东山湾海马齿(Sesuvium portulacastrum)中15种常量和微量元素分析及其风险评价

2021-08-27杨妙峰席英玉郑盛华郑惠东

渔业研究 2021年4期

杨妙峰，席英玉，郑盛华，林娇，郑惠东

(1.福建省水产研究所，福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室，福建厦门 361013；2.福建省海洋生物资源开发利用协同创新中心，福建厦门 361013)

海马齿(Sesuviumportulacastrum)又名滨水菜、海马齿苋等，属番杏科海马齿属，为我国福建、广东、海南等南方沿海地区常见的多年生匍匐状肉质草本植物，多与红树林伴生于河流入海口泥滩地、盐滩等海边沙地和滩涂地带，盐浓度适应范围广，抗旱、抗盐和抗水淹能力显著[1-3]。海马齿具有高蛋白、低脂肪、富含矿物质元素和人体必需氨基酸等营养特点，在印度和东南亚国家也有人工驯化栽培作为蔬菜食用的历史，有一定的食用价值(偶食蔬菜)和药用价值，也可作为饲料使用[1，3-6]。

东山湾作为福建省最大的海水养殖基地和渔业生产基地[7]，网箱养殖区和围垦养殖多集中于八尺门海域[8]，富营养化程度较高。东山湾八尺门海马齿种植基地利用海马齿对海水中氮、磷等营养元素较好的移除和利用能力[2，9]，将其扦插移植于海水网箱养殖区，建立“鱼菜共生”养殖新模式，通过海马齿植株的生长，缓解养殖自身对氮、磷等营养元素的环境污染问题。但当海马齿生长进入稳定期后，其二次利用的途径就成为制约该养殖模式示范推广的瓶颈，本研究选择该基地海水中生长的海马齿，测定其体内多种矿物质元素含量，并采用单因子污染指数法、膳食暴露和健康风险评价等方法，较系统地评估了海马齿的食用安全性，以期为海马齿再利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

2019年5月在东山湾八尺门海马齿种植基地(E117°24′35.3″、N23°46′12.1″)，分3组采集进入稳定生长期的海马齿(生长时间约1年，平均茎长1.28 m，平均根须长0.52 m，茎围10～25 mm)，用纯水清洗沥干后，分别按根、茎、叶进行采摘，冷冻干燥后用食品级多功能粉碎机研磨并过筛(200目)，于聚乙烯袋密封备用。

1.2 分析方法与质量控制

1.2.1 分析方法

按照《GB 5009.268—2016食品安全国家标准食品中多元素的测定》[10]规定的电感耦合等离子体质谱法和《GB 5009.11—2014 食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》[11]、《GB 5009.17—2014 食品安全国家标准食品中总汞及有机汞的测定》[12]规定的原子荧光法分别对海马齿根、茎、叶样品中钠(Na)、钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)、铁(Fe)、锰(Mn)、锌(Zn)、铜(Cu)、铬(Cr)、镍(Ni)、硒(Se)、铅(Pb)、镉(Cd)、总汞(Hg)、砷(As)和无机砷(Asi)等含量进行测定。

1.2.2 仪器设备

ICP-MS(7700x，Agilent)；双道原子荧光光度计(AFS-9130，北京吉天仪器有限公司)；高效液相色谱仪(1260 HPLC，Agilent)；微波消解仪(Mars 6，CEM)；超纯水系统(Milli-Q element A10，Millipore)等。

1.2.3 试剂及标准物质

试剂：浓硝酸、浓盐酸、浓硫酸、高氯酸、氢氧化钾、正己烷等为优级纯，其余试剂均为分析纯。

标准物质：GNM-M283339-2013多元素标准溶液购自国家有色金属及电子材料分析测试中心；三价砷和五价砷标准溶液购自o2si公司。GBW10025螺旋藻成分分析标准物质作为元素测定的质控样，购自地球物理地球化学勘察研究所(无机砷测定则采用加标回收作为质控手段)。

1.3 数据分析与评价

1.3.1 迁移系数

迁移系数[13-14]FT1、FT2和FT分别代表重金属在根-茎、茎-叶和根-叶的迁移能力，计算公式分别为：FT1=C茎/C根，FT2=C叶/C茎，FT=C叶/C根，其中C根、C茎、C叶分别为海马齿根、茎、叶中重金属元素含量，%(常量元素)或μg·g-1(微量元素)。

1.3.2 单因子污染指数法

Si=Ci/Cs，式中，Ci为第i类评价因子的实测浓度；Cs为第i类评价因子的参比标准，采用《GB 2762—2017食品中污染物限量》[15]规定的限值。单因子污染指数Si<0.2为安全，未受污染；0.2≤Si≤0.6为轻污染；0.6

