ABSTRACT

Heavy metal pollution situation and intake risk of aquatic products were studied in Tianjin. A total of 124 of four kinds of aquatic products were sampled in April, May, June 2014. The concentrations of Cr, As, Cd, Hg, Pb in edible muscles were measured by ICP-MS. Single factor pollution index and metal pollution index were used to evaluate the degree of pollution, and the dietary heavy metal exposure from aquatic products and the health risk were assessed by Oracle Crystal Ball based on Monte Carlo simulation method. MPI results showed that heavy metal pollution in crustacean was the most severe, followed by marine fish, mollusc and freshwater fish. The mean contents of Cr are 0.3200 mg/kg, As being 1.3443 mg/kg, Cd being 0.0516 mg/kg, Hg being 0.0127 mg/kg and Pb being 0.2016 mg/kg. The contents of As reached the criteria of Heavy Pollution; Cd in crustacean and freshwater fish belonged to Moderate Pollution, Light Pollution in marine fish; Pb in crustacean belonged to Moderate Pollution, Light Pollution in marine fish and mollusc; Cr in marine fish belonged to Light Pollution. Risk assessment results showed that the average of risk quotient of Cr, As, Cd, Hg, Pb by dietary intake of aquatic was less than 1, within acceptable levels, while high levels of exposure As at the 95th percentile, 97.5th percentile and 99th percentile were higher than 1, indicating that the dietary exposure of heavy metals only by aquatic consumption was probably to bring about severe health risk, which should attract the attention of residents.

Keywords:Aquatic Products, Heavy Metal, Pollution Distribution, Risk Assessment

天津市水产品重金属安全风险评估

顾海宁¹，胡哲斌¹，陈晨¹，霍苗苗^2*，王俊平^2*

¹中海油能源发展股份有限公司配餐服务分公司，天津

²天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津

收稿日期：2017年1月12日；录用日期：2017年2月12日；发布日期：2017年2月15日

摘 要

为了了解天津市水产品重金属污染现状以及居民膳食摄入的风险，2014年4~6月份采集了海水鱼类、淡水鱼类、甲壳类和软体动物四类水产品共124个样品，采用ICP-MS测定了可食部分中Cr、As、Cd、Hg和Pb五种重金属含量。采用单因子污染指数和重金属污染指数对污染程度进行评价，应用基于Monte Carlo模拟的Crystal Ball风险评估软件对居民通过食用水产品摄入五种重金属进行风险评估。污染结果显示，甲壳类 > 海水鱼类 > 软体动物 > 淡水鱼类，各类水产品中Cr的平均含量为0.3200、As的平均含量为1.3443、Cd的平均含量为0.0516、Hg的平均含量为0.0127、Pb的平均含量为0.2016，经过计算污染指数，各类水产品As污染均属于重度污染，Cd在甲壳类和淡水鱼类属于中度污染，在海水类属于轻度污染；Pb在甲壳类属于中度污染，在海水鱼类和软体动物属于轻度污染；Cr在海水鱼类和软体动物属于轻度污染。风险评估显示，居民通过食用水产品途径摄入Cr、As、Cd、Hg、Pb风险商的平均值均小于1，处于可以接受的水平内，但As的高暴露水平95百分位、97.5百分位和99百分位均高于1，说明居民通过食用水产品途径摄入As存在一定的潜在风险，应该引起重视。

关键词 :水产品，重金属，污染分布，风险评估

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1. 引言

水产品是一种高蛋白低脂肪的动物性蛋白，其市场和消费群体逐步扩大，需求量逐年增加。但是随着现代化工业的发展，使得水生环境不断恶化，水产品的质量受到严重污染，尤其是化学污染物。重金属作为一种典型的化学污染物，具有生物累积性、不可降解性等特点 [1] ，可以通过食物链直接或间接地影响着人们的饮食安全和身体健康。因此水产品中重金属污染水平以及人体暴露风险评估引起人们的高度关注和重视。

目前，国际上对化学污染物的健康风险评估的方法主要分为两类：以定量模型为主和以不确定性模型为主的健康风险评估方法 [2] 。定量模型是采用人群某参数点评估值进行定量计算，而Monte Carlo模拟是利用食品消费数据和残留浓度数据建立模型，然后进行模拟抽样得到危害在群体中发生的概率分布 [3] 。对风险的不确定性进行更为直观的表述，更符合风险的不确定性本质，且具有预测性，因而更具有优势 [4] 。USEPA已经将Monte Carlo模拟方法定为风险分析的基本方法 [5] 。

