中國大米重金屬健康風險評估研究進展

戴洪文， 宋秀賢， 辛俊亮， 黃白飛

(湖南工學院，湖南衡陽 421002)

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中國大米重金屬健康風險評估研究進展

戴洪文， 宋秀賢， 辛俊亮， 黃白飛

(湖南工學院，湖南衡陽 421002)

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，重金屬污染問題越來越嚴重。大米容易吸收和積累有毒重金屬元素，食用受重金屬污染的大米，容易產生潛在的健康風險。通過健康風險評估能提前預警大米重金屬污染對人類造成的威脅。大米重金屬暴露評估方法主要包括重金屬每日攝入量(EDI)、目標危害系數(THQ)與綜合危害指數(HI)等。綜合分析了我國部分地區(qū)人們攝食大米的重金屬暴露參數。

健康風險評估；重金屬；大米；暴露參數

大米是人們日常飲食中的主食之一，能提供人體糖、蛋白質、維生素、膳食纖維和礦物質等多種營養(yǎng)元素。隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，土壤和水體環(huán)境受重金屬污染日益加重[1-2]。我國大約有16%的農田土壤(約2 000萬hm2)被重金屬污染[3]。土壤中的重金屬可通過 “土壤-植物-人”的途徑進入人體，對人體健康產生潛在威脅，如鎘(Cd)可引發(fā)人類癌癥，對腎臟、肝臟和神經系統(tǒng)產生毒害[4-5]；鉛(Pb)對兒童智力發(fā)展產生不利影響，可引發(fā)腎病、高血壓和心血管疾病[6-7]。大米容易受到重金屬不同程度污染，人們食用受重金屬污染的大米后重金屬會在人體內富集，并對人體健康產生不利影響[8]。因此，大米重金屬的健康風險已引起社會廣泛關注。

風險評估由危害識別、危害特征描述、暴露評估和風險特征描述4個基本步驟組成[9]。其中，危害識別和危害特征描述可參照聯合國糧農組織(FAO)/世界衛(wèi)生組織(WHO)的工作，直接采納相關信息。暴露評估作為風險評估的重要組成部分，是對經食物或其他途徑而可能攝入人體內的物理、化學和生物因素進行的定性和/或定量評估。風險特征描述作為評估的最后一個階段，是對前3個階段所收集信息的綜合描述。風險評估是減少食源性疾病的重要手段，對大米重金屬健康風險尤其適用。筆者對我國大米重金屬污染現狀及重金屬暴露評估的方法進行了綜述。

1 大米重金屬污染現狀

農田土壤容易受到不同程度的重金屬污染，進而導致其所種植的糧食、蔬菜和水果等食物中鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、汞(Hg)和砷(As)等重金屬含量超標或接近臨界值。研究人員已對我國部分地區(qū)和城市大米重金屬污染狀況進行了調查研究，調查結果見表1。

表1 我國部分地區(qū)和城市大米重金屬含量

Qian等[17]調查了2005—2008年全國市售大米中重金屬含量，發(fā)現大米中Cd、Pb、Hg和As的平均含量分別為0.050、0.062、0.006和0.119 mg/kg，Cd、Pb和Hg的超標率分別為2.2%、0.8%和0.4%，As沒有出現超標。Cheng等[18]調查了我國東南6省(市)31個城市大米內Cd和Pb含量，發(fā)現大米Cd和Pb的平均含量分別為0.081和0.114 mg/kg，超標率分別為4.1%和15.2%。Fu等[15]調查了浙江省臺州市生長在受重金屬污染土壤上生長的大米的重金屬含量，發(fā)現大米Cd、Pb、Cr、Hg、As、Ba、Co、Cu、Mn和Ni平均含量分別為0.224、2.042、0.107、0.022、0.155、2.587、0.387、4.260、28.640和0.761 mg/kg，其中Cd、Pb和Hg的超標率分別為31.0%、100%和15.3%。蔡文華等[10]于2012—2014年對廣東省市售大米中Cd和Pb含量進行了檢測，發(fā)現大米Cd和Pb的平均含量分別為0.091和0.013 mg/kg，超標率分別為6.22%和0.11%。

