郑州市葡萄农药污染特征及膳食摄入风险评估

罗俊霞, 张刚, 李艳珍 , 申战宾, 赵建波, 杨华, 段鹿梅, 刘青,宋晓爽, 赵利敏, 张威

1. 郑州市农产品质量检测流通中心,郑州 450006

2. 河南恒晟检测技术有限公司,新郑 451100

3. 开封市农产品质量安全检测中心,开封 475000

4. 郑州市农业技术推广中心,郑州 450006

5. 郑州市农业综合行政执法支队,郑州 450002

葡萄是一种美味可口、营养价值极高的浆果。其含有丰富葡萄糖和有助于消化的果酸,同时富含钙、钾、磷和铁等多种矿物质、维生素 B1、B2、B6、C和P 等多种维生素以及多种氨基酸等营养物质,对人类的健康大有裨益[1]。 我国在葡萄生产中有80多种常见病害和120 多种虫害[2];在生产中势必根据其发生的种类与程度选择不同的农药进行综合防治,由此在葡萄中产生的残留也会对人类的健康造成较大的危害,因此其质量状况不容忽视。

近年来围绕葡萄产品的风险评估有大量报道:杨德毅等[3]对我国浙江金华生产的葡萄进行了101个农药参数的监测,并采用点评估的模式评估了其急性和慢性膳食暴露风险;王玉倩[4]评价了不同栽培方式下我国贵州山地葡萄的膳食暴露风险;Loutfy 等[5]通过田间试验探讨了尼罗河流域葡萄中异丙二酮降解规律,并对其暴露情况进行评估;刘河疆等[6]对我国新疆不同栽培方式、不同生产环节的葡萄中115 种农药残留状况进行了比较,也评估了其急、慢性膳食暴露风险;但葡萄的病虫害在不同的地区有不同的发生规律,其发生的种类和程度亦有所不同[7],栽培模式也会对其发生产生一定的影响[8],因此在生产中所用的农药有所不同。 为了全面保证上市葡萄的食用安全,有必要在各地对上市葡萄农药残留的污染状况进行调查,对其农药残留膳食暴露状况进行风险评估。 笔者持续对郑州市大型葡萄基地的葡萄产品进行抽样调查,选择近10年的监测数据对葡萄中农药的污染特征进行分析,采用点评估模型对其膳食摄入风险进行评估,揭示其膳食暴露风险隐患,认为采用安全系数之和(ΣIFS)对葡萄的整体质量安全水平进行评价较为合理,期望通过评估能为郑州市葡萄的健康消费和科学生产提供技术支撑。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 取样地点、时间与方法

取样地点为郑州市二七区、惠济区、巩义市、登封市、新密市和新郑市等地的大型葡萄生产基地;取样时间为葡萄成熟上市采收季节;取样方法参照《农药残留分析样本的采样方法》(NY/T 789—2004)中随机取样法,每份样品取样3 kg。

1.2 检测方法及监测的农药种类

1.2.1 检测参照方法

2011—2016年,参照《蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药多残留的测定》(NY/T 761—2008)方法进行检测;2017—2020年,采用实验室内部确认的QuEChERS 方法进行检测。

1.2.2 监测的农药品种和对应的检测仪器

2011—2016年,采用气相色谱-火焰光度检测器(GC-FPD)检测甲胺磷、氧乐果、甲拌磷、对硫磷、甲基对硫磷、甲基异柳磷、水胺硫磷、乐果、敌敌畏、毒死蜱、乙酰甲胺磷、三唑磷、丙溴磷、杀螟硫磷、二嗪磷、马拉硫磷、亚胺硫磷、伏杀硫磷和辛硫磷等19 种有机磷农药;采用气相色谱-电子捕获检测器(GCECD)检测六六六(4 种)、滴滴涕(4 种)、氯氰菊酯(4种)、氰戊菊酯(2 种)、甲氰菊酯、氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯(4 种)、溴氰菊酯、联苯菊酯、氟胺氰菊酯(2 种)、氟氰戊菊酯(2 种)、氯菊酯、三唑酮、百菌清、三氯杀螨醇、五氯硝基苯、乙烯菌核利、异菌脲、腐霉利和硫丹等35 种有机氯或者菊酯类农药。

