舟山地區(qū)三種食用海藻中鎘膳食暴露健康風險等級評估

顧 捷，梅光明，楊妙峰，曾軍杰

(1.浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江省海水增養(yǎng)殖重點實驗室，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點漁場漁業(yè)資源科學觀測實驗站，浙江 舟山 316021；2.福建省水產(chǎn)研究所，福建省海洋生物增養(yǎng)殖與高值化利用重點實驗室，福建 廈門 361013)

海洋藻類的食用和藥用價值極高，含有豐富的天然維生素(A、B1、B2、B9、 B12、C、D、E、K)、礦物質(zhì)元素(鈣、鐵、碘、鎂、磷、鉀、鋅、銅、錳、硒、氟)、游離氨基酸、不飽和脂肪酸、植物性蛋白質(zhì)、膳食纖維和多酚[1-6]，是藥食同源物質(zhì)的典型代表之一，歷來為舟山居民所食用。海帶(Laminariajaponica)、滸苔[本研究中的滸苔消費品種一般指條滸苔，Enteromorphaclathrata(Roth)Greville，當?shù)厮追Q苔菜、苔條]、裙帶菜(UndariapinnatifidaSuringar)是當?shù)鼐用裆攀诚M的主要品種。根據(jù)《2021舟山統(tǒng)計年鑒》[7]數(shù)據(jù)顯示，截至2020年末，舟山地區(qū)主要海藻養(yǎng)殖品種海帶的養(yǎng)殖面積為81 hm2，養(yǎng)殖產(chǎn)量已達4 687 t。當?shù)厥袌錾蠞G苔、裙帶菜產(chǎn)品則多為野生品種采收加工而來。

由于海藻細胞壁主要由肽聚糖、磷脂和蛋白質(zhì)組成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面積較大且具有黏性，并可提供許多能與離子結(jié)合的帶負電荷的官能團，因此海藻易從周圍環(huán)境中通過主動和被動吸收方式蓄積海洋環(huán)境中的金屬離子，如鎘(Cadmium)、鉛(Lead)、砷(Arsenic)等[2，8-14]。近年來全國海洋生態(tài)環(huán)境基本保持穩(wěn)定，但是各類直排海污染源污水仍不可避免。據(jù)《2021年中國海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報》[15]，在四大海區(qū)中，東海受納污水排放量最多，其中直排海污染源污水中鎘、鉛、汞受納總量分別達899.1、1 215.5、111.4 kg。陸源重金屬污染物入海，加之海藻本身對海洋環(huán)境中的重金屬表現(xiàn)出很高的親和性，使海藻不可避免地富集以鎘為代表的有毒有害元素，并且最終通過生物累積行為，對人類健康造成威脅[16]。

鎘是一種人體非必需的有害微量元素之一，在聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列出的12種具有全球性意義的危險化學物質(zhì)清單中，被列為首位[17-18]。美國毒物與疾病登記署(The Agency for Toxic Substances and Disease Registry，ATSDR)將其列為第6位危及人體健康的有毒物質(zhì)[19-20]。近年來，國內(nèi)外專家學者分析評估了食用海藻中以鎘為代表的重金屬危害隱患[13，21-31]，但是關(guān)于舟山地域性食用海藻的分析研究相對少見，基本被涵蓋在水產(chǎn)品大類的宏觀報導里[32-33]。綜上，本研究針對舟山地區(qū)市場中常見的3種典型食用海藻產(chǎn)品(海帶、滸苔、裙帶菜)進行鎘含量調(diào)查監(jiān)測，并應(yīng)用國家食品安全風險評估中心(China National Center for Food Safety Risk Assessment，CFSA)《食品中化學物健康風險分級技術(shù)指南》[34]的風險矩陣方法，對舟山典型食用海藻中鎘膳食暴露健康風險進行等級評價，以期豐富食用海藻的質(zhì)量安全評估體系的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，拓展和深化水產(chǎn)品風險評估的層次。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

