香蕉中40K及其年有效劑量估算

劉玉連 林軍平 王海云 阮書州

（中國醫(yī)學科學院放射醫(yī)學研究所 天津 300192）

隨著核技術(shù)的廣泛應用，食品的放射性安全問題越來越受到重視，食品安全關(guān)系到人類的健康和社會的穩(wěn)定。食品中的放射性核素按照來源可分為天然放射性核素和人工放射性核素［1］。天然放射性核素是天然存在的（地球形成之初就存在的放射性核素），而人工放射性核素的出現(xiàn)主要是因為在20世紀60年代進行的核武器試驗，以及1986年的切爾諾貝利核電站事故和2011年日本的福島核事故釋放的。陸地環(huán)境中放射性的主要來源是40K和U、Th系列放射性核素［2］。所有的放射性核素（無論是天然的還是人工的）均可通過吸或食進入人體（食物是主要的途徑）［3-4］，具有重要的放射生物學意義。攝入的放射性核素往往不均勻地、選擇性地沉積在人體各種組織中，例如，釷在肺、肝和骨骼組織中積聚；鈾在肺和腎臟中積聚；鉀在肌肉中積聚［5］，對人體產(chǎn)生持續(xù)的內(nèi)照射，直至它們衰變完全或從體內(nèi)排出。放射性衰變造成的電離輻射會使細胞受到損傷，并增加個人患癌癥的風險［6］。因此，出于食品安全的考慮，我國專門針對食品中的放射性物質(zhì)檢驗頒布了一系列標準［7］。國際組織一致認為，有必要評估民眾接受的輻射劑量［1,8］。因此，建立食品中天然和人工放射性核素活度濃度數(shù)據(jù)庫是一個重要的研究課題［8］。香蕉是我國嶺南四大名果之一，在華南地區(qū)水果的種植面積僅次于柑橘。香蕉屬于芭蕉屬植物，因其果肉細膩可口，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，深受人們喜愛。香蕉富含鉀，放射性同位素40K占鉀總含量的0.012%。鉀離子是生物體神經(jīng)傳遞所必需的，40K半衰期很長，為1.251×109a。食用香蕉會導致鉀元素在生物體中沉積，包括放射性的40K。香蕉當量劑量（Banana equivalent dose，BED）是電離輻射暴露的非正式劑量，常用在向大眾比較某物質(zhì)（或某行為）的輻射劑量與吃下一個平均尺寸香蕉所受到的天然放射性核素的輻射劑量的教育活動中。

本研究旨在分析不同地區(qū)不同品種香蕉包含的放射性核素種類及其比活度（主要是40K），估算其年有效劑量，并評估因攝入香蕉而增加的患癌風險。此研究可為食品數(shù)據(jù)庫增加基線數(shù)據(jù)，也可為科普教育提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品選取

由于香蕉喜濕熱氣候、忌霜凍，因此我國香蕉主要分布在南亞熱帶地區(qū)，其中廣東、云南、海南、福建和廣西是我國香蕉主要種植地區(qū)［9］。因此，在2019年10月至2020年12月，采集了廣東、廣西、云南、海南、福建、貴州等地區(qū)共計9個樣品。另外，根據(jù)中國海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2019年我國香蕉進口來源國排名前三位依次為菲律賓、厄瓜多爾和越南，故又采購了菲律賓和厄瓜多爾共3種樣品以作對比。

1.2 樣品制備

將果肉和果皮分離，稱量果肉鮮重，再將果肉切片，放置在鼓風干燥箱中105℃烘干至恒重。將烘干后的樣品置于干燥器內(nèi)冷卻至室溫，稱重并記錄下干重。然后，使用粉碎機將樣品粉碎并過250μm篩子，裝樣于2L的聚乙烯馬林杯中，并將其密封。處理好的樣品放置4周，以達到母體、子體放射性平衡。

1.3 γ譜儀測量

測量所用儀器為GX5019型低本底HPGe γ譜儀（美國CANBERRA公司），其中包括高純鍺探測器、多道分析器、鉛室以及液氮冷卻裝置。對60Co1332keV的γ射線能量分辨率為1.9keV，相對效率為50%（相對于3"×3"NaI（Tl）），數(shù)字多道為CANBERRA DSA1000，γ能譜分析軟件采用Genie2000。使用無源效率刻度軟件LabSOCS（Laboratory sourceless calibration software）對香蕉樣品進行效率刻度，效率刻度能量覆蓋從低能到高能的能量區(qū)域。用于樣品能譜采集的計數(shù)活時間均為80000s。

1.4 放射性核素活度計算

參照國家標準計算樣品中放射性核素比活度［10］，如式（1）。

式中：Q1為香蕉樣品中核素的干重比活度，Bq/kg；N、Nb分別為樣品和空盒本底中的γ射線特征峰凈計數(shù)；t、tb分別為樣品和空盒本底的測量時間，s；M為樣品質(zhì)量，kg；D為校正到采樣時的衰變校正系數(shù)；η為全能峰探測效率；P為該能量γ射線的發(fā)射幾率。

1.5 年有效劑量估算

根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2019年我國人均香蕉年消費量為6.87kg/a［9］。使用式（2）和（3）計算一年內(nèi)的承諾有效劑量。