天津位于渤海西部海域，地跨海河两岸，是华北水产品生产和消费的主要地区，但有关水产品重金属污染以及居民膳食水产品重金属的健康风险评估方面的报道较少。因此，本文在天津市售水产品重金属含量检测结果的基础上，应用基于Monte Carlo模拟的Crystal Ball风险评估软件对以水产品为来源的Cr、As、Cd、Hg和Pb五种重金属的膳食暴露风险评估进行了初步研究。

2. 材料与方法

2.1. 样品的采集及处理

2014年4~6月份对天津市主要的大型海鲜市场、农贸市场以及大型超市的水产品进行随机抽样，采集海水鱼类、淡水鱼类、甲壳类和软体动物四类水产品共124个样品。

2.2. 样品的检测

取样品可食部分在捣碎机中捣碎匀浆，前处理方法采用微波消解仪(MARSX6.0，美国CEM公司)，检测方法采用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS (7500cx，美国安捷伦公司)。五种重金属的检出限分别为0.001 mg/kg、0.004 mg/kg、0.0005 mg/kg、0.002 mg/kg、0.001 mg/kg。

2.3. 污染程度评价

参考最新国家标准GB2762-2012《食品中污染物限量》，采用单因子污染指数法和金属污染指数法进行重金属污染评价 [6] 。

(1) 单因子污染指数法

评价单个重金属元素污染状况时，一般采用单因子污染指数法，计算公式为：

(1)

式中，P_i表述水产品中重金属的污染指数；C_i表示水产品中重金属的实测含量；S_i一水产品中重金属的标准限值。

当P_i < 0.2时，表明重金属处于正常的背景值范围；当0.2 ≤ P_i ≤ 0.6时，表明处于轻污染状态；当0.6 < P_i < 1.0，为中度污染水平；P_i ≥ 1.0 时，则为重度污染。

(2) 金属污染指数法

评价水产品中重金属的总体水平时，采用金属污染指数法(MPI)，计算公式为：

(2)

式中，C_n表示水产品中重金属i的浓度，金属污染指数可用于比较不同种生物体之间重金属含量的差异性。

2.4. 膳食暴露量的概率评估

(3)

式中，EDI表示人体重金属的每日暴露量，mg/kg·d；C表示水产品中重金属的含量，mg/kg；IR表示水产品的平均膳食量，g/d；EF (Exposure Frequency)表示人群暴露频率，d/year；ED (Exposure Duration)表示暴露持续时间，year；BW表示人体平均体重，kg；AT (Average Time)表示平均暴露时间，day，通常等于人的平均寿命。

风险描述

采用风险商(HQ)定量评估通过水产品途径的非致癌健康风险。其数学表达式为：

(4)

式中，HQ表示风险值；EDI表示人体重金属的每日暴露量，mg/kg·d；RfD表示参考剂量，mg/kg·d。当HQ < 1时，可认为该重金属对暴露人群没有明显的健康风险；当HQ ≥ 1时，可认为该重金属对暴露人群存在健康风险。

3. 结果与讨论

3.1. 重金属污染状况

3.1.1. 重金属污染总体分布

水产品重金属的总体分析如表1所示。Cr、As、Cd、Hg和Pb五种重金属均有检出(见表1)，检出

率超过50%。Cr和Hg均未超标，Pb的超标率达到10%以上，As超标现象突出，超标率超过50%，表明该地区水产品已经受到较为严重的污染。从重金属含量的平均值来看，As > Pb > Cr > Cd > Hg。

3.1.2. 不同种类水产品重金属含量

不同种类水产品重金属含量如表2所示。对于水产品中重金属含量的平均含量来看，Cr含量表现为软体动物 > 海水鱼类 > 甲壳类 > 淡水鱼类；As含量表现为海水鱼类 > 甲壳类 > 软体动物 > 淡水鱼类；Cd含量表现为甲壳类 > 淡水鱼类 > 海水鱼类 > 软体动物；Hg含量表现为甲壳类 > 海水鱼类 > 淡水鱼类 > 软体动物；Pb含量表现为甲壳类 > 软体动物 > 海水鱼类 > 淡水鱼类。