2017—2020年,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS/MS)检测氧乐果、甲拌磷、甲基对硫磷、甲基异柳磷、水胺硫磷、毒死蜱、三唑磷、丙溴磷、杀螟硫磷、二嗪磷、马拉硫磷、亚胺硫磷、伏杀硫磷、敌百虫、特丁硫磷、倍硫磷、治螟磷、蝇毒磷、灭线磷和杀扑磷等 21 种有机磷农药、六六六(4 种)、滴滴涕(4 种)、氯氰菊酯(4 种)、氰戊菊酯(2 种)、甲氰菊酯、氯氟氰菊酯、氟氯氰菊酯(4 种)、溴氰菊酯、联苯菊酯、氟胺氰菊酯(2 种)、氟氰戊菊酯(2 种)、三唑酮、百菌清、三氯杀螨醇、五氯硝基苯、乙烯菌核利、异菌脲和腐霉利等33 种有机氯或者菊酯类农药以及氟虫腈、氟甲腈、氟虫腈硫醚、氟虫腈砜、苯醚甲环唑、哒螨灵、嘧霉胺、虫螨腈、咪鲜胺、嘧菌酯、二甲戊灵、硫丹和稻丰散等药物;采用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS/MS)检测甲胺磷、甲拌磷亚砜、对硫磷、乐果、敌敌畏、乙酰甲胺磷、涕灭威、涕灭威亚砜、涕灭威砜、克百威、3-羟基克百威、甲萘威、灭多威、异丙威、仲丁威、速灭威、灭蝇胺、多菌灵、吡虫啉、辛硫磷、啶虫脒、甲氨基阿维菌素苯甲酸盐(以下简称甲维盐)、烯酰吗啉、噻虫嗪、氟啶脲、灭幼脲、阿维菌素和除虫脲等有机磷类、氨基甲酸酯类和烟碱类等多种农药。

1.3 仪器、试剂与标准品

1.3.1 仪器

GC-FPD(岛津 2010 型,配 AOC-20i 自动进样器和DB-1701 色谱柱,日本岛津公司);GC-ECD(VARIAN3800 型,配CP-8400 自动进样器和VARIANCP-sil8CB 色谱柱,美国瓦里安公司);超高效液相色谱-串联三重四极杆质谱仪(Agilent 6410 型,配有电喷雾离子源(ESI)和 Agilent ZORBAX-CN 柱,Agilent公司,美国);气相色谱串联质谱仪(456-TQ 型,配PALLHS2-xt-BRUK 型自动进样器和 DB-17MS 50%聚苯基甲基硅氧烷柱,德国)。 离心机(UNIVERSAL320 型,海蒂诗公司,德国);氮吹仪(NEVAP 型,Organomation 公司,美国);多功能振荡器(MultiReax 型,海道夫公司,德国);超纯水机(Milli-QAdvantageA10 型,Millipore 公司,美国);匀浆机(SilentCrusherM 型,Heidolph 公司,德国);固相萃取仪(CYCQ-12D 型,恒奥科技有限公司,中国);电子天平(JM-B3002,百分之一,余姚市纪铭称重校验设备有限公司,中国);分析天平(SartoriousME235S 型,十万分之一,Sartorious 公司,德国)。

1.3.2 试剂与耗材

乙腈、丙酮和甲醇(色谱纯,德国Merck 公司);氯化钠(分析纯,天津科密欧有限公司,中国);C18 Endcapped(Agilent 公司,美国);N-丙基乙二胺(PSA)(Agilent 公司,美国);无水硫酸镁(分析纯,Agilent 公司,美国,使用前于650 ℃下灼烧4 h);尼龙针孔滤膜(0.22 μm,津腾公司,中国)。

1.3.3 标准品

各农药标准品(1 000 μg·mL-1)购自农业农村部环境保护科研监测所(天津),先用丙酮分别稀释成80 μg·mL-1的储备液,检测时根据需要进行混合和稀释。

1.4 数据处理

1.4.1 葡萄被农药污染的特征

对色谱或者质谱的检测结果进行记录和汇总,因2017—2020年比2011—2016年间监测的风险因子增加较多,所以对农药的污染特征的分析分为2011—2016年和 2017—2020年 2个时间段。

