传统发酵白牦牛酸奶重金属风险评估

刘 静，白斌芳，白天麟

（1.甘肃省食品检验研究院，甘肃 兰州 730030；2.甘肃省天祝县东大滩乡畜牧站，甘肃 天祝 733215）

环境中的重金属（如铅、砷、镉、铬等）会通过食物链的迁移在人体中沉积，给人体健康带来极大的威胁。美国环保局已在1979年将包括铅、砷、镉、铬等13种元素在内的重金属及其化合物列入污染物名单，建议对这些能够对人体健康产生危害的污染物进行重点监控[1]，我国也制定了针对污染物控制的国家标准[2]，将铅、砷、镉、铬等污染物在各种食品中的限量作为控制危害的有效指标列入其中。随着人们对重金属危害意识的不断增强，近年来，不管是国家食品安全风险评估中心还是研究学者都对各种污染物的危害进行了不同程度的健康风险评估。

风险评估是指对人类在特定时期内暴露于食品中的化学物所产生的可能危害及与生命和健康相关的风险特征进行描述，一般分为四个步骤：危害识别、剂量-反应评估、膳食暴露评估和风险表征[3]。膳食暴露评估一般是根据膳食调查和污染物暴露水平调查的数据进行计算，得到对人体危害的暴露量，从而为风险评估提供可靠的接触数据或估计值[4]。风险评估一般有两种方法：一种是单一的点评估；另一种是概率评估。目前，已有学者针对多种食品进行了重金属风险评估。浦云霞等[5-8]对面制品中铝、铅、镉进行了暴露评估；张文凤[9]对珠三角地区肉鸡组织中的重金属分布及健康风险进行了研究；孙万成等[10-11]对不同牧场牦牛乳重金属进行了暴露水平分析，并对各元素回归相关性进行了研究；王旭[12]对广东省蔬菜进行了重金属风险评估研究；蒋定国[13]对不同食品进行聚类，针对不同的食品研究了铅和镉的膳食暴露评估状况。

白牦牛作为天祝地区特有的生态资源，常年生活在高寒缺氧的环境中，正是这种极端环境造就了白牦牛酸奶微生物资源的多样性[14]。目前对白牦牛及其奶产品进行重金属暴露评估的报道较少，余群力[15]对白牦牛环境及肉奶产品食物链危害进行了分析，并对其安全体系进行了研究；陈其元[16]对白牦牛放牧地土壤、牧草、肉奶产品重金属污染进行了研究，而后，又于2007年对天祝白牦牛牛奶重金属污染状况进行了分析[17]，然而，关于白牦牛酸奶重金属风险评估鲜有报道。近年来，随着牧民居住环境的不断改善，一些久居深山的牧民逐渐搬离了原来的居住地，转而住进了交通方便的人口聚集地，随着人类活动及周围环境的不断影响，使得曾经完全依靠传统手段发酵的白牦牛酸奶不同程度地受到各种未知因素的影响，因此有必要对其受重金属污染程度及对人体的暴露进行风险评估，以确定食用安全性，以期为传统发酵白牦牛酸奶的市场化奠定科学基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

传统发酵白牦牛酸奶：按照随机抽样的原则从天祝地区采集白牦牛酸奶49份，经测定其中有26份样品Pb、As、Cd和Cr均未检出，因此，选择有检出值的23份样品进行后续的风险评估。各乡镇采样及对应样品编号如下：炭山岭镇（1#～4#），石门镇（5#～7#），赛什斯镇（8#～12#），抓喜秀龙镇（13#～20#），安远镇（21#），松山镇（22#～23#）；硝酸（优级纯）：德国默克集团；混合标准溶液（10.0 mg/L），内标元素储备液（1 000 mg/L）：中国计量科学研究院。

1.2 仪器与设备

AE200分析天平：美国METTLERTOLEDO公司；DUOPUR1308酸纯化仪、Ultra LAVE微波消解仪：意大利Milestone；NexION 300X电感耦合等离子体质谱仪（inductively coupledplasmamassspectrometry，ICP-MS）：德国PerkinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

