邓小蓉 1 ，赵志永 1 ，宋方圆 1 ，雷用东 1, *，冯 帆 2 ，张 建 2, *，张正红 3
（1.新疆农垦科学院农产品加工研究所，新疆 石河子 832000；2.石河子大学食品学院，新疆 石河子 832000；3.新疆农垦科学院 农业部食品质量监督检验测试中心，新疆 石河子 832000）
摘 要： 为评价新疆冷水鱼重金属元素蓄积水平和食用安全性，采用微波消解法，并用原子吸收法和原子荧光法对新疆赛里木湖凹目白鲑不同组织进行Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni 6 种重金属元素的含量测定，分析其含量分布特征及其与体长、体质量的相关性，并用单因子污染指数法和目标危险系数法评价其污染程度与食用安全性。结果表明，重金属元素在鱼体内的蓄积量存在组织特异性，同一器官组织对不同重金属的蓄积量不相同。Cd、As含量在凹目白鲑的肠胰脏中含量最高，肌肉中含量最少，Pb含量在凹目白鲑的皮含量最高，均小于国标规定食用性安全含量（Pb＜0.5 mg/kg，Cd＜0.1 mg/kg，As＜0.1 mg/kg）。相关性分析显示，除Ni和Cr含量在凹目白鲑部分组织中相关性不显著，其余均表现出较强的相关性（P＜0.05），重金属含量与体长、体质量的相关性较显著。污染程度分析及健康风险评价表明，除肌肉组织外其他组织器官均存在不同程度的污染水平，食用赛里木湖区域的凹目白鲑无明显的健康风险，食用安全性较高。
关键词： 重金属元素；新疆赛里木湖；凹目白鲑；蓄积量；食用安全
凹目白鲑（Coregonus autumnalis Pallas）属鲑形目鲑科白鲑属，为迁栖性溯河产卵冷水性鱼类，原分布于俄罗斯北冰洋地带 [1] 。1998年引入新疆塞里木湖，成为中国主要产地，赛里木湖水主要来源于山区降水和雪山融雪，水质未受污染，凹目白鲑则完全摄食湖中天然饵料，因而被誉为“鱼类中的有机食品” [2] 。但随着中国西部大开发战略的实施，发展重心由东南部向西北地区倾斜，工业生产产生大量的废水，包括工业废水和生活污水，以及农业生产废水等 [3] ，环境污染越来越严重，赛里木湖或多或少亦受到污染，对特有鱼类凹目白鲑的食品安全性评估变得尤为重要。凹目白鲑处于水生食物链的上层，以浮游动物为主食，可通过呼吸、体表接触和摄食等方式富集水体以及泥底的重金属元素 [4] ，但重金属元素在凹目白鲑鱼体内蓄积研究鲜见报道，国外研究主要集中于重金属元素在白鲑鱼体内的含量，如Pb、As和Ni等元素在胃、肾、肝脏、表皮和肌肉等组织内的蓄积分布情况研究 [5-10] 。其中，Ptashynskia等 [9] 研究显示Ni在鲱形白鲑肠中的积累量最多，在胃、肾脏、肝脏、鳃、表皮和鳞片的积累量则取决于剂量和污染持续程度。Per-Arne等 [10] 研究也显示金属元素在不同鱼体部位积累量不同，其在肌肉中含量最少，在肝脏和鳃中含量是最多的。除不同鱼体组织中金属元素含量不同的研究外，国外研究也在研究受金属元素污染后白鲑鱼的食用安全性评价 [6,9,11] 。近年来，鱼体中所含对人体具有毒性的Pb、Hg和As等重金属元素的分析检测评价已引起人们的普遍关注，因此对新疆塞里木湖凹目白鲑的食用安全性评估尤为重要。本实验对赛里木湖凹目白鲑的肌肉、肠胰腺、皮、鳞、肝的重金属元素进行研究，并对赛里木湖凹目白鲑的重金属污染程度和消费风险进行了分析与评估。
凹目白鲑，同一批次成年鱼，平均单尾质量在600 g左右，均采样于新疆赛里木湖冷水鱼养殖基地。
硝酸、双氧水、硼氢化钾、氢氧化钾、硫脲均为优级纯。Pb、Cd、Cr、Hg、As、Ni单元素标准溶液美国o2si公司。实验用水均为二级水和超纯水。
MARS微波消解仪 美国CEM公司；BHW-09C赶酸炉 上海博通公司；Z-2000原子吸收光谱仪 日本日立公司；AFS-9230原子荧光仪 北京吉天公司。
1.3.1 样品预处理
测定鲜活野生凹目白鲑的体长和体质量，后置入聚乙烯袋中，存放于有冰块的保温箱内带回实验室。随即解剖取下肝胰脏、肠、鳃、皮、肌肉组织等，置于聚乙烯封口袋中在-20 ℃冰箱贮藏保存。测量前，取样品30 g左右研磨至粉碎，放置于常温处等待检测。
1.3.2 质量长度的测定 [12]
随机选取10 尾凹目白鲑，逐一对其体长和体质量进行测定，并按照式（1）计算质量长度指数（K值），结果取平均值。
式中：m为鱼体质量/g；L为鱼体长度/cm。
1.3.3 6 种重金属元素含量的测定
将解冻的凹目白鲑肝胰脏、肠、鳃、皮、肌肉等组织进行充分研磨，每个鱼体组织做3 个平行样本，密封保存。
Pb、Cr、Cd含量的测定：每个样品各称取3 g放置于锥形瓶内，并用25 mL混酸（V（硝酸）∶V（高氯酸）=9∶1），浸泡过夜，再将样品于电热板上进行加热消化，消化液颜色呈无色透明或者淡黄色。冷却后，将消化液移入50 mL容量瓶，用少量去离子水清洗锥形瓶3 次，合并后用硝酸溶液（1%）定容；每个样品做3 组平行，进行3 次测定，取平均值。采用石墨炉原子吸收光谱法测定Pb、Cr、Cd元素 [13-15] ，同时做空白实验。