式中：Def是年有效劑量，Sv/a；Df是劑量系數(shù)；U是1a消耗的香蕉量，kg/a；Q2為香蕉樣品中核素的鮮重比活度，Bq/kg；ω為香蕉的干鮮比。

1.6 致癌風險分析

根據(jù)Giri等［11］的研究，致癌風險（CR）可以通過將年攝入活度、斜率系數(shù)（SF）和平均壽命相乘來估算，SF即放射性核素致癌的風險系數(shù)。據(jù)《2019年我國衛(wèi)生健康事業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》知，中國居民人均預期壽命已由2018年的77.0歲提高到2019年的77.3歲。因此，此處計算中的平均壽命為77.3歲。斜率系數(shù)可從美國環(huán)境保護署健康影響評估匯總表［12］提供的數(shù)據(jù)中獲得。式（4）表示致癌風險的計算：

式中：CR是致癌風險；SF是斜率系數(shù)，Bq-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 香蕉中放射性核素40K含量

所有香蕉均檢測到放射性核素40K，其他放射性核素則低于探測下限。40K的γ能譜測量可直接通過其1460.83keV（10.67%）特征峰而得到。40K的衰變校正系數(shù)（D）取1。使用無源效率刻度軟件LabSOCS對香蕉樣品進行效率刻度，進而得到各香蕉的探測效率。40K的干重比活度從大到小依次是：菲律賓帝皇蕉、福建紅皮蕉、廣西紅皮蕉、厄瓜多爾香蕉、菲律賓高山甜蕉、云南高山甜蕉、廣西小米蕉、廣西芭蕉、海南芭蕉、貴州小米蕉、廣東粉蕉、廣西西貢蕉（表1）。

表1 各香蕉中放射性核素40K的干重比活度Table1 Radioactivity concentration of40K in bananas

進口香蕉40K平均干重比活度為（472.1±59.5）Bq/kg，國產(chǎn)香蕉40K平均干重比活度為（361.9±80.7）Bq/kg，進口香蕉比國產(chǎn)香蕉高（110.2±51.3）Bq/kg。將進口香蕉與國產(chǎn)香蕉進行獨立樣本t檢驗，二者無統(tǒng)計學差異（p＞0.05）。我國國家標準40K攝入量限制為1.6×106～1.6×105Bq［13］，本文監(jiān)測的樣品中40K最高比活度為（540.8±26.8）Bq/kg，遠低于國家標準限制值。

2.2 香蕉中放射性核素40K所致年有效劑量及致癌風險分析

各香蕉的干鮮比平均值為0.265，根據(jù)各香蕉的干鮮比計算出鮮果肉的放射性核素40K的比活度，均值為（100.3±5.0）Bq/kg，詳見表2。根據(jù)公式（2）～（4）分別計算鮮香蕉中40K所致的年有效劑量和致癌風險。40K的劑量系數(shù)為6.2nSv/Bq［14］，40K的SF為3.0×10-10Bq-1［12］。福建紅皮蕉中40K所致的年有效劑量最高，為5.4μSv/a廣西西貢蕉則最小，為3.1μSv/a。進口香蕉平均為4.4μSv/a，國產(chǎn)香蕉為4.2μSv/a，相差0.2μSv/a。各香蕉40K所致年有效劑量平均值為4.3μSv/a，略高于文獻［8］中的3.9μSv/a，遠遠低于文獻［15］中的283.39μSv/a。所有香蕉的致癌風險平均值為1.6×10-5，進口香蕉與國產(chǎn)香蕉相差不大（差值為7.3×10-7），與文獻［15］結(jié)果相當。與年有效劑量相對應，各香蕉的致癌風險分析結(jié)果中，福建紅皮蕉最大，其次是菲律賓帝皇蕉，廣西西貢最小。本實驗中的所有香蕉的致癌風險平均值為1.6×10-5，均小于可接受的個人終生癌癥危險值1×10-4［8,11］，因此無需采取任何防護措施。

表2 香蕉所致年有效劑量和致癌風險分析Table2 Annual effective dose and cancer risk due to bananas

3 結(jié)論

40K是一種常見的天然放射性核素（半衰期約13億年），它是人體組織和大多數(shù)食物中的主要放射性成分［17］。40K可以通過飲水、食物或吸入進入人體，攝入的40K會被血液吸收，并迅速循環(huán)到所有組織，最終被排出體外，生物半衰期約為30d［6］。40K放射性衰變產(chǎn)生的電離輻射可造成細胞的損傷，誘發(fā)癌癥的概率隨攝入劑量而增加。香蕉是一種富集鉀的水果，實驗中所有香蕉均檢測出放射性核素40K，其活度濃度較高，但劑量貢獻可以忽略，而且其也是維持人體平衡的一種天然核素，因此無需采取任何防護措施。

2012年至今，食品中放射性物質(zhì)監(jiān)測工作已納入國家食品安全風險監(jiān)測范疇，其目的在于掌握各地區(qū)食品中的放射性水平、分布和變動趨勢，并建立基線數(shù)據(jù)［17］。近日，日本政府召開內(nèi)閣會議，正式?jīng)Q定將福島第一核電站上百萬噸核廢水排入大海。日方這一決定引發(fā)國際各國強烈質(zhì)疑和對海洋環(huán)境和人類健康的擔心。鑒于此，了解我國食品中天然和人工放射性核素水平，建立基線數(shù)據(jù)庫，對于食品放射性風險的監(jiān)測和預警會起到很好的作用。同時，對核事故后的衛(wèi)生學評價和公眾健康影響評估及社會穩(wěn)定都具有重要意義。