由此可見，我國大米重金屬污染現狀已不容樂觀，已受到一定程度的重金屬污染。盡管各地采用不同的評價標準，但有毒重金屬在大米中的積累較多，殘留水平較高，有的甚至已經超過國家食品衛(wèi)生標準。

2 大米重金屬暴露評估

2.1 重金屬每日攝入量 估算重金屬每日攝入量是評估大米重金屬暴露評估的有效方法之一。有研究人員用EDI(Estimated daily intake)[14-15,17]來表示重金屬每日攝入量，也有用DIM(Daily intake of metal)[19]或者ADID(Average daily intake dose)[20-21]來表示。總體而言，使用EDI來表示重金屬每日攝入量更為常見，其計算公式如下：

(1)

式中，EDI為人體每日重金屬的攝入量(μg/kg)；IR為每日攝食的大米量(kg)；C為大米中重金屬含量(mg/kg)；WAB為人平均體重(kg)。

由于國內沒有相關的重金屬每日攝入量的限量標準，在重金屬暴露評估過程中，大多采用JECFA(The Joint FAO/WHO Expert Committee on Food Additives，FAO/WHO食品添加劑專家委員會)確定的每天允許攝入量(Provisional tolerable daily intake,PTDI)作為參照標準。例如，按照JECFA的建議，成人攝入Cd、As、Cu和Zn等重金屬PTDI值分別為0.83、2.14、500.00和1 000.00 μg/kg[22-23]，即每人每天1 kg體重能耐受的重金屬Cd、As、Cu和Zn的最大值分別為0.83、2.14、500和1 000 μg。如果EDI值小于PTDI值，表明大米重金屬健康風險較??；若EDI值大于PTDI值，表明大米重金屬健康風險較高。Qian等[17]利用重金屬含量的中位值估算了全國8個年齡段人群的重金屬每日攝入量，發(fā)現Cd、Hg和As的每日攝入量范圍分別為0.10～0.23、0.021～0.051和0.43～1.01 μg/kg，均低于PTDI值。蔡文華等[10]研究發(fā)現廣東省大米Cd污染具有地域性差異，大米Cd的每月攝入量為0.3～0.91 μg/kg，占PTDI值的36%～109%，表明人群食用大米存在潛在的健康風險。Hang等[14]研究發(fā)現常熟市當地成年人大米Cr、Cu、Zn、Cd、Hg和As的每日攝入量分別為2.0、26.7、132.8、0.1、0.1和1.4 μg/kg，而兒童的每日攝入量分別為1.8、23.3、115.7、0.1、0.1和1.2 μg/kg，其所估算的EDI值均小于PTDI值，表明當地人食用大米還是相對安全的。

2.2 目標危害系數與綜合危害指數 目標危害系數THQ(Target hazard quotient)，也稱目標危害商，是用來評估食用受污染大米引起的單一重金屬健康風險，以估算攝入量與參考劑量(Reference dose,RfD)的比值表示[24]。綜合危害指數HI(Hazard index)是用來表述多種重金屬目標危害系數之和[14,17,20,25]。THQ或HI大于1表示單種重金屬或多種重金屬對人體具有潛在的健康風險[21]。THQ和HI的計算公式如下：

(2)

(3)式中，EF為人群暴露頻率(d/a)；ED為暴露持續(xù)時間(a)；RfD為參考劑量(μg/kg)；TA為非癌癥性暴露的平均時間。

RfD為參考劑量，由于國內尚沒有相關標準，在實際工作中大多采用USEPA(US Environmental Protection Agency，美國環(huán)境保護署)建議的劑量值，如Cd、As、Cr、Cu、Ni和Zn等重金屬RfD值分別為1.0、0.3、3.0、40.0、20.0和300.0 μg/kg[26]。Qian等[17]對全國市售大米重金屬健康風險進行了評估，發(fā)現單個重金屬的THQ值均小于1，市售大米對人體健康的威脅主要源自Cd和Pb的潛在危害。Hang等[14]對常熟市大米重金屬健康風險進行了評估，發(fā)現Cd、Pb和Cu等單個重金屬的THQ值均小于1，但成年人和兒童的HI值分別為1.726和1.523，均大于1，表明重金屬通過大米攝食途徑給常熟市居民帶來健康風險。Cao等[20]對江蘇省某工業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的本地產大米重金屬健康風險進行了評估，發(fā)現Cu、Zn、Pb、Cr、Hg和Cd等單個重金屬的THQ值均小于1，但6個重金屬的綜合危害指數HI值為0.757，接近于1，表明存在潛在的大米重金屬健康風險。