As和Hg含量的测定：每个样品各称取1 g放置于消解仪内，加入5 mL硝酸浸泡30 min，将安全阀盖好放入微波消解系统，选取1 200 W（100%功率），升温时间为5 min，控制温度在190 ℃，并保持15 min，消解完成后将消解液移入50 mL容量瓶，并用少量二级水清洗内壁3 次，合并后定容。每种样品做3 组平行，进行3 次测定，取平均值，采用氢化物发生原子荧光光谱法测定As、Hg元素 [16-17] ，同时做空白实验。
Ni含量的测定：每种样品各称取5 g放置于烧杯中，加入15 mL硝酸，浸泡过夜。先用砂子铺满电热板，再将烧杯放于电热板上加热，等样品发生剧烈反应后，取下冷却2 min，缓慢加入2 mL过氧化氢后加热消解。加热过程中不断加入过氧化氢和硝酸，待不产生棕色气体后，加入25 mL去离子水，再加热煮沸去除多余的硝酸，操作2 次。加热至溶液剩余1 mL左右时取下冷却，并移入10 mL容量瓶中，用去离子水清洗烧杯3 次，合并后定容。每种样品做3 组平行，进行3 次测定，取平均值，采用原子吸收分光光度法测定Ni元素 [18] ，同时做空白实验。
1.4.1 污染程度评价
检测样品中的重金属含量，采用Excel和SPSS 17.0统计软件作双变量相关性分析，然后通过单因子污染指数法分析和评价6 种重金属的污染程度。单因子污染指数法 [19] 通过式（2）表达出不同种重金属在鱼体不同组织中的污染情况：
式中：P i 为单因子污染指数；C i 为某种重金属含量/（mg/kg）；S i 为某种重金属的评价标准/（mg/kg）。
以GB 2762—2017《食品中污染物限量》所规定的重金属在食品中的最高限量为标准，Cd元素最高限量为0.1 mg/kg，Pb元素最高限量为0.5 mg/kg，Cr元素最高限量为2.0 mg/kg，As元素最高限量为0.1 mg/kg，Hg元素最高限量为0.5 mg/kg，Ni元素最高限量为0.1 mg/kg [20] 。通过计算得出P i 小于0.2时，该样品中重金属的含量为健康水平，当0.2≤P i ＜0.6，该样品即为微污染水平；当0.6≤P i ＜1.0，该样品为中度污染水平；当P i ＞1.0则该样品为重度污染水平，即该测定样品不可被销售，对人体有重度危害。
1.4.2 健康风险评价方法
美国环保局（United States Environmental Protection Agency，USEPA）提出的目标危险系数（target hazard quotients，THQ）是一种评价人体摄入化学污染物后引起的健康风险评价方法 [21] ，以人体吸收量与参考量的比值为评判标准，计算见式（3）：
式中：E F 为人群暴露频率（365 d/a）；E D 为暴露时间（平均寿命70 a）；F IR 为食品摄入率/（g/d）；C为食品中重金属含量/（mg/kg）；R FD 为口服参考剂量/（mg/（kg•d））；W AB 为人体平均体质量/kg；T A 为非致癌性暴露平均时间（365 d/a×E D ）。
当THQ低于1时，可认为无健康风险；当THQ为1或者大于1时，可认为不能排除可能存在的健康风险。
1.4.3 食用安全性评价
联合国粮食及农业组织/世界卫生组织食品添加剂联合专家委员会提出的基于暂定每周允许量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）的PTWI方法 [21] ，同时为每种重金属标定了安全值域，所测量的数值必须在其区间之内。具体测定每周平均重金属摄入量的计算公式（4）为：
式中：EWI为每周平均重金属摄入量/（µg/kg）；F IR 为食品摄入率/（g/d）；C为食品中的重金属含量/（mg/kg）；W AB 为人体平均体质量/kg。
在鱼类学中，质量长度指数（K值）为表示鱼类适应环境的生理状态和营养状况的综合指标之一，可以通过该指标判断鱼体的生长状况和成熟度 [22-23] 。统计得出赛里木湖野生凹目白鲑的个体平均体长为（24.9±1.0）cm、个体平均体质量（600±23）g，计算得出K值为24.12 g/cm（n=10），稍高于箱式（K值为19.29 g/cm）和池塘（K值为18.50 g/cm）养殖的凹目白鲑 [24] ，结果与马燕武等 [25] 报道的相符（塞里木湖凹目白鲑雌性鱼体和雄性鱼体K值分别为33.84、21.39 g/cm）。同时，K值被用来评价鱼体自身条件状况，其值大小与鱼体身体状况呈正相关 [26] 。从K值结果可看出，野生的凹目白鲑生长状况更好。
2.2.1 金属元素在鱼体不同组织的含量分布特征
表1 不同组织中重金属的平均含量（x ±s，n=6）
Table 1 Average contents of heavy metals in different organs (x± s, n = 6)mg/kg
注：—.未检测出。