1.3.3 膳食暴露评估

1)污染元素

采用FAO/WHO《食品中化学物风险评估的原则和方法》中的点评估方法，对海马齿的膳食暴露进行初步评估[17-19]。

式中，EM代表测定污染物的月膳食暴露量，是以单位体重表示的目标人群每月重金属污染物的摄入量，μg·kg-1；EW代表测定元素的周膳食暴露量，是以单位体重表示的目标人群每月重金属污染物的摄入量，μg·kg-1；C代表重金属污染物的含量，μg·g-1；Ir代表目标人群的每日消费量，取值98.14(类比绿叶蔬菜，参考2018年福建省居民人均消费蔬菜及菜制品量86.16～98.14 g/d，以高值计[20])，g·d-1；BW代表目标人群的体重，kg，成年人取值60 kg。

2)营养元素

多元素总复合风险：TTHQ=∑THQ=∑ADD/TDI，TDI为每日容许摄入量，mg·(kg·d)-1，参考《中国居民膳食营养素参考摄入量》[22-23]的成人(>18岁)可耐受最高摄入量(UL)，Ca、Fe、Zn、Se、Cu分别为2 000 mg/d、42 mg/d、40 mg/d、400 μg/d和8.0 mg/d(代入计算时换算成单位体重值)；Ni取值12 μg·(kg·bw)-1(TDI)[24]，Mn取值11 mg/d(UL)[25]。其余Na、K、Mg、Cr仅有适宜摄入量(AI)或推荐摄入量(RNI)[22-23]，分别为1 500 mg/d、2 000 mg/d、330 mg/d和30 μg/d，不进行风险统计。TTHQ大于1，表明多元素整体摄入水平高于安全限值，有一定的安全风险，应引起重视；TTHQ小于1则表示多元素摄入的总复合风险在安全限值内，对人体没有安全风险。

1.3.4 致癌/非致癌风险评价

采用美国环保署(USEPA)推荐的健康风险评价模型[26-28]。

非致癌风险Rn=∑ADD/RfD，RfD为污染物的经口参考剂量，mg·(kg·d)-1。若Rn≤1，表明重金属污染物尚未对人体造成健康风险；Rn>1，有很大可能性对人体健康产生影响；Rn>10，已经对人体健康造成威胁，存在慢性毒性。

致癌风险Rc=∑ADD×OSF，其中OSF为污染物的经口致癌斜率因子，[mg·(kg·d)-1]-1。若Rc≤1×10-6，表明重金属污染物不会对人体健康造成致癌风险；1×10-61×10-4，则可能存在引发癌症的风险。

表1 重金属经口摄入的致癌斜率因子及参考剂量[29]

1.3.5 制图及数据分析

采用Origin 9.0、Excel 2010和SPSS 18.0进行图件制作和数据分析。

2 结果与讨论

2.1 海马齿中常量和微量元素含量及其分布规律

除Na和K外，海马齿中元素分布呈根>茎≈叶的规律，叶和茎(可食用部位)中Na、K含量最高，Mg、Ca次之，Fe/Mn、Zn、Cu、As、Cr/Ni、Se、Pb、Cd、Hg依次降低，与曾碧健等[5]对海马齿可食用部位中元素含量排序的Na>K>Ca>Mg>Mn>Fe>Zn>Cu>Se(采自海南省乐东黎族自治县海岸)和唐贤明等[4]的Na>K>Mg>Ca>Fe>Zn/Mn>Cu>Cr/Se/Ni>As>Pb>Cd>Hg(采自海南省陵水县黎安港海区)相似；根中各元素的含量排序则为Na/K>Mg/Mn/Fe/Ca>Zn>Cu>Cr/Ni/Pb>As>Se>Cd>Hg。如表2所示，采自海南省陵水县黎安港海区的海马齿，可食用部位的元素含量与东山湾海马齿的叶和茎相比无显著差异(P>0.05)，不同来源的海马齿中各元素含量波动或与其生长环境元素本底值以及生长时间有关。

表2 海马齿中常量和微量元素含量(n=3)

此外，海马齿根、茎、叶中无机砷含量均未检出，按“食品中低水平污染物可信评价”原则[30]，用检出限(LOD)(此处为0.030 μg·g-1，d.w.)计算无机砷占总砷的比例，占比依次为0.68%、4.17%和3.53%，远低于普通蔬菜中无机砷占比的33%～77%[31]。水环境和未受污染的土壤中砷形态均以无机砷为主，砷可通过硅酸盐(AsⅢ)或磷吸收系统(AsⅤ)等途径进入陆生植物根系内并向上运输[32]，陆生植物体内砷形态以无机砷为主，但海洋生物体内砷形态以有机砷为主[33]。杨慧[34]也指出，陆生蔬菜砷含量低，主要以无机砷为主；水生蔬菜(海生蔬菜)砷含量较高，但主要以无毒的有机砷为主。因此，海马齿体内无机砷含量较低的特性，可能与其海水无土生长环境有关。