2020年在舟山市主城區(qū)及定海、普陀、岱山、嵊泗等縣區(qū)農(nóng)貿(mào)市場、超市、專業(yè)批發(fā)市場等市場流通環(huán)節(jié)中，定期隨機采集包裝、散裝海帶41份(干樣)、滸苔19份(干樣)、裙帶菜21份(干樣20份，濕樣1份)等3種食用海藻樣品。另從養(yǎng)殖環(huán)節(jié)采集海帶12份(干樣5份、濕樣7份)作為補充。抽樣依據(jù)GB/T 30891—2014 《水產(chǎn)品抽樣規(guī)范》[35]的規(guī)定執(zhí)行。樣品帶回實驗室后，干樣直接粉碎均勻，濕樣經(jīng)冷凍干燥后再粉碎均勻，兩者均經(jīng)100目過篩后再放置于干燥皿中待檢。

1.2 儀器與試劑

Agilent 7900 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Agilent公司；ETHOS UP型微波消解儀，意大利Milestone公司；Milli-Q Reference超純水系統(tǒng)，美國Millipore公司；ME204E/02型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；SCIENTZ-10N 冷凍干燥機，寧波新芝生物科技股份有限公司；氬氣、氦氣(氣體純度≥99.999%)。

硝酸(Trace metal grade，Assay：67%～70%)，美國Fisher Chemical；30%過氧化氫(優(yōu)級純)，國藥集團化學試劑有限公司；鎘單元素標準溶液(1 000 μg·mL-1)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；混合內(nèi)標溶液(100 μg·mL-1)，美國Agilent公司；國家標準物質(zhì)——紫菜中砷、鉛、鎘成分分析標準物質(zhì)(GBW08521，18 g/瓶)，中國計量科學研究院。

本研究檢測過程中所用玻璃器皿，均需在每次使用前先用10%～20%濃度的硝酸溶液浸泡24 h以上，再經(jīng)超純水多遍沖洗，自然陰干后方可使用，用于定容的50 mL容量瓶均已預先通過計量檢定。

1.3 檢測方法

取待檢干樣在天平上稱重0.2～0.3 g(精確至0.1 mg)左右，經(jīng)微波消解后，依據(jù)GB 5009.268—2016《食品安全國家標準食品中多元素的測定》[36]“第一法電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)”進行測定。該方法中，鎘的方法檢出限為0.002 mg·kg-1，若未檢出的數(shù)據(jù)比例<60%時，所有未檢出數(shù)據(jù)用 1/2 LOD替代，若未檢出的數(shù)據(jù)比例>60%時，所有未檢出數(shù)據(jù)用LOD替代[37-38]。采用國家標準物質(zhì)——紫菜中砷、鉛、鎘成分分析標準物質(zhì)(GBW08521)，與采集樣品同步測定，實施質(zhì)量控制。目前，我國《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)[39]未對藻類及其制品中鎘提出明確限量要求，因此本研究中相關(guān)監(jiān)測結(jié)果不作相關(guān)超標評價。

1.4 鎘暴露健康風險等級評估方法

根據(jù)國家食品安全風險評估中心制定的《食品中化學物健康風險分級技術(shù)指南》[34]，按照以下3個步驟進行3種食用海藻鎘膳食暴露健康風險等級評估：1)確定潛在健康損害的程度或等級；2)確定健康損害發(fā)生的可能性等級；3)確定健康風險等級。

1.4.1 評估潛在健康損害等級

根據(jù)《食品中化學物健康風險分級技術(shù)指南》，評估潛在健康損害等級的步驟：1)確定Ha分級賦值；2)確定Hb分級賦值；3)計算潛在健康損害的程度或等級分值。其計算公式如下：

(1)

