茶叶中高氯酸盐的污染情况及健康风险初步评估

吴 微,冯德建,许 洋,田 伟,管 驰,李怀平,邹 燕

(中国测试技术研究院,茶叶标准与检测技术四川省重点实验室,四川成都 610021)

茶叶是世界上三大传统饮品之一,因其含有与人体健康密切相关的茶多酚、茶氨酸、茶多糖等活性成分,被世界卫生组织(WHO)和中国预防医学会列为世界六大天然保健饮料之首[1]。2016年我国出口欧盟的茶叶被曝检测出高含量“高氯酸盐”的事件引起了我国对茶产业新型污染物“高氯酸盐”的广泛关注,推动了我国对茶叶高氯酸盐相关研究工作的开展。高氯酸盐是一种高稳定性、高水溶性、非挥发性的有毒无机物,被广泛应用于军事、烟火、皮革加工等领域[2-3]。研究表明长期摄入高剂量高氯酸盐可干扰甲状腺素的合成与分泌,从而导致神经损伤、甲状腺功能障碍甚至甲状腺癌[4-5]。茶树种植过程中使用的化肥、灌溉用水、工业废水或自来水中含氯消毒剂的使用以及包装材料的迁移都可能成为茶叶中高氯酸盐污染的来源。欧盟有关组织拟将茶叶中的高氯酸盐含量强制性标准定为0.75 mg/kg[6-7]。

目前,我国关于茶叶中高氯酸盐的研究主要集中在检测分析方法上,包括离子色谱法[8]、离子色谱-串联质谱法[9]和液相色谱-质谱/质谱法[10-13]等,而对我国不同区域内茶叶中高氯酸盐的污染报道较少,仅有华永有等[14]对广东、福州、海南、江西四个地区6种茶类中高氯酸盐污染情况进行了分析,目前仍尚未有全国茶叶主产区范围乃至全国范围内茶叶中高氯酸盐污染情况的相关报道以及茶叶中高氯酸盐限量的相关研究。

为此,本文利用前期建立的茶叶中高氯酸盐的液相色谱-串联质谱测定方法[12],分析了我国中、东、西部地区15个省份共计279个茶叶样品中的高氯酸盐的污染情况，并对其健康风险进行了初步评估,以期为尽快出台茶叶中高氯酸盐的限量标准,以及系统开展茶叶中高氯酸盐污染的来源、积累分布规律、后期净化等研究提供科学参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

市售279个茶叶样品,具体样品信息见表1;高氯酸钠(含量≥99.5%)、乙酸铵 分析纯,成都科龙化工试剂厂;甲醇、乙酸、乙腈、甲酸 均为色谱纯,美国Sigma-Aldrich公司;实验用水 符合GB/T 6682-2008一级水要求的超纯水。

表1 茶叶样品信息Table 1 Information of tea sample

Agilent 1260/G 6420型液相色谱-串联质谱联用仪(配ESI源) 美国Agilent公司;ProElut C18固相萃取柱(500 mg/6 mL) 天津博纳艾杰尔科技有限公司;Anke TGL型高速离心机 上海安亭科学仪器厂;BS211D型电子天平 德国Sartorius公司;Milli-Q型超纯水器 美国Millipore公司;DZKW-4型电热恒温水浴锅 北京中兴伟业仪器有限公司;XW-80A型漩涡混合器 上海驰唐实业有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 准确称取约5.0000 g(精确到0.0001 g)茶叶样品于250 mL具塞三角瓶中,加入100 mL超纯水,于80 ℃恒温水浴锅中浸提10 min,冷却至室温后取5 mL浸提液于10000 r/min下离心10 min,取0.5 mL上清液过已经2 mL乙腈和2 mL超纯水活化过的C18固相萃取柱,弃去流出液,再吸取1 mL上清液过C18固相萃取柱,收集流出液,涡旋振荡30 s,供液相色谱-串联质谱联用仪测定。

1.2.2 液相色谱与质谱条件

1.2.2.1 色谱条件 色谱柱:Agilent Zorbax Sax色谱柱(4.6×150 mm,5 μm);流动相:A为100 mmol/L乙酸铵水溶液,B为甲醇,C为乙腈;梯度洗脱程序见表2;流速:0.7 mL/min;色谱柱温度:25 ℃;进样量:5 μL,分流比:1∶1。