称取混合均匀的样品0.2～0.5g（精确至0.0001g），加入3.0mL用酸纯化仪处理过的硝酸，加盖，设置合适的微波消解条件，放入微波消解系统进行消解，消解结束后冷却取出，用水反复冲洗消解液并定容至50mL，同时做试剂空白。

1.3.2 标准曲线的绘制

准确吸取含质量浓度10.0 mg/L Pb、As、Cd和Cr的混合标准溶液0、0.10 mL、0.20 mL、0.30 mL、0.40 mL、0.50 mL，分别置于100 mL的容量瓶中，加入5.0 mL用酸纯化仪处理过的硝酸，用去离子水定容至刻度，配制成质量浓度为0、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL、30.0 ng/mL、40.0 ng/mL、50.0 ng/mL的混合标准工作液。将混合标准溶液注入电感耦合等离子体质谱仪中，测定待测元素和内标元素的信号响应值，以待测元素的浓度为横坐标，待测元素与所选内标元素响应信号值的比值为纵坐标，绘制标准曲线。

1.3.3 试样溶液的测定

将空白溶液和试样溶液分别注入电感耦合等离子体质谱仪中，测定待测元素和内标元素的信号响应值，根据标准曲线得到消解液中待测元素的浓度，试样中待测元素的含量按下式计算：

式中：X为试样中待测元素的含量，mg/kg；C为试样溶液中待测元素质量浓度，ng/mL；C0为试样空白液中待测元素质量浓度，ng/mL；V为试样消化液定容体积，mL；f为试样溶液的稀释倍数；m为试样质量，g。

2 结果与分析

2.1 4种元素的标准曲线

4种元素的标准曲线结果如图1所示。

图1 4种元素标准曲线Fig.1 Standard curves of 4 kinds of elements

2.2 各元素含量及区间分布

由图2可知，23种样品中Pb元素含量范围在0.001 08～0.018mg/kg，平均值为0.00385mg/kg，中位值为0.00301mg/kg；As元素含量范围在0.006 5～0.011 4 mg/kg，平均值为0.008 68 mg/kg，中位值为0.008 44 mg/kg；Cd元素含量范围在0～0.001 65 mg/kg，平均值为0.001 34 mg/kg，中位值为0.001 42 mg/kg；Cr元素含量范围在0.186～0.405 mg/kg，平均值为0.276 mg/kg，中位值为0.272 mg/kg。除Pb以外，其他元素的含量范围变化均较小，且变化趋势不大；Pb、As元素含量大多集中在较低范围内，Cd元素含量较多地集中在偏高的区间，而Cr元素含量较多地分布在中位值附近。

2.3 不同地区各元素污染分布比较

由于石门镇、安远镇和松山镇有检出值的样品数量达不到分析污染分布的比例，因此，选择炭山岭镇、赛什斯镇和抓喜秀龙镇进行污染分布比较，结果见图3。

图2 23份样品中Pb、As、Cd、Cr元素含量（A）及区间分布（B）Fig.2 Content(A)and interval distribution(B)of Pb,As,Cd,Cr in 23 samples

图3 各元素污染分布比较Fig.3 Comparison of pollution distribution of each element

由图3可以看出，三个地区样品的Pb元素含量差异较大，赛什斯镇的样品Pb元素含量范围较集中，抓喜秀龙镇的样品Pb元素出现一个偏离较大的值，炭山岭镇和抓喜秀龙镇样品Pb元素的中位值基本一致，赛什斯镇的较低，其值较多的集中在偏低的范围内；三个地区样品的As元素含量变化都不大，赛什斯镇的变化幅度稍大一些，抓喜秀龙镇样品的As元素含量较为集中；三个地区样品的Cd元素变化幅度相对较大，较其他两个地区而言，炭山岭镇样品的Cd元素含量分布较为集中，抓喜秀龙镇样品Cd元素存在一个未检出值，因此变化幅度较大，与其他地区相比，Cd元素含量偏低；三个地区样品的Cr元素中位值基本一致，除抓喜秀龙镇以外，其他两个镇的变化幅度较小。