1.4.2 风险评估方法

采用点评估模式,以安全系数(IFS)评价葡萄中某种农药残留对消费者健康的影响,以风险系数(R)衡量危害物的风险程度[9],用评价葡萄中农药对消费者健康平均的危害;用ΣIFS 对葡萄的整体质量安全水平进行评价。

IFS 和R分别按照公式(1)和公式(2)进行计算。

式(1)中:IFS 为安全系数;EDIC为污染物农药C 的摄入量估算值,EDIC=RT×EI×EF×PF(PF 为加工处理因子,本文研究鲜食葡萄,PF 设为1;RT 为葡萄中污染物农药C 的残留水平,本文取实际检测到的污染物农药C 的残留中值;EF、EI 分别为葡萄的可食用部分因子和估计摄入量,因为葡萄种子较小,可以忽略不计,EF 设为1,EI 参照赵丽云和何宇纳[10]的调查数据);f为安全摄入量的校正因子,取1;mb为人体平均体质量,参照文献[11-12]所给出各年龄段男女体质量平均值;SIC为安全摄入量,采用《食品安全国家标准食品中最大农药残留限量》(GB 2763—2021)中每日允许摄入量(ADI)。根据公式(3)求出。

式(2)中:R为风险系数,F为某种农药残留的施检频率,P为该种农药残留的超标率(exceedance frequency),S为该种农药残留的敏感因子,a和b分别为相应的权重系数,本文按照常规,设定a为100,b为0.1。P和F均为在指定时间段内的计算值,敏感因子(S)可根据当前该危害物的重要性和关注的敏感度进行适当的调整,因为本文数据来源于正常施检,所以设定S为 1。 其中,S、P和F随研究的时间区段发生动态变化,可视具体情况计算其短期、中期和长期风险系数。根据公式(3)求出。

1.5 判定方法和风险描述

1.5.1 安全系数的判定和风险描述

当IFS＜1 时说明所监测农药在该时间段对葡萄的质量安全没有明显影响,当时,在所选择的时间段内葡萄的质量安全在可接受的范围之内。

1.5.2 风险系数的判定和风险描述

若R＜1.5,该某种农药为低度风险;1.5 ＜R＜2.5时,该农药中度风险;R＞2.5,该农药高度风险。

2 结果与分析(Results and analysis)

2.1 葡萄中农药残留污染特征分析

2.1.1 葡萄中农药残留检出种类及其浓度分布

由表1 可知,无论 2011—2016年还是2017—2020年,杀虫剂的检出种类多于杀菌剂,大部分杀菌剂的检出频率高于杀虫剂。 在2011—2016年,杀虫剂氯氰菊酯、联苯菊酯、氰戊菊酯、毒死蜱和杀菌剂腐霉利、百菌清有检出,检出率分别为12.8%、8.51%、4.26%、2.13% 和 4.26%、2.13%;在 2017—2020年,杀虫剂吡虫啉、氯氟氰菊酯、啶虫脒、氯氰菊酯、联苯菊酯、噻虫嗪、虫螨腈、甲维盐、毒死蜱和杀菌剂烯酰吗啉、嘧霉胺、苯醚甲环唑、嘧菌酯、多菌灵、腐霉利、异菌脲有检出,检出频率分别为21.1%、13.5%、11.5%、11.5%、9.61%、5.77%、1.92%、1.92%、1.92%和 53.8%、51.9%、44.3%、40.4%、25.0%、23.1%、11.5%;各种检出农药的浓度分布各不相同(表1)。 在2011—2016年和2017—2020年间,葡萄生产中所使用农药稍有不同,杀菌剂异菌脲和杀虫剂氰戊菊酯在葡萄生产中的应用有差别,异菌脲在2011—2016年、氰戊菊酯在2017—2020年未检出。

表1 葡萄中检出农药及浓度分布情况Table 1 Detection and concentration distribution of pesticides in grapes