式(1)中：Ha賦值——急性毒性健康危害效應(yīng)指標[40]，依據(jù)《食品安全國家標準急性經(jīng)口毒性試驗》(GB 15193.3—2014)[41]，通過美國國家醫(yī)學圖書館的化學品標識數(shù)據(jù)庫(ChemIDplus)等權(quán)威門戶網(wǎng)站查詢鎘的大鼠經(jīng)口LD50數(shù)值，確定鎘的急性毒性分級，對應(yīng)《食品中化學物健康風險分級技術(shù)指南》中“急性毒性分級賦值標準”進行Ha分級及賦值，急性毒性等級依據(jù)實際無毒(大鼠經(jīng)口LD50>5 000 mg·kg-1BW)、低毒(大鼠經(jīng)口LD50：501～5 000 mg·kg-1BW)、中等毒(大鼠經(jīng)口LD50：51～500 mg·kg-1BW)、劇毒(大鼠經(jīng)口LD50：1～50 mg·kg-1BW)、極毒(大鼠經(jīng)口LD50<1 mg·kg-1BW)，從低到高計分為1～5。Hb賦值——慢性毒性健康危害效應(yīng)指標[41]，參照國際癌癥研究機構(gòu)(IARC)致癌物分級、歐盟(EU)致突變物分級、EU生殖毒性(包含發(fā)育毒性)物質(zhì)分級、美國環(huán)境保護署(EPA)神經(jīng)毒性物質(zhì)分級、世界衛(wèi)生組織(WHO)化學品全球統(tǒng)一分類與標簽制度(GHS)[34]等權(quán)威機構(gòu)“證據(jù)權(quán)重法”[42]分級標準，在化學物致癌、致突變、生殖/發(fā)育毒性、神經(jīng)毒性以及亞慢性/慢性毒性等食物中的化合物可能含有的多種毒性表征中選擇最高等級，確定Hb 指標的分級及賦值，依據(jù)“是否對人類產(chǎn)生顯著亞慢性/慢性毒性的物質(zhì)”分別計分為4分(是)、3分(否)兩檔[34]。潛在健康損害等級分值——將Ha、Hb的賦值代入公式(1)，得出潛在健康損害等級分值及對應(yīng)等級標識(表1)。

表1 潛在健康損害等級分值對應(yīng)等級標識[34]Tab.1 Grade identification corresponding to potential health risk rating score

1.4.2 評估健康損害發(fā)生的可能性等級

3種食用海藻中鎘膳食暴露健康損害發(fā)生的可能性等級評估主要依據(jù)人群暴露風險因素的相關(guān)性指標：目標人群平均暴露量與健康指導值的比值(Pa)、個體暴露水平超過健康指導值的人群百分比(Pb)[34，43]。健康指導值(HBGV)是對食品中的化學品進行危害定性的一個重要的定量指標。HBGV是糧農(nóng)組織/世衛(wèi)組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(JECFA)和農(nóng)藥殘留聯(lián)席會議(JMPR)等機構(gòu)針對食品以及飲用水中的物質(zhì)所提出的經(jīng)口(急性或慢性)暴露安全范圍的定量描述值，在一定時期內(nèi)(24 h或終生)攝入低于該值的有害物質(zhì)不會引起可覺察的健康風險，包括暫定每月可耐受攝入量(PTMI)、每日耐受/允許攝入量(TDI /ADI)等[44]。一般認為，膳食暴露量大于HBGV可能導致更大的健康風險[43，45]。因此 ,“目標人群平均暴露量與健康指導值的比值(Pa)” “個體暴露水平超過健康指導值的人群百分比(Pb)”被視作關(guān)鍵性指標。本研究中的HBGV來源于JECFA于2011年第73次會議提出的鎘的PTMI(25 μg·kg-1b.w.)，表達鎘的可耐受攝入水平[46]?？赡苄缘燃壍挠嬎愎饺缦拢?/p>

(2)

式(2)中：Pa賦值——依據(jù)膳食暴露評估結(jié)果，計算3種食用海藻中鎘的平均膳食暴露量占 PTMI的比例，進行Pa分級賦值，根據(jù)Pa計算結(jié)果，≤0.1、0.1～0.5、0.5～0.8、0.8～1.0、≥1.0五檔分別計分1～5[34]。Pb賦值——依據(jù)膳食暴露評估結(jié)果，根據(jù)膳食鎘攝入量超 PTMI的個體比例，進行Pb分級賦值，按照Pb計算結(jié)果≤5%、5%～10%、11%～20%、21%～50%、≥50%五檔分別計分1～5[34]。健康損害發(fā)生的可能性分值——將Pa、Pb的賦值代入公式(2)，對應(yīng)表2，得出健康損害發(fā)生的可能性分值及對應(yīng)等級標識[34]。