表2 流动相的梯度洗脱程序Table 2 Procedure of gradient elution of mobile phase

1.2.2.2 质谱条件 离子源:ESI源,负离子模式;扫描方式:多重反应监测(MRM);干燥气(N2)温度:350 ℃;雾化气(N2)压力:35 psi;干燥气流速:12.0 L/min;喷雾电压:3500 V;监测离子对m/z:98.9→83.0(定量)、101.0→85.0;碎裂电压:120 V;碰撞能:30 V;扫描时间:300 ms。

1.2.3 健康风险评价 采用US EPA推荐的健康风险评价四步法计算茶叶中的高氯酸盐通过茶汤摄取途径所致的个人健康危害风险。

1.3 数据处理

利用Excel和IBM SPSS Statistics V22.0软件进行数据分析,采用K-S法检验样本是否呈正态分布,采用中位数表述偏态分布数据均值,采用Mann-Whitney检验对组间数据进行比较,P<0.05有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 各地区茶叶中高氯酸盐含量检测结果分析

表3 各地区和各种类茶叶高氯酸盐含量(n=279)Table 3 Results of perchlorate content in kinds of tea in different areas(n=279)

采用高效液相色谱-串联质谱法对全国15个茶叶主产区内茶样高氯酸盐进行了检测,高氯酸盐标准溶液和代表性茶叶样品的多反应监测图如图1所示,样品经前处理后,其高氯酸盐保留时间与标准溶液中高氯酸盐的保留时间一致,且经文献[12]方法学验证结果说明本方法适合茶叶中高氯酸盐定性定量检测。采用K-S法检验各地区茶叶中高氯酸盐含量的结果及高氯酸盐含量差异显著性比较如表3～表4所示。由表3可知,高氯酸盐含量除湖南、江苏以及贵州三省份,其余地区茶叶及不同种类茶叶中高氯酸盐含量均不服从正态分布,且不服从均匀分布,故以中位数结果代表各地区茶叶及各茶类中高氯酸盐分布均值。在279个茶叶样品中,高氯酸盐整体检出率为98.6%,检出量范围为ND～1.6466 mg/kg,中位值为0.1138 mg/kg,参考欧盟拟设定的茶叶中高氯酸盐限量值0.75 mg/kg[7],检出的高氯酸盐超标率为3.9%。

图1 标准溶液(A)和G338样品溶液中高氯酸盐(B)的MRM图Fig.1 MRM chromatograms of perchlorate in standard solution(A)and G338 sample solution(B)

从地域分布分析:西部地区高氯酸盐检出量显著低于中东部地区(表4,P<0.05),其高氯酸盐检出量范围为ND～0.6243 mg/kg,中位值为0.0675 mg/kg,检出率为98.0%,超标率为0.0%。在西部地区省市中,以云南省茶叶中高氯酸盐检出量最低(检出量范围为ND～0.3920 mg/kg,中位值为0.0297 mg/kg,检出率为95.0%,超标率为0.0%)。中部地区茶叶中高氯酸盐检出量范围为ND～1.5079 mg/kg,中位值为0.2006 mg/kg,检出率为97.8%,超标率为19.6%,且在中部省市中,以湖南省茶叶中高氯酸盐检出量最高(检出量范围为0.0552～1.5079 mg/kg,中位值为0.3785 mg/kg,检出率为100.0%,超标率为44.4%)。东部地区茶叶中高氯酸盐检出量范围为0.0109～1.6466 mg/kg,中位值为0.1151 mg/kg,检出率为100.0%,超标率为1.5%。虽然东部地区茶叶中高氯酸盐检出量最大值高于中部地区,但从整体结果以及超标率分析,中部地区茶叶中高氯酸盐检出量显著高于东部地区(表4,P<0.05)。

表4 各地区和各种类茶叶高氯酸盐含量差异显著性比较Table 4 Significant differences comparison of kinds of tea in different areas and kinds