2.2 海马齿中的元素迁移系数及迁移特征

不同元素在海马齿中的迁移能力不同，其中根-茎迁移系数(FT1)在0.003 8～3.10之间(均值0.38)，Na的迁移能力最强，Fe/Mn最弱；叶-茎间的迁移则较通畅，迁移系数(FT2)在0.52～3.56之间(均值1.36)，Hg的迁移能力最强，K最弱；叶-根迁移系数(FT)在0.006 3～3.57之间(均值0.40)。如图1所示，FT主要受FT1制约(相关系数0.983，P<0.01)，同样Na最强，Fe/Mn最弱。总体而言，Na是海马齿植株内迁移最通畅的元素(FT1、FT2、FT均大于1)；Fe/Mn主要在根部累积，属于最不易向上迁移的元素。微量元素向地上部分迁移能力较弱，FT1较小，根部含量明显高于茎、叶，这可能是因为根细胞壁中存在大量能固定重金属离子的交换位点，阻止了重金属离子向地上部分迁移[35]。

Na的迁移系数FT1、FT2比K的FT1、FT2分别高出2.55倍和1.24倍，Na高K低的特征随离子在根、茎、叶迁移过程被逐步放大——钠钾比(Na/K)值分别为1.08、3.84和8.58，迁移系数的差异反映了海马齿在盐生环境下对离子的选择吸收(对K的抑制和对Na的积累)——海马齿属于真盐生植物，钠离子是海马齿的重要营养元素，Na+比同等浓度的K+和Cl-更能促进海马齿生长发育、细胞膨大和地上部分肉质化，且盐浓度的提高或处理时间延长均可增加其茎叶肉质化程度；Na积累在海马齿叶片中，K含量则随着Na含量的增加而降低，显示出Na对K吸收有明显的竞争抑制[36-37]。

另一方面，丁国华等[36]指出，200～300 mmol/L NaCl处理下的海马齿具有最佳生长状态，高盐和低盐环境都是海马齿的胁迫因子。八尺门海区盐度约在500～600 mmol/L区间内，属于高盐胁迫，海马齿吸收的Na向地上部分(茎、叶)迁移以避免其在根部过量累积，茎叶则表现为以肉质化程度增加来适应盐生环境——离子区域化是植物避免盐毒害的重要方式之一，海马齿将细胞中的Na区域化积聚于液泡中，既通过贮存大量水分降低了盐离子浓度，吸收积累的Na以结晶的方式存在于细胞内，又可通过参与渗透调节降低渗透势，以利于植物从外界环境中吸收水分[37-41]。

2.3 海马齿的钠钾比特征

植物体内钠钾比差异与品种有一定关系，如图2所示，呈海马齿、盐地碱蓬[42]、海蓬子(俗称海芦笋)[43]、长茎葡萄蕨藻[44]>秋茄等5种红树林植物[45-46]>非盐生的耐盐植物(如红麻、田菁、高丹草)[42]、大型海藻(如浒苔、海带、羊栖菜、龙须菜等)[47-48]的规律。海马齿叶中的钠钾比远高于根部，K叶低根高的趋势明显，Na则正好相反(图3)，说明海马齿对Na的吸收可能属于主动吸收；而秋茄等红树植物叶中K的含量较高，海莲和秋茄根的钠钾比远大于叶，其余3种红树植物叶和根的钠钾比相差不大，Na属于被动吸收，是对海水盐环境适应的结果[45-46]。另外，本文海马齿钠钾比明显高于唐贤明等[4]报导的海马齿可食用部位的3.15，而韩冰等[37]用不同浓度NaCl培养海马齿15 d，叶片中钠钾比随NaCl浓度增加而增大(由对照的0.78最大增至4.01)，海马齿体内钠钾比的变化由其对Na、K等元素摄取量差异所导致，可能与采集时海马齿所处的生长阶段、生长时间和生长环境密切相关，与林建云等[49]“浒苔矿物元素含量与生长阶段密切相关，也受不同海域环境影响”的结论一致，图2中来自不同海区的海带和龙须菜，钠钾比也有所差异。

注：1.大型海藻1～4采自福建近海[47]，5～9采自青岛近海[48]，10采自海南黎安港海区[44]；2.耐盐植物11～13和19采自河北唐山滨海盐土区，钠钾比为成熟期地上部分的数值[42]；3.14～18为红树林，其中海莲采自海南东寨港[45]，其余采自福建九龙江口[46]，钠钾比为叶的数值；4.20为本文海马齿叶的钠钾比；5.21为海蓬子嫩茎钠钾比[43]。