表2 健康損害發(fā)生的可能性分值對應(yīng)等級標識[34]Tab.2 Grade identification corresponding to rating score for probability of health risk

1.4.3 判斷健康風險等級

應(yīng)用風險矩陣(Risk matrix)模型(表3)判斷3種食用海藻中鎘膳食暴露健康風險等級，其縱、橫列方向分別對應(yīng)潛在健康損害等級標識及分值、健康損害發(fā)生的可能性等級標識及分值[34]，兩者交匯處即為確定的被檢食品中危害性化學物健康風險分值，根據(jù)不同分值劃分低、中、高三檔風險等級(表4)[34，43]。健康風險分值計算公式如下[34]：

表3 風險矩陣Tab.3 Risk matrix

表4 健康風險等級劃分[34]Tab.4 Classification of health risk levels

健康風險分值=潛在健康損害的程度或等級(分值)×健康損害發(fā)生的可能性(分值)

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 三種食用海藻中鎘的含量水平

舟山地區(qū)市場上常見的3種典型食用海藻產(chǎn)品(海帶、滸苔、裙帶菜)的鎘含量調(diào)查監(jiān)測結(jié)果如表5所示。

表5 三種食用海藻中鎘的含量水平(以干重計，n=2)Tab.5 Results of Cd content in three types of edible seaweeds(by dry weight，n=2)

對3組數(shù)據(jù)進行Jarque-Bera檢驗，顯示海帶、滸苔、裙帶菜均沒有呈現(xiàn)顯著性(P>0.05)。3種食用海藻產(chǎn)品鎘含量范圍為0.176～2.13 mg·kg-1b.w.，比較3種海藻產(chǎn)品的含量平均值±SD：裙帶菜﹥滸苔﹥海帶。其中海帶、裙帶菜的平均值分別與其中位值比較接近，表明海帶、裙帶菜的含量水平分布基本呈對稱分布。但即便同屬褐藻類，海帶的含量范圍低于裙帶菜，其最小值、平均值、中位值基本上在裙帶菜對應(yīng)數(shù)值的50%左右浮動。比較藻類種間差異時，綜合海帶、裙帶菜的數(shù)據(jù)，褐藻的含量范圍在0.207～2.02 mg·kg-1b.w.之間，與隸屬綠藻的滸苔相近。

2.2 三種食用海藻鎘暴露健康風險等級評估

2.2.1 潛在健康損害等級判定

首先，檢索ChemIDplus數(shù)據(jù)庫查詢鎘的大鼠經(jīng)口LD50數(shù)值為2 330 mg·kg-1，依據(jù)《食品中化學物健康風險分級技術(shù)指南》中“急性毒性分級賦值標準”，確定3種食用海藻中鎘膳食暴露急性毒性等級為低毒，為 Ha賦值2。其次，對照上述指南中“亞慢性/慢性毒性分級賦值標準”，鎘的慢性毒性分類歸類為第1類，為Hb賦值4。以上數(shù)值代入公式(1)，得出潛在健康損害等級分值為3，參考表1“潛在健康損害等級分值對應(yīng)等級標識”，歸屬“++”等級。

2.2.2 健康損害發(fā)生的可能性等級評價

本研究采用鎘每月評估攝入量(Estimated monthly intake，EMI)，與鎘的PTMI(25 μg·kg-1b.w.)進行比較，對3種食用海藻中鎘膳食暴露進行評估。計算公式如下[47-48]：

(4)