在摩贝网和CAS 数据库中进行检索,查询检出农药使供试生物群体50%死亡的剂量(经口)[13],同农药毒性分级进行比对或者结合相关研究[14-15],得知所检出的杀菌剂均为低毒或微毒,所检出的杀虫剂均为中毒或低毒,高毒和剧毒的有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂没有检出。 这说明,近20年的农产品质量安全监管初见成效,剧毒、高毒农药在葡萄生产中的应用得到有效遏制。 微毒杀菌剂百菌清较低毒杀菌剂异菌脲、多菌灵、嘧菌酯、嘧霉胺、苯醚甲环唑、烯酰吗啉检出率低,微毒的杀虫剂甲维盐较其他中等毒性或低毒的杀虫剂如联苯菊酯、氯氰菊酯、氯氟氰菊酯、吡虫啉、啶虫脒和噻虫嗪的检出率低,因此建议相关部门加强葡萄上使用的农药品种的登记力度,为葡萄生产者提供可供选择的高效、低毒的农药品种。

2.1.2 葡萄中检出农药的残留水平及其毒理学参数

葡萄中检出农药的残留水平及其毒理学参数如表2 所示(虫螨腈在葡萄中未进行登记,采用桑葚的数据)。由表2 可知,检出农药残留水平较高的均是杀菌剂,分别是微毒的腐霉利和低毒的烯酰吗啉、嘧霉胺、多菌灵和嘧菌酯,其最高含量分别为2.7、3.4、2.5、1.8 和1.1 mg·kg-1,其中腐霉利、烯酰吗啉、嘧霉胺和多菌灵未超出《食品安全国家标准食品中最大农药残留限量》(GB 2763—2021)中规定的浆果和其他小型类水果、小型攀缘类水果、皮可食小型攀缘类水果葡萄限量值5、5、4 和 3 mg·kg-1,其残留水平中值都在较低水平,分别为0.42、0.16、0.42 和 0.17 mg·kg-1;嘧菌酯有高于限量1 mg·kg-1的样品,超标率为1.92%;杀虫剂联苯菊酯有超标样品,超标率为1.92%。

表2 检出农药残留水平及毒理学参数Table 2 The detected pesticide residue level and toxicological parameters

2017—2020年间,杀菌剂苯醚甲环唑和嘧菌酯的残留超标率分别为3.85%和1.92%,杀虫剂氯氟氰菊酯、氯氰菊酯、甲维盐和联苯菊酯的残留超标率为7.69%、3.85%、1.92%和1.92%。 10年来郑州市基地葡萄中检出的8 种杀菌剂和10 种杀虫剂的中值

都较低,只有甲维盐的检出中值为0.078 mg·kg-1,高于《食品安全国家标准 食品中最大农药残留限量》(GB 2763—2021)中规定的限量,但甲维盐的检出率较低,为1.01%。

2.1.3 葡萄中农药多残留检出情况

葡萄中农药多残留检出情况如图1 所示。 由图1 可知,2011—2016年同 2017—2020年相比,因为监测农药种类数量上存在较大差异,含有农药多残留的样品相对较低,为2.13%(3 种);2017—2020年,含有农药多残留的样品分别为25.0%(3 种)、17.3%(4 种)、13.5%(5 种)、7.69%(6 种)、5.77%(7 种)和1.92%(8 种)。

图1 葡萄中检出的农药种类数量及所占比例Fig.1 Quantity and proportion of pesticides detected in grape

2.2 10年来郑州市葡萄的安全水平

2.2.1 10年来葡萄中检出的各种农药对人类的危害

根据表2 中各农药的检出中值和ADI 值,计算出各年龄段各种检出农药的安全系数、所有农药安全系数之和(ΣIFS)和农药安全系数平均值,结果如表3 和表4 所示。

表3 葡萄中检出农药的安全系数(IFS)Table 3 The safety factors (IFS) of pesticides detected in grapes

由表4 可知,葡萄中检出的各种农药对各年龄段人群的IFS 值均处于极低水平,表明近10年郑州市葡萄的质量安全水平完全可以接受;但由表4 中和ΣIFS 来看,葡萄产品中单一农药对人体的危害及葡萄产品的整体毒性对低年龄段人群的的危害较高年龄段的人群大,郑州市的葡萄对11 岁以上的人群更为安全,原因是高龄人群较低龄人群的葡萄摄入量低;随着年龄段的提高,葡萄产品对城市人群和农村人群的危害差异变化较大,突出表现在4 ~6岁人群、45 ~69 岁人群、＞70 岁人群、7 ~10 岁人群;原因是 4~6 岁、45~69 岁、＞70 岁、7~10 岁人群摄入水果的量及人均体质量在城市和农村之间差别较大。