2.4 不同年龄人群重金属暴露评估

分别对传统发酵白牦牛酸奶中Pb、As、Cd和Cr元素的暴露量进行非参数概率评估，得到不同人群的单位体质量日暴露量（estimated daily intake，EDI）分布状况。

2.4.1 暴露评估模型[12]

式中：EDI为每日暴露量，mg/（kg·d）；EFr表示暴露频率，d/y，采用国际通用做法为365 d/y；ED表示暴露持久性，y，假定我国居民持续暴露时间为72 y；FIR表示人均每日奶及其制品的膳食摄入量，g/（day·person）；C表示重金属含量，mg/kg；FP表示加工因子，采用国家通用做法，默认为1；Fm表示变异因子，采用国家通用做法，默认为1；WAB表示人均体质量，kg/person；ATn表示平均无癌症反应时间，day，假定为72 y×365 d/y。因此，该模型可以简化为：

2.4.2 不同人群的平均体质量及人均每日奶及其制品的膳食摄入量

根据欧盟的化学污染物暴露评估的人群分组模式[18]，本研究采用表1的分组模式，根据中国居民营养与健康状况调查报告[19]，得到不同人群的平均体质量及每人每日奶及其制品的消费量。

表1 年龄分组情况及对应的平均体质量、奶及其制品的每日平均消费量Table 1 Age grouping situation and corresponding average weight,daily consumption of milk and its products

2.4.3 不同年龄人群重金属暴露量

选择以上几种典型的目标人群，计算不同元素的EDI，结果如图4所示。

从图4可以看出，4种重金属元素对不同人群的暴露趋势基本一致，无论是10岁以下的儿童还是11岁以上的男性和女性，随着年龄的增长，暴露量逐渐降低，年龄越大暴露量越低，且儿童普遍高于成人，女性的暴露量较男性的高。

2.5 重金属风险描述

风险描述采用国际上公认的可以量化风险的目标风险系数（target hazard quotient，THQ）法，分别对Pb、As、Cd和Cr的风险进行评估，通过计算得到不同人群重金属膳食风险商分布状况。

图4 不同人群各元素的暴露量Fig.4 Exposure of each element in different populations

2.5.1 风险描述模型

评估采用目标风险系数法，计算公式[12]如下：

式中：THQ为目标风险系数；RfD表示每日参考剂量，mg/（kg·d）；EFr、ED、FIR、C、FP、Fm、WAB、ATn代表的含义同上。因此，该模型可以简化为：

2.5.2 每日参考剂量

本研究的4种重金属每日参考剂量取值[12]如表2所示。

表2 4种重金属每日参考剂量Table 2 Daily reference dose of 4 kinds of heavy metals

2.5.3 重金属膳食摄入风险评估

计算不同元素的THQ，结果如表3所示。

从表3可以看出，各元素的THQ都较小，总体来看，都是10岁以下儿童的较大，各元素的THQ大小依次为Cr＞As＞Cd＞Pb。

表3 各元素的膳食摄入风险评估值Table 3 Dietary intake risk assessment values of each element

2.6 不同种类重金属危害贡献率

由于一种重金属或多种重金属的暴露可能对同一器官造成叠加的风险[20]，因此，计算不同人群各元素的累加THQ，结果如图5所示。从图5可以看出，当不同种类的重金属同时作用时，1～3岁儿童的累加THQ最高，为0.13，其他人群的累加THQ都较小，远小于1，说明此类发酵酸奶对人体不构成任何危害。从不同重金属对危害的贡献来看，贡献最大的是Cr，其次是As，Pb和Cd的贡献都较小，且差别不大。

3 结论

检测49份传统发酵白牦牛酸奶中的Pb、As、Cd和Cr，结果发现，有26份样品四种元素均未检出，考察另外23份样品中Pb、As、Cd和Cr利用非概率评估模型评估对人体的暴露量，结果显示，1～3岁儿童的累加THQ最高，为0.13，其他人群的累加THQ都较小，各元素的THQ大小依次为Cr＞As＞Cd＞Pb，暴露风险在可接受的范围内，通过比较发现，儿童的暴露量普遍高于成人，女性的暴露量较男性的高，且随着年龄的增长，暴露量逐渐降低。