徐州市售蔬菜中多环芳烃污染与健康危害

王丽萍，夏忠欢, 3, 4,*，吴敏敏，张倩倩，杨浩

1. 江苏省物质循环与污染控制重点实验室，南京师范大学环境学院，南京 2100232. 虚拟地理环境教育部重点实验室 南京师范大学，南京 2100233. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，南京 2100234. 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点，南京 210023

徐州市售蔬菜中多环芳烃污染与健康危害

王丽萍1, 2，夏忠欢1, 2, 3, 4,*，吴敏敏1, 2，张倩倩1, 2，杨浩2, 3, 4

1. 江苏省物质循环与污染控制重点实验室，南京师范大学环境学院，南京 2100232. 虚拟地理环境教育部重点实验室 南京师范大学，南京 2100233. 江苏省地理信息资源开发与利用协同创新中心，南京 2100234. 江苏省地理环境演化国家重点实验室培育建设点，南京 210023

为了分析徐州市蔬菜中多环芳烃(PAHs)的污染及其对人群的健康危害，本研究于2016年5月在徐州大型农贸市场和超市采集了当地居民经常食用的7种蔬菜样品，使用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)分析了蔬菜样品中的8种中低环PAHs。结果表明PAHs总含量为27.7～53.8 ng·g-1，其中2、3环分别占总PAHs的45.53%、45.65%。不同类型蔬菜中PAHs含量为：叶菜类>根菜类>果菜类。运用毒性当量法计算得到徐州市不同人群对PAHs的摄食暴露量为7.88～14.65 ng·d-1，引起的致癌风险在1.79×10-7～1.08×10-6范围内，处于低致癌风险水平，但是其健康影响仍不容忽视。

多环芳烃；污染水平；摄食暴露；健康危害；徐州

Received8 January 2017accepted9 April 2017

Abstract: In order to analyze the pollution of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in vegetables and assess the health hazards on the population in Xuzhou, 7 kinds of vegetables, which are widely consumed by local residents, were collected in May 2016 from local large-scale farmers markets and supermarkets. 8 kinds of low and medium molecular PAHs concentrations were determined by using gas chromatography-mass spectrometry. The results showed that total PAHs concentrations ranged from 27.7 to 53.8 ng·g-1, with 2-ring and 3-ring species accounting for 45.53% and 45.65%, respectively. PAHs concentrations varied from different samples with a descending order of leafy vegetables, rhizome vegetables and fruit vegetables. The PAHs ingestion exposure levels of diverse population groups in Xuzhou estimated by toxicity equivalent method was in the range of 7.88-14.65 ng·d-1. Meanwhile, the incremental lifetime cancer risk was 1.79×10-7-1.08×10-6, indicating low potential carcinogenic risk. Despite the low estimated risk values, health effect induced by the ingestion of PAH-containing vegetables still need to be considered.

Keywords: PAHs; pollution level; ingestion exposure; health hazards; Xuzhou

多环芳烃(PAHs)作为典型持久性有机污染物(POPs)，主要是含有碳和氢的有机物质不完全燃烧或热解而形成的[1]，环境中PAHs的来源分为天然源和人为源，主要是人为源[2]。PAHs具有脂溶性，进入人体中的PAHs，易富集于人体，经细胞微粒体中氧化酶活化后具有致癌性[3-4]，进而危害人类健康，因而环境中PAHs成为各国的研究焦点。近年来，欧盟食品科学委员会(SCF)、食品添加剂联合专家委员会(JECFA，FAO/WHO)、欧洲食品安全局(EFSA)等均对食品中PAHs进行了评估[5]。美国环保局(USEPA)已将16种多环芳烃列为优先控制的污染物[6]。PAHs 进入人体的途径有食物、呼吸和皮肤接触[7]，对于非职业暴露人群，摄食暴露是最主要的途径[8-9]。随着人民生活水平的提高,蔬菜消耗量也相应增加，蔬菜的健康风险问题越来越受到重视。因此对蔬菜中PAHs污染及其健康危害进行分析具有重要意义。