2.2.2 葡萄中农药残留的风险系数

近10年葡萄中农药残留的风险系数如表5 所示。 由表5 可知,近10年,给郑州市葡萄的质量安全带来较高风险的农药是氯氟氰菊酯、苯醚甲环唑和氯氰菊酯,其风险系数分别是5.19、3.19 和3.1;中等风险的农药是甲维盐和联苯菊酯,其风险系数分别是2.19 和2.1;其他农药均为低风险农药,其风险系数均＜1.5。 建议在葡萄生产中谨慎使用杀菌剂苯醚甲环唑和杀虫剂氯氟氰菊酯、氯氰菊酯、甲维盐。根据文献可知,甲维盐是微毒农药[13],但其在葡萄上的限量却低于中等毒性的氯氟氰菊酯,甲维盐应用于葡萄生产中的毒理作用有待于进一步研究,以确定其在葡萄中限量的合理性。

表5 检出农药的风险系数Table 5 The risk coefficient of pesticides detected

3 讨论(Discussion)

王冬群等[9]、马新耀等[16]均采用表征产品中危害物对消费者健康的整体危害程度,而Barouki等[17]提出蓄积性暴露(aggregate exposure)和累积性暴露(cumulative exposure)的概念,将机体经不同来源及多种途径暴露于同一污染物的情况定义为蓄积性暴露,将机体经不同来源及多种途径暴露于多种污染物,即多种蓄积性途径上多种化学物暴露定义为累积性暴露;由此引出联合毒性效应的概念,即不同来源、不同方式暴露于多种化学物对目标生物体的毒性效应。 在农作物生产过程中,基于不同目的会选择不同的化学污染物进行干预,所以笔者认为机体通过同一来源也可以暴露于多种污染物,如本研究中同一个葡萄样品中会检出多种不同的农药残留。 关于对联合毒性效应的评估,国际科学生命研究所/健康与环境科学学院(ILSI/HESI)、经济合作与发展组织(OECD)和世界卫生组织(WHO)等相关风险评估机构联合提出了多种污染物联合暴露风险评估框架[18-19],建立起阶层式逐级评估策略,强调整个评估规划的系统性和逻辑性[20]。 从来看,近10年郑州市的葡萄品质安全可以接受,但是个别样品整体检出的农药种类较多,最多可达7 ~8 种,检出农药种类多的样品与检出农药少的样品相比,其毒性和对人体健康造成的危害势必要大,采用评估此类多残留样品对人体健康造成的整体危害显然较为偏颇,笔者认为采用×n(或 ΣIFS)评估此类样品对人体健康造成的整体危害更为合理,此类多残留样品对人们身体健康造成的整体危害也应引起监管部门的重视。

同时本文采用点评估法,在评估中存在一些不确定因素,会对评估结果造成影响。 如:暴露评估的关键是要采用最接近真实值的个体污染物暴露量,本文采用赵丽云和何宇纳[10]的调查报告中给出的数据,报告中记录的中国各年龄段人群的水果摄入量远远未达到国家营养协会的推荐量,而在实际生活中高收入人群和低收入人群的水果摄入量差别较大;同时随着生活水平的提高水果摄入量也在发生变化,这势必引起评估结果的变化。 而将个体作为研究对象的概率评估模型,通过统计模拟,在膳食消费量和污染物残留量2个独立分布样本中进行随机抽样并配对相乘,其模拟的结果更符合实际,但需要相应的数据软件作为支持[21]。

近10年,郑州市葡萄中共检出8 种杀菌剂和10 种杀虫剂,未检出禁限用农药,其中杀菌剂的检出率和残留水平普遍高于杀虫剂,但就点评估的结果来看,各农药的安全系数和风险系数都在可接受的范围内,葡萄经膳食摄入的风险水平在可接受范围。 但葡萄产品仍可能存在多种农药残留造成联合污染的风险。