2.4 食用安全评价

海马齿富含矿物质元素和人体必需氨基酸、蛋白质，具有一定的营养和保健价值，范伟等[3]、唐贤明等[4]和曾碧健等[5]均对其营养成分进行了相关探讨，认为海马齿的营养价值稍高于红萝卜、马铃薯等常见蔬菜，是一种极具潜力的可开发为高营养绿色保健的野生海洋蔬菜品种，而食用安全也是其作为食品的重要考察目标之一，以下主要对海马齿重金属含量方面的食用安全性进行评价。

2.4.1 海马齿中重金属质量评价

根据《GB 2762—2017食品中污染物限量》[15]，参照新鲜蔬菜(叶菜蔬菜)，海马齿中Pb、Cd、Hg、As、Cr含量均满足对应的食品中污染物限量标准要求，单因子污染指数Si均小于0.2，处于未受污染水平。

表3 海马齿重金属污染物含量及限量标准

2.4.2 膳食暴露与健康风险评价

海马齿被食用时的叶、茎比以1∶1计，参照2018年福建省居民人均消费蔬菜及菜制品量[20]，则食用海马齿后无机砷的暴露量0.005 5 μg·(kg·bw·d)-1，暴露边界比为545，不存在暴露风险(MOE>100)；Pb的暴露量为0.025 μg·(kg·bw·d)-1，暴露边界比为48，膳食暴露风险较低(MOE>1)。Cd的月摄入量EM为0.26 μg·(kg·bw)-1，占PTMI的1.05%；Hg(以总汞计)的周摄入量EW为0.008 2 μg·(kg·bw)-1，占PTWI的0.20%，摄入风险较低。

就营养元素来说，海马齿中Na、K、Mg和Cr的膳食暴露量分别为15.2 mg·(kg·bw·d)-1、2.97 mg·(kg·bw·d)-1、1.10 mg·(kg·bw·d)-1和0.069 μg·(kg·bw·d)-1，分别占适宜摄入量或推荐摄入量的60.8%、8.9%、19.9%和13.7%，含量较丰富；而Ca、Fe、Mn、Zn、Cu、Ni和Se的暴露量分别为0.49 mg·(kg·bw·d)-1、8.09 μg·(kg·bw·d)-1、8.20 μg·(kg·bw·d)-1、1.89 μg·(kg·bw·d)-1、0.48 μg·(kg·bw·d)-1、0.053 μg·(kg·bw·d)-1和0.034 μg·(kg·bw·d)-1，分别占每日容许摄入量或可耐受最高摄入量的1.46%、1.16%、4.47%、0.28%、0.36%、0.44%和0.51%，总复合风险TTHQ为0.087，加上Hg和Cd后也仅为0.099，对人体没有安全风险。

此外，无机砷、Cd、Cr、Hg和Zn等8种重金属元素膳食摄入造成的非致癌风险在0.003～0.059之间(图4)，总非致癌风险Rn仅为0.14，风险水平小于1，尚未对人体造成健康风险；总致癌风险Rc为8.24×10-6，风险程度处于人体可接受范围内。

总体而言，海马齿中重金属的膳食暴露水平较低，健康风险处于人体可接受范围内。

2.4.3 海马齿的钠钾比及其食用分析

海马齿的耐盐特性，可为淡水资源缺乏的盐碱地区(如运输不便的离岸海岛)，提供新的本地蔬菜供应思路，如前所述，食用海马齿能满足60.8%人体所需Na的膳食摄入量及8.90%的K摄入需求。陈夏威等[50]指出，居民摄食中Na的摄入多来自食用盐(占63.4%)，而膳食K则分别来源于谷类(20.9%)、蔬菜(17.4%)、禽畜肉类(15.5%)和水产品(14.8%)。按含水率换算成鲜重，海马齿叶和茎中K含量分别为0.098 7%和0.264%、Na含量分别为0.845%和1.01%，而普通市售蔬菜中K含量范围在0.107%～0.409%，Na含量范围在14.0～596 μg·g-1[51]，可知海马齿K含量虽与普通蔬菜相差不大，Na含量却高出13～720倍，大量食用容易造成食用者Na摄入偏高，不利于体内钾钠平衡[4]，但因具有的天然咸味和较高的营养价值[3-5]，其仍可作为普通蔬菜的膳食补充(偶食性)而得到利用。比如同属真盐生植物的海蓬子，尽管嫩茎中Na含量高达19%(干重)，而K含量与一般蔬菜相当[43]，具有较高的钠钾比，但已作为新型海水蔬菜走进市场，并通过深加工逐步得到高值化利用[52]。