2.3 居民暴露參數 暴露參數是用來描述人體經口暴露重金屬的量和速率以及人體特征(如體重、壽命等) 的參數，是評估人體暴露重金屬劑量的重要參數之一[27]。暴露參數是健康風險評估中的主要技術基礎數據，重金屬健康風險評估需要建立在對暴露定量的基礎上，再結合劑量-反應關系的相關因子開展。暴露參數數據的準確性直接決定著健康風險評估結果的可信度。美國[27]、歐洲各國[28]、日本[29]和韓國[30]陸續(xù)發(fā)布了適合本國居民特點的暴露參數手冊。這些暴露參數手冊成為政府決策者、技術人員和科研工作者必備的工具，在提高人群重金屬暴露評估和健康風險評估的準確性方面發(fā)揮了十分重要的作用。

目前，我國在重金屬暴露參數方面還沒有一套標準或手冊可供參考，這給重金屬健康風險評估帶來了很大的困難。在計算每日重金屬攝入量EDI和目標危害系數THQ時需要每日攝食的大米量IR、平均體重WAB和平均壽命等基本參數。根據已有文獻報道，筆者統(tǒng)計了我國部分地區(qū)居民通過攝食大米的重金屬暴露參數。由表2可知，我國成人每日攝食的大米量IR值和平均體重WAB值分別為323～425 g和55.9～62.7 kg，最大值分別為最小值的1.3和1.1倍。在我國，每日攝食的大米量IR等參數通常是通過膳食調查結果得到[14-15]，平均體重WAB和平均壽命等參數主要是參考國家相關統(tǒng)計資料[21,25]。然而，國內許多地方并沒有開展相關調查，就只能引用相鄰地區(qū)或類似地區(qū)的資料，由于地區(qū)的差異性，適合某地區(qū)人群的暴露參數并不足以代表其他地區(qū)的暴露特征，這可能會給重金屬健康風險評估結果造成較大的誤差。綜上所述，我國不同地區(qū)的重金屬暴露參數差異較大，缺乏科學可靠的標準，重金屬健康風險評估過程中選取暴露參數的人為隨機性較大，從而嚴重影響重金屬健康風險評估的準確性和科學性。因此，頒布一套適合我國國情的重金屬暴露參數的標準或手冊顯得尤為迫切。

表2 我國部分地區(qū)和城市及部分國家大米重金屬暴露參數

3 小結

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，重金屬污染問題越來越嚴重。通過健康風險評估能提前預警大米重金屬污染對人類造成的威脅。不同研究人員采用的大米重金屬暴露評估方法有所不同。大米重金屬暴露評估的方法包括重金屬每日攝入量(EDI)、目標危害系數(THQ)與綜合危害指數(HI)等方法。筆者綜合分析了我國部分地區(qū)居民通過攝食大米的重金屬暴露參數，發(fā)現在重金屬健康風險評估過程中選取暴露參數的人為隨機性較大，因此，迫切需要頒布一套適合我國國情的重金屬暴露參數標準或手冊。

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Research Progress on Health Risk Assessment of Heavy Metals via Consumption of Rice in China

DAI Hong-wen,SONG Xiu-xian,XIN Jun-liang et al

(Hunan Institute of Technology,Hengyang,Hunan 421002)

The heavy metals pollution is one of the problems that arise due to the rapid development of industrialization and urbanization.Rice can easily absorb and accumulate the toxic heavy metal elements.There are potential health risks via consumption of rice polluted by heavy metals.By health risk assessment,threats to human caused by heavy metal pollution in rice can be predicted.There are many different health risk assessment methods including estimated daily intake (EDI),target hazard quotient (THQ),hazard index (HI) and so on.The exposure parameters via consumption of rice in parts of china were analyzed.

Health risk assessment; Heavy metals; Rice; Exposure factor

國家自然科學基金項目(41401368)；湖南省自然科學基金項目(2015JJ6033)。

戴洪文(1983- )，男，江西吉安人，講師，博士，從事農作物重金屬污染防治研究。

2016-08-26

TS 207.5

A

0517-6611(2016)29-0060-03