3.2. 重金属污染评价

水产品重金属单因子污染指数与重金属污染指数结果如表3所示。五种重金属中As污染最为严重，各类水产品均属于重污染；海水鱼类Hg属于正常的背景范围，Cr、Cd和Pb属于轻度污染；淡水鱼类Cr、Hg和Pb属于正常的背景范围，Cd属于中度污染；甲壳类Cr和Hg属于正常的背景范围，Cd和Pb属于中度污染；软体动物Cd和Hg属于正常的背景范围，Cr和Pb属于轻度污染。水产品的MPI值反映了四种不同种类水产品重金属污染程度的差异，结果表明污染顺序为甲壳类 > 海水鱼类 > 软体动物 > 淡水鱼类，其中甲壳类污染程度最高，淡水鱼类污染程度最低。

表1. 水产品重金属含量的总体分析

表2. 不同种类水产品重金属含量(平均值±标准差mg/kg)

表3. 水产品重金属单因子污染指数与重金属污染指数

3.3. 膳食摄入水产品重金属的风险评估

膳食暴露量评估

(1) 数据来源与参数设置

运用Crystal Ball软件，根据水产品中五种重金属含量检测数据建立模型，按照表4中的暴露参数进行设置，采用Monte Carlo模拟方法进行模拟抽样，过程循环10,000次，天津市居民膳食水产品摄入Cr、As、Cd、Hg和Pb五种重金属的日暴露量与风险商模拟结果见表5与图1~图5。

表5中列出了五种重金属日暴露量的平均值、第5百分位数、第50百分位数、第90百分位数、第95百分位数和第99百分位数。天津市居民膳食水产品摄入Cr、As、Cd、Hg和Pb五种重金属的日暴露量的平均值分别为2.390 E-4 mg/kg∙d，1.035 E-3 mg/kg∙d，4.008 E-5 mg/kg∙d，8.870 E-6 mg/kg∙d和1.682 E-4 mg/kg∙d。

由图1~图5可以看出，天津市居民膳食水产品摄入Cr、As、Cd、Hg和Pb五种重金属风险商的平均值均小于1，表明处于安全水平之内；在95百分位、97.5百分位和99百分位高暴露水平下，Cr、Cd、

表4. 天津市居民膳食水产品重金属的日暴露量与风险商的计算

表5. 天津市居民膳食水产品重金属日暴露量EDI (mg/kg∙d)

图1. 居民膳食摄入水产品Cr风险概率分布

图2. 居民膳食摄入水产品As风险概率分布

图3. 居民膳食摄入水产品Cd风险概率分布

图4. 居民膳食摄入水产品Hg风险概率分布

图5. 居民膳食摄入水产品Pb风险概率分布

Hg和Pb的风险商也均小于1，说明居民通过膳食摄入水产品Cr、Cd、Hg、Pb的潜在风险较小或没有潜在风险；但是As的95百分位、97.5百分位和99百分位高暴露水平都高于1，说明居民通过膳食摄入水产品As存在较大的潜在风险。

4. 结论

用MPI评价不同种类水产品重金属的污染程度，研究显示，天津市水产品重金属污染的总体现状为甲壳类 > 海水鱼类 > 软体动物 > 淡水鱼类，这与不同种类水生动物生存环境、生活习性和对特定重金属的累积能力有关。

各种水产品重金属中As污染最为严重，四种水产品均属于重度污染；Cd在甲壳类和淡水鱼类属于中度污染，在海水类属于轻度污染；Pb在甲壳类属于中度污染，在海水鱼类和软体动物属于轻度污染；Cr在海水鱼类和软体动物属于轻度污染。

概率评估结果表明天津居民膳食水产品摄入Cr、Cd、Hg和Pb的风险商的平均值都小于1，说明处于可以接受的水平内；As的风险商的平均值小于1，但是As的高暴露水平95百分位、97.5百分位和99百分位均高于1，说明居民通过食用水产品途径摄入As存在一定的潜在风险，应该引起居民的高度重视。

文章引用

顾海宁,胡哲斌,陈 晨,霍苗苗,王俊平. 天津市水产品重金属安全风险评估
Food Safety Risk Assessment of the Heavy Metals in Aquatic Products in Tianjin[J]. 食品与营养科学, 2017, 06(01): 1-8. http://dx.doi.org/10.12677/HJFNS.2017.61001

参考文献 (References)