凹目白鲑鱼体对重金属元素的蓄积情况存在组织特异性，同一组织对不同重金属元素的蓄积量不相同，不同组织对同类重金属的蓄积量也不相同。如表1所示，Cd、As、Pb、Hg为凹目白鲑鱼体内主要蓄积的4 种重金属元素，其中Cd、Pb、Cr、Ni的仪器检出限分别为0.001、0.005、0.005、0.001 mg/kg，样品数目超过所测总样品半数（3 组）低于检出限以未检出计，各组织检出的重金属含量最后取平均值对凹目白鲑各器官重金属蓄积量进行分析，得出重金属在凹目白鲑肠胰腺中蓄积量最大，在肌肉组织中蓄积量最少，与Deigweiher [26] 和Per [27] 等的研究结果一致，肌肉组织和肝脏中的含量差异不显著，但二者均与皮、肠胰、鳃显著性差异（P＜0.05）。通过查阅得出赛里木湖水质各项I级，均属于无污染，具体指标为：As≤0.05 mg/kg、Hg≤0.000 05 mg/kg、Cd≤0.001 mg/kg、Cr≤0.01 mg/kg、Pb≤0.01 mg/kg [26] 。
2.2.2 鱼体不同部位重金属Cr、Cd含量与体长、体质量的相关性分析
表2 凹目白鲑对Cr的蓄积效应与其他形态学指标的相关性分析（n=6）
Table 2 Correlation analysis of Cr accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)
注：相关性水平（双尾）：**.高度显著P＜0.01；*.显著P＜0.05；—.无相关性。下同。
表3 凹目白鲑对Cd的蓄积效应与其他形态学指标的相关性分析（n=6）
Table 3 Correlation analysis of Cd accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)
由表2和表3可知，凹目白鲑体长和体质量两者对鱼体的Cr、Cd蓄积量均为显著正相关性，对鱼体肠胰、肝脏的Cd蓄积量存在一定相关性，而对鱼体皮的Cr蓄积量存在一定相关性（P＜0.05），对肌肉的Cr、Cd蓄积量无相关性。
2.2.3 鱼体不同部位重金属Hg、As含量与体长、质量的相关性分析
表4 凹目白鲑对Hg的蓄积效应与其他形态学指标的相关性分析（n=6）
Table 4 Correlation analysis of Hg accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)
表5 凹目白鲑对As的蓄积效应与其他形态学指标的相关性分析（n=6）
Table 5 Correlation analysis of As accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)
由表4和表5可知，凹目白鲑体长和体质量两者均对鱼体鳃、肠胰、肌肉、皮的As蓄积量存在显著正相关性；凹目白鲑体长和体质量两者对肝脏和肌肉的Hg蓄积量存在显著正相关性。
2.2.4 鱼体不同部位重金属Pb、Ni含量与体长体质量的相关性分析
表6 凹目白鲑对Pb的蓄积效应与其他形态学指标的相关性分析（n=6）
Table 6 Correlation analysis of Pb accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)
表7 凹目白鲑对Ni的蓄积效应与其他形态学指标的相关性分析（n=6）
Table 7 Correlation analysis of Ni accumulation with morphological indexes in C. autumnalis (n= 6)
由表6和表7可知，凹目白鲑体长和体质量两者对鱼体皮、肠胰和肌肉的Pb蓄积量均为显著正相关性，对鱼体器官组织中的Ni蓄积量无相关性。
通过对不同重金属元素在鱼体不同组织的含量分布及其相关性分析，结果得出，Pb、Cd、Hg、As 4 种重金属元素在赛里木湖凹目白鲑各组织的蓄积量以及其与体长、体质量，均呈显著正相关性，但Cr、Ni仍旧出现不显著性的结果，可能是因为鱼体作为一个复杂的有机整体，各组织之间的相互关联性较强，但不同组织和器官的内源性物质存在一定差异，对重金属元素的亲和力不同，此外鱼类特殊的生活环境也影响了鱼体对重金属元素的吸收，造成了不同的蓄积效应。
2.3.1 污染程度分析
凹目白鲑的不同组织中均可以检测出各种重金属元素，为进一步了解污染程度及食用质量，采用单因子污染指数法对鱼体组织中的各种金属元素进行评价。
表8 鱼体重金属污染程度分析
Table 8 Heavy metal contamination levels in fish tissues and organs
由表8可知，Cd在凹目白鲑肠中的蓄积量和Pb在表皮中的残留量达到了微污染水平，而肠中的As达到了中污染水平，且污染物的量均少于国家限定食用性安全含量（Pb＜0.5 mg/kg，Cd＜0.1 mg/kg，As＜0.1 mg/kg） [20] ，其他均属于无污染水平。由此可验证上一条结论，鱼体中的主要重金属污染残留在鱼的肠胰腺中，表8表明赛里木湖凹目白鲑污染最大的是肠中的As，其次是Cd；以及表皮的Pb。
2.3.2 赛里木湖凹目白鲑中重金属的健康分析及食用安全性评价
