果树研究所,125100。Email: jiyunnie@163.com。
作者简介:叶孟亮(1989-),男,河北邯郸人,研究方向为果品贮藏与质量控制。兴城中国农业科学院果树研究所,125100。Email: yemengliang413@163.com。
基金项目:国家农产品质量安全风险评估计划(GJFP2014002,GJFP2015002);中央级科研院所基本科研业务费专项(0032014013);中国农业科学院科技创新工程项目(CAAS-ASTIP-2015-RIP)
收稿日期:2015-07-20
修订日期:2015-11-13
中图分类号:TS201.6
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2016)-01-0286-12
doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2016.01.040