从茶类上分析:红茶中高氯酸盐检出量范围为ND～0.7956 mg/kg,中位值为0.0920 mg/kg,检出率为98.2%,超标率为1.9%;黑茶中高氯酸盐检出量范围为ND～1.5079 mg/kg,中位值为0.0618 mg/kg,检出率为96.4%,超标率为3.6%;绿茶中高氯酸盐检出量范围为0.0163～1.4638 mg/kg,中位值为0.1453 mg/kg,检出率为100.0%,超标率为5.9%;乌龙茶检出范围为0.0159～1.6466 mg/kg,中位值为0.0887 mg/kg,检出率为100.0%,超标率为6.8%;白茶中高氯酸盐检出量范围为0.0109～0.4586 mg/kg,中位值为0.1183 mg/kg,检出率为100.0%,超标率为0.0%;根据对不同茶类采样地分析,结果与地域分析结果基本吻合:来源于云南等西部地区的红茶和黑茶结果无显著性差异(表4,P>0.05),来源于福建等东部地区的乌龙茶和白茶结果也无显著性差异(表4,P>0.05),但来自于西部地区的茶类与东部地区的茶类之间有显著性差异(表4,P<0.05);而绿茶采样范围较广,包括中部地区所有省份及东西部地区部分省市,故其结果与其他茶类相比均显著偏高(表4,P<0.05)。

2.2 茶叶中高氯酸盐含量健康风险初步评估

按照美国环境保护署推荐的健康风险评估四步法对茶叶中高氯酸盐的健康危害进行风险评估[15-16]。由于高氯酸盐为非致癌化学物质[17],故其产生的健康风险评估是通过计算危害商数(Hazard Quotient,HQ)进行判断。虽然茶叶为固体物质,但是高氯酸盐在水中的溶解度较高,此处以100%溶出考虑,按非致癌物质风险系数计算公式进行计算

式中:RfD为高氯酸盐的参考剂量,mg/kg·d;CW表示茶叶中高氯酸盐浓度,以不同地区各自最大检出量代替,mg/kg;IR表示茶叶的日均摄入量,g/d;EF表示暴露频率,d/y;ED表示暴露持续时间,以人从20岁至死亡进行计算,y;BW表示体重,以女性平均体重计,kg;AT表示平均暴露时间,d。

各参数取值见表5,HQ计算结果见表6,根据US EPA风险评价指标可知:中部地区的河南、湖北、湖南三省以及东部地区的广东省茶叶高氯酸盐HQ值均大于1,而西部地区茶叶HQ值均小于1。若以HQ值等于1时对应的茶叶中高氯酸盐含量值为最大残留限量(MRL),按照茶叶全部摄入体内,高氯酸盐的浸出率为100%计算得MRL值为1.15 mg/kg。

表5 暴露评价模型参数取值Table 5 Parameter values used in exposure assessment model

表6 茶叶高氯酸盐HQ值Table 6 HQ values of perchlorate in tea

3 结论

检测的全国中、东、西部地区15个省份共计279个茶叶样品表明,我国茶叶普遍存在高氯酸盐污染,但不同地区高氯酸盐污染情况具有明显差异。西部地区茶叶高氯酸盐污染情况较中东部地区轻,中东部地区部分茶叶高氯酸盐检出值超过限量(0.75 mg/kg),应引起重视。

从HQ值计算结果可知:中部地区的河南、湖北、湖南三省茶叶以及东部地区的广东省茶叶高氯酸盐均存在健康风险,安徽省茶叶HQ值0.90虽然小于1,但接近于1,应该引起重视,而西部地区各省市茶叶均不存在高氯酸盐健康风险,以HQ为1时茶叶中高氯酸盐的浓度1.15 mg/kg为最大残留限量(MRL),其较欧盟拟设定的强制性限量标准0.75 mg/kg略高,这种残留量差异由欧盟人群和我国居民饮茶习惯以及体型等因素的不同导致的,本文计算出的1.15 mg/kg为符合我国居民饮茶习惯的茶叶高氯酸盐MRL值。

针对我国茶叶中的高氯酸盐污染,应尽快更加全面和深入地开展茶叶中高氯酸盐污染现状、污染来源、积累分布规律、健康风险等系统性研究,切实保护消费者的身体健康安全,并制定适合我国国情的茶叶中高氯酸盐限量标准以及出台消除高氯酸盐污染的措施办法,从而破除国外新型绿色贸易技术壁垒对我国茶叶出口的制约,推动我国茶产业高质量发展。