通过查阅USEPA的标准 [28] （Hg≤1 mg/kg，As≤0.5 mg/kg，Pb≤0.5 mg/kg，Cd≤0.1 mg/kg，Cr≤2 mg/kg），6 种重金属的口服参考剂量分别为Pb 3.5 µg/（kg•d）、Cd 1.0 µg/（kg•d）、Hg 0.3 µg/（kg•d）、As 0.6 µg/（kg•d）、Cr 3.0 µg/（kg•d）、Ni 0.5 µg/（kg•d）。由JECFA提出的各类重金属PTWI [29] ，其中Cr为10.0 µg/kg，Cd为7.0 µg/kg，As为15.0 µg/kg，Pb为25.0 µg/kg，Hg为10.0 µg/kg，Ni为3.0 µg/kg。假定新疆居民人均水产品摄入量为30 g/d，人均寿命为70 a，体质量统一按成人体质量为70 kg，人群暴露频率为365 d/a，非致癌暴露平均时间（365 d/a×70 a）为参数进行评价，基于人类主要食用部分为肌肉组织，因此以肌肉组织中的重金属含量进行计算。
表9 赛里木湖凹目白鲑鱼体重金属的健康风险及食用安全性评价
Table 9 Health risk and safety evaluation of dietary intake of heavy metals through consumption of C. autumnalis from the Sayram Lake
从表9可得出，THQ值均小于1，即可认为食用赛里木湖凹目白鲑无明显健康风险，且该鱼的各组重金属含量均未超过国家标准所规定的限量值 [20] ，每周平均重金属摄入量未超过PTWI的组分，所占PTWI比例0.1%。新疆北疆地区除湖区之外，对鱼的食用量相对较少，在湖区地方，同时影响重金属摄入体内的途径还有其他食物，比如蔬菜、水果、家禽等，都有可能影响人体内部对重金属的积累 [30] ，但通过分析研究这6 种重金属可知，此地区重金属含量并不能影响凹目白鲑的食用安全性。
由于无法调查赛里木湖区对凹目白鲑具体的消费情况，所采用的公式中关于鱼类的摄入量均参照于新疆整体消费水平，且此种鱼类为当地代表鱼种，价格较贵，普遍性不如其他鱼类，如草鱼、鲤鱼等，因此对安全性的分析会有一定的差异，相较于实际值或偏大。但食用新疆赛里木湖凹目白鲑对人体无健康风险，且安全性较高。
重金属元素在新疆塞里木湖凹目白鲑的肠、胰腺分布最多，在肌肉组织分布最少。由于鱼体不同组织对重金属元素的亲和力不同，故而鱼体对重金属元素的蓄积量存在一定的组织特异性，不同鱼体组织对重金属元素的蓄积量差异性显著，各种重金属的分布不同可同时证明同一器官组织对重金属的蓄积量也不相同。
通过单因子污染指数法对各金属元素在鱼体组织中的污染状况进行评价分析，结果表明，赛里木湖凹目白鲑仅Cd在肠中的残留量，以及Pb在表皮中的残留量达到了微污染水平，而肠中的As达到了中污染的水平，其他均属于无污染。利用THQ法和PTWI法对塞里木湖凹目白鲑的可食用部分（肌肉）进行健康风险及食品安全性评价分析，结果得出，食用凹目白鲑的THQ小于1，每周平均重金属摄入量值未超过PTWI，并且所占的PTWI比例未超过10%，可认为食用新疆赛里木湖凹目白鲑无明显健康风险，食用安全性较高。
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Analysis of Six Heavy Metal Contents and Safety Evaluation of Coregonus autumnalis from the Sayram Lake
DENG Xiaorong 1 , ZHAO Zhiyong 1 , SONG Fangyuan 1 , LEI Yongdong 1, *, FENG Fan 2 , ZHANG Jian 2, *, ZHANG Zhenghong 3
(1. Institute of Agricultural Products Processing, Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi 832000, China;2. College of Food Sicence, Shihezi University, Shihezi 832000, China; 3. Center of Food Quality Supervision and Testing,Ministry of Agriculture, Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi 832000, China)
Abstract: The goal of this study was to evaluate the accumulation levels and safety of heavy metals in cold water fish in Xinjiang. The concentrations of Pb, Cd, Cr, Hg, As and Ni in different organs and tissues of Coregonus autumnalis from the Sayram Lake were measured by atomic absorption spectrometry (AAS) and atomic fluorescence spectrometry (AFS) after microwave