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中华绒螯蟹中重金属的分布特征调查及砷的食用安全风险评估研究

王子衡  
【摘要】:快速的城市化和工业化发展使得水生生态系统中的重金属污染问题日益严重,水生动物可以从生存环境中的水、悬浮颗粒物和沉积物中吸收重金属,并通过生物富集作用蓄积在体内。中华绒螯蟹作为底栖生物,受外界及自身因素影响,体内不同程度地蓄积有重金属污染物。膳食摄入是人体暴露于重金属的主要方式。研究表明,日常饮食中摄入的90%的砷来源于水产品,然而,水产品中砷的含量并不代表人体能够消化吸收的实际程度,在进入到人体之前,食物往往要经过一定的烹饪加工后才被食用,烹饪加工可能改变重金属的含量及形态以及存在重金属的迁移转化过程。目前关于食用安全的风险评估通常都是基于原材料中的重金属含量,而原材料中重金属的含量并不一定反映生物体的生物可利用量,因此不足以评估食用这类食品而引起的健康风险。在评估暴露污染时纳入生物可给性(食物中的重金属理论上从胃肠道基质中释放出来的最大比例)数据可以进一步完善风险评估过程。本课题以性成熟的中华绒螯蟹为研究对象,采用高效液相色谱串联电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP/MS)的方法测定重金属的含量及形态,调查了不同地域与年际间的中华绒螯蟹中富集重金属的特点,以及中华绒螯蟹中重金属富集的性别与部位特性;基于中华绒螯蟹对砷的高度富集水平以及可食部位的富集异质性,探究了三种不同的烹饪方式对中华绒螯蟹不同可食用部位中砷的形态及含量的影响;采用体外模拟胃肠消化的方式探究了不同烹饪方式下的中华绒螯蟹中总砷及不同形态砷的生物可给性变化,并基于胃肠消化后无机砷的生物可给数据进行砷的食用安全风险评估。本课题各章节的研究内容及主要结果如下:1)首先对取自上海市、重庆市、安徽省、江苏省、浙江省、山东省、湖北省、湖南省和江西省等9个省(市)的性成熟的中华绒螯蟹,从空间和时间维度调查并分析了中华绒螯蟹中铅(Pb)、镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)和铬(Cr)的分布情况,以及不同性别及中华绒螯蟹不同可食用部位——性腺、肝胰腺、腿肌和胸肌中5种重金属的分布。结果表明,本次调查中重金属的富集存在空间分布上的差异。江苏省、湖北省、浙江省和山东省的中华绒螯蟹中Pb、Cd、Hg、As和Cr的含量相对较高,江西省、上海市、湖南省和重庆市相对较低;江苏省的中华绒螯蟹中5种重金属总含量最高为2.377μg/g,重庆市最低为1.457μg/g。调查了2018~2020年间上述9个地区的中华绒螯蟹,发现重金属的富集不受年际变化的影响。同时相比于Pb、Cd、Hg和Cr,中华绒螯蟹对As呈现高水平的富集。中华绒螯蟹中重金属的含量分布存在性别差异,总体上,雄蟹中的重金属含量显著高于雌蟹。雄性蟹中的As(0.995μg/g)、Cd(0.152μg/g)和Pb(0.227μg/g)含量显著高于雌蟹(依次为0.720μg/g、0.124μg/g和0.155μg/g);雌蟹中的Hg含量(0.246μg/g)显著高于雄蟹(0.157μg/g);雌蟹和雄蟹中,As的含量在5种重金属中皆占比最多。重金属的富集存在组织差异,且性腺、肝胰腺中的重金属含量高于腿肌和胸肌。Cd在肝胰腺中存在特异性富集现象。五种重金属中,中华绒螯蟹对As具有高度的富集性。2)为了探究烹饪方式对中华绒螯蟹中砷形态的影响,采用了蒸制、热水煮制和冷水煮制的烹饪方式,测定并分析比较了烹饪前后中华绒螯蟹的可食用部位(性腺、肝胰腺、腿肌和胸肌)中砷的形态及含量。结果表明,烹饪前后中华绒螯蟹中砷甜菜碱(As B)仍为主要的砷形态,三种烹饪方式处理后的中华绒螯蟹中总砷含量降低程度存在热水煮制蒸制冷水煮制的趋势。煮制比蒸制中华绒螯蟹后的汤汁中溶出的砷含量较多,热水煮制比冷水煮制溶出的砷含量多。蒸制过后,4个部位中的二甲基砷酸(DMA)含量有所降低,一甲基砷酸(MMA)含量有所增加。蒸制后的性腺与肝胰腺中砷胆碱(As C)、亚砷酸(i As~(3+))含量降低,砷酸(i As~(5+))含量增加;腿肌和胸肌中As B与i As~(5+)含量降低,As C与i As~(3+)含量增加。热水煮制后,4个部位中的As C和DMA含量降低,MMA和i As~(5+)含量增加;性腺与肝胰腺中的As B在热水煮制后有所增加,而腿肌和胸肌中的As B含量降低。生样中的i As~(3+)经过热水煮制后在性腺与肝胰腺中含量减少,在肌肉中反而增多。经过冷水煮制,4个部位中的DMA、MMA、i As~(3+)和i As~(5+)的含量降低了。而性腺与肝胰腺中的As B在冷水煮制后增加,腿肌和胸肌中As B在冷水煮制后减少。As C则经过冷水煮制后,其在性腺、肝胰腺中的含量减少,在肌肉中的含量增加。上述结果表明,烹饪对中华绒螯蟹中不同形态的砷含量有显著影响,并且不同烹饪方式影响有显著差异,砷浓度变化的主要原因归结于水分的损失和砷的溶解。3)为了探究烹饪后的中华绒螯蟹中不同形态砷的生物可给性变化,对蒸制、热水煮制以及冷水煮制后的中华绒螯蟹中可食部位进行模拟胃肠消化,测定分析不同形态砷的生物可给性,并利用目标危害系数(Target Hazard Quotient,THQ)和目标致癌风险(Target cancer risk,TR)评估砷的食用安全健康风险。经过胃肠消化后总砷的生物可给性都显著大于胃消化阶段,但三种烹饪方式下总砷的生物可给性变化差别不显著。胃肠消化阶段的蟹中As B、As C、i As~(3+)、i As~(5+)的生物可给性比胃消化阶段显著增大,且i As~(3+)、i As~(5+)的生物可给性有急剧增加(超过100%)的现象;存在部分部位中DMA和MMA的胃肠生物可给性小于胃生物可给性。结合砷在人体内的代谢途径解释推测消化阶段存在有机砷的去甲基化转变为无机砷的过程。总体上来说,煮制对中华绒螯蟹中砷形态的生物可给性增加比蒸制的效果更大。基于本研究结果,经过消化后的蟹中无机砷的THQ小于1,尚不构成显著的健康风险,但长期食用存在不可忽略的砷致癌风险。


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