式(4)中：c——三種食用海藻中的鎘含量(mg·kg-1)。FIR——食物攝取率，本文中指各類海藻的人均日消費量，其中海帶的消費量數(shù)據(jù)來源于《第五次中國總膳食研究》[49]中的“浙江省12類食品樣品聚類后食物品種及消費量(按成年男子計算的每日實際食物消費量)”，為每人4.45 g·d-1，由于缺少女性消費量數(shù)據(jù)，依據(jù)風險最大化原則，本研究假設(shè)成年女子海帶的人均日消費量數(shù)據(jù)等同男子；鑒于浙江省膳食消費調(diào)查中沒有滸苔、裙帶菜的相關(guān)數(shù)據(jù)，本研究借鑒了韓國保健產(chǎn)業(yè)振興院的“2020年度國民健康營養(yǎng)調(diào)查”[50]中的男性日均攝入量(分別為0.18、0.70 g·d-1)以及女性日均攝入量(分別為0.48、0.53 g·d-1)，其中滸苔在該營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)中沒有單獨的食物分類，但因滸苔屬石莼科藻類植物，其男、女性日均攝入量依據(jù)風險最大化原則，以該營養(yǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)中石莼的對應(yīng)日均攝入量計算。WAB——人群的平均體重(kg)，據(jù)《第五次國民體質(zhì)監(jiān)測公報》[51]數(shù)據(jù)，中國成年男性平均體重約為72.5 kg，成年女性約為58.8 kg。計算結(jié)果保留3位有效數(shù)字。

成年人通過3種食用海藻對鎘的暴露評估及鎘膳食暴露健康損害發(fā)生的可能性等級評價結(jié)果如表6所示。比較3種食用海藻種間EMI平均值、占PTMI的比例高低：海帶﹥?nèi)箮Р拴儩G苔。3種食用海藻得出的健康損害發(fā)生的可能性總分值均為1分，健康損害發(fā)生的可能性等級均對應(yīng)“-”。按性別分析3種食用海藻對成年人膳食鎘暴露的貢獻率(圖1)，可見海帶為絕對性優(yōu)勢種，滸苔最低。

表6 成年人通過三種食用海藻對鎘的暴露評估及鎘膳食暴露健康損害發(fā)生的可能性等級評價Tab.6 Assessment of cadmium exposure in adults through three types of edible seaweeds and evaluation of probability of health risk from dietary exposure to cadmium

2.2.3 健康風險等級評估

參照風險矩陣(表3)及健康風險等級劃分(表4)，最終得出成年人通過攝入3種食用海藻對鎘的膳食暴露健康風險等級評估結(jié)果(表7)。由表7可知，3種食用海藻經(jīng)成年人群攝入對鎘的膳食暴露健康風險等級均屬于“低風險”。

表7 成年人通過三種食用海藻對鎘的膳食暴露健康風險等級評估結(jié)果Tab.7 Assessment of health risk levels in adults from dietary exposure to cadmium through three types of edible seaweeds

3 結(jié)論與討論

本研究針對舟山地區(qū)市場中常見的3種典型食用海藻產(chǎn)品(海帶、滸苔、裙帶菜)進行鎘含量調(diào)查監(jiān)測，結(jié)果表明3種食用海藻產(chǎn)品鎘含量范圍為0.176～2.13 mg·kg-1b.w.，3種海藻產(chǎn)品的含量平均值±SD：裙帶菜﹥滸苔﹥海帶。本研究中海帶的含量范圍為0.207～1.32 mg·kg-1，平均含量水平±SD為(0.624±0.249)mg·kg-1，與劉永濤[13]測定的煙臺地區(qū)樣品(0.68±0.32)mg·kg-1、大連地區(qū)樣品(0.65±0.40)mg·kg-1較為接近，低于Almela C等[52]報道的在西班牙瓦倫西亞市的商店里銷售的原產(chǎn)地日本的海帶干樣0.908 mg·kg-1的含量水平，高于俞國珍等[53]檢測的三門縣市售干海帶平均濃度0.34 mg·kg-1、楊玉鳳等[54]報道的2018年日照市市售海帶(淡干)平均含量0.441 mg·kg-1、Hwang Y O等[55]研究的韓國市售干海帶中平均含量0.296 mg·kg-1、Miedico O等[56]報道的意大利市售的東南亞進口海帶產(chǎn)品中平均含量(0.539±0.300)mg·kg-1。