digestion, and the associations of heavy metal distribution profiles with body length and body mass were also examined. The single factor pollution index and the target hazard quotient were used to evaluate the degree of pollution and the safety of dietary intake of heavy metals through fish consumption. The results showed that the concentrations of heavy metals in C. autumnalis was tissue specific, and the concentrations of different heavy metals in each organ or tissue were different.The contents of Cd and As were the highest in intestinal and pancreatic tissues and lowest in muscle, while Pb content was the highest in skin. The levels of all three heavy metals were lower than the national standard limit (Pb ＜ 0.5 mg/kg, Cd ＜ 0.1 mg/kg,As ＜ 0.1 mg/kg). Correlation analysis showed that there were significant correlations between the concentrations of all heavy metals except for Ni and Cr in some tissues and biological parameters such as body mass and length of C. autumnalis (P ＜ 0.05). Heavy metal pollution evaluation and health risk assessment showed that all tissues and organs except muscle were polluted by heavy metals at different levels. Consumption of C. autumnalis from the Sayram Lake posed no obvious health risks and showed good safety.
Keywords: heavy metals; Sayram Lake in Xinjiang; Coregonus autumnalis; accumulation levels; food safety
DENG Xiaorong, ZHAO Zhiyong, SONG Fangyuan, et al. Analysis of six heavy metal contents and safety evaluation of Coregonus autumnalis from the Sayram Lake[J]. Food Science, 2018, 39(18): 267-272. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-201818041. http://www.spkx.net.cn
邓小蓉, 赵志永, 宋方圆, 等. 新疆赛里木湖凹目白鲑中6 种重金属元素含量分析及食用安全性评价[J]. 食品科学,2018, 39(18): 267-272. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201818041. http://www.spkx.net.cn
文章编号： 1002-6630（2018）18-0267-06
引文格式：
中图分类号： TS255
文献标志码： A
*通信作者简介： 雷用东（1988—），男，实验师，硕士，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：leiyongdong1008@126.com张建（1979—），男，教授，博士，研究方向为食品生物化学。E-mail：zhangjian0411@163.com
DOI: 10.7506/spkx1002-6630-201818041
基金项目： 国家自然科学基金地区科学基金项目（31460438）
第一作者简介： 邓小蓉（1988—），女，助理研究员，硕士，研究方向为农产品加工与贮藏。E-mail：dxr20099@163.com
收稿日期： 2017-06-15