當前國內(nèi)外對于藻類及其制品中鎘污染判定標準各異，并未有統(tǒng)一的限量標準，如歐盟委員會法規(guī)(EU)2021/1323[57]規(guī)定“完全或主要由干海藻、海藻衍生產(chǎn)品或干雙殼類軟體動物組成的食品補充劑”上限為3.0 mg·kg-1；法國食品、環(huán)境及勞動衛(wèi)生署[58]規(guī)定“食用海藻(擬直接供人食用、用作食品中某一成分、用于食品補充劑)”限量≤0.5 mg·kg-1(干重計)；新加坡食品局發(fā)布的《食品銷售法》[59]明確指出“任何海藻”鎘限量≤2 mg·kg-1；泰國大眾衛(wèi)生部(MOPH)第(G/SPS/N/THA/263)號通報草案[60]規(guī)定“可供食用的干海藻”上限為2 mg·kg-1(干重計)；印度尼西亞食品藥品監(jiān)督管理局《食品和藥品管理條例》[61]規(guī)定“海藻(加工食品)” 鎘限量≤0.05 mg·kg-1；而我國《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)、國際食品法典委員會(CAC)、美國食品藥品監(jiān)督管理局、日本厚生勞動省、韓國食品醫(yī)藥品安全部未對藻類及其制品中鎘的限量值提出明確要求，因此無法就本研究中食用海藻含量水平進行超標量評價。

本研究運用國家食品安全風險評估中心《食品中化學物健康風險分級技術(shù)指南》的風險矩陣方法對舟山典型食用海藻中鎘膳食暴露健康風險進行等級評價，顯示海帶、滸苔、裙帶菜經(jīng)成年人群攝入對鎘的膳食暴露健康風險等級均屬于“低風險”。海帶在3種食用海藻中，對成年人膳食鎘暴露的貢獻率最高，占經(jīng)3種海藻暴露鎘總量的73%～74%。但本研究仍存在一定的局限性，譬如按照現(xiàn)行國標方法用硝酸和過氧化氫等強氧化劑對食用海藻樣品進行前處理消解，實質(zhì)是將所有形態(tài)的鎘轉(zhuǎn)化成無機鎘[8]，實測的是被檢海藻樣品中總鎘含量。然而，鎘的毒性程度和生物利用率取決于其化學形態(tài)[62-63]，離子態(tài)鎘的毒性較高，結(jié)合態(tài)和有機態(tài)鎘無毒或毒性非常微弱[8，64-65]。已有研究表明，當海藻等植物受到有毒元素脅迫時，體內(nèi)會生成植物螯合肽(Phytochelatins,PCs)，對鎘離子的螯合能力很強，因而海藻各提取態(tài)鎘中蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)或吸附態(tài)鎘含量最高[8，66]。海藻細胞壁也可以提供許多能與離子結(jié)合的官能團，包括磷酸根等，與鎘結(jié)合形成磷酸鹽，海藻中鎘磷酸鹽含量因此也較高[8]。鎘與有機酸、蛋白質(zhì)結(jié)合形成的螯合物，以及形成的鎘磷酸鹽、草酸鹽等難溶于水的化合物可限制鎘在體內(nèi)的移動[8，67-68]，使鎘毒性呈無毒或極微量毒性。而無機和有機水溶性鎘，相較難溶于水的鎘磷酸鹽、草酸鹽等化合物，遷移能力更強，毒性更高[63]。因此，下一步要在研究總鎘含量的基礎(chǔ)上，進一步深入分析主要食用海藻品種中各種鎘形態(tài)的分布及含量水平。此外，未來還需考量海藻經(jīng)烹調(diào)等熱加工方式前、后鎘元素的生物可給性存在的差異可能性，進一步補充和完善兒童及高端消費人群的消費量數(shù)據(jù)，以期為食用海藻鎘含量調(diào)查與膳食暴露評估靶向化、多角度全方位升級化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。