徐州市是一个有着超过800万常住人口，以煤炭、电力、建材、机械等为主的重工业城市。地处苏、鲁、豫、皖四省交界，是国家综合交通枢纽。城市发展过程中产生大量污染物，对当地土壤、水体、大气造成污染，严重影响当地的环境质量，对人群健康造成威胁。到目前为止，国内学者主要对徐州市土壤及大气环境介质中的PAHs开展了研究[10]，对于徐州市膳食中PAHs的研究还鲜有报道。因此，本研究以徐州市的蔬菜作为研究对象，选取当地居民日常消费量最大的三类蔬菜：叶菜、果菜、根菜，其中包括卷心菜、青菜、西葫芦、豆角、番茄、山药、土豆。通过对蔬菜样品中8种中低环PAHs(萘、苊、苊烯、芴、菲、蒽、荧蒽、芘)含量进行测定，分析徐州市蔬菜中PAHs污染水平，并应用蒙特卡罗模拟的数据分析徐州市不同人群对PAHs的摄食暴露量并评估引起的健康风险，以期为徐州市的蔬菜质量安全管理提供基础资料和科学依据，从而保障居民的饮食安全。

1 材料与方法(Materials and methods)

1.1 仪器和试剂

气相色谱-质谱联用仪(岛津QP-2010，日本)，微波萃取器(CEM MARS6，美国)，旋转蒸发仪(R-201，上海)，台式低速离心机(TDL-40B，上海)，超声波清洗器(KQ-500B，昆山)。8种PAHs混合标样购自德国Dr. Ehrenstorfer公司，乙腈、二氯甲烷、正己烷、丙酮均为色谱纯(南京化学试剂有限公司)。无水硫酸钠、氧化铝、硅胶(80～200目，迪马公司，中国)为分析纯。实验用水为超纯水。

1.2 样品采集

根据各品种蔬菜消费量优先和兼顾品种多样性的原则，选取徐州市大型农贸市场和超市，于2016年5月采集了当地居民日常消费量最大的7种蔬菜：叶菜类(卷心菜、青菜)、果菜类(西葫芦、豆角、番茄)、根菜类(山药、土豆)。每种蔬菜采集了5个样品，每个样品由5个子样混合而成。每个子样只采集了蔬菜的可食入部分。样品采集后密封在样品袋内，并用冰袋冷藏保存，尽可能快地运回实验室，用超纯水冲净蔬菜表面的土壤和杂物后，用滤纸吸干表面水分，实验分析之前贮存在4 ℃的环境中。

1.3 样品前处理

经绞碎后的样品用20 mL乙腈在微波萃取器中提取，萃取条件为：1 200 w、100 ℃，升温10 min、静态萃取10 min。萃取液经离心机离心3次后，上清液转移至分液漏斗中，用100 mL 4%的Na2SO4溶液和30 mL正己烷萃取2次，2次萃取液合并后用硅胶-氧化铝层析柱净化，将净化后的样品用氮吹至小于1 mL，用正己烷定容至1 mL进行定量分析。

1.4 分析方法

采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用仪测定PAHs组分。GC条件：色谱柱为HP-5MS(30 m×0.25 mm i.d.×0.25 μm film thickness, J&K Scientific, U.S.A.)，载气为高纯氦气，进样口温度为280 ℃，不分流进样1 μL。初始温度为50 ℃(保留1 min)，以15 ℃·min-1的速度升温至180 ℃，再以5 ℃·min-1速度继续升至250 ℃(保留10 min)。MS条件：倍增器电压为1 200 V，离子源温度230 ℃，接口温度280 ℃，质量扫描范围 50～450，EI离子源，70 eV，调谐方式为自动调谐，选择离子检测(SIM)模式，并使用外标法定量测定了8种PAHs：萘(naphthalene，Nap)，苊(acenaphthene，Ace)，二苊烯(acenaphthylene，Acy)，芴(fluorene，Fle)，菲(phenanthrene，Phe)，蒽(anthracene，Ant)，荧蒽(fluoranthene，Fla)，芘(pyrene，Pyr)。根据PAHs标准质谱图对照定性，根据色谱峰面积由5点工作曲线法定量。

1.5 质量控制

氧化铝和硅胶使用前在马弗炉(AAF 1100, Carbolite)里经650 ℃焙烧10 h，然后储存在密封的干燥器中。使用前在130 ℃活化4 h。所有玻璃仪器经超声波清洗器清洗后，在400 ℃下烘6 h。将干净的玻璃珠按实际样品的实验程序进行相同的萃取和净化过程，并将测得的PAHs浓度作为实验空白浓度。所有蔬菜样品的PAHs浓度都经过实验空白校正。每种PAHs标准曲线线性良好，相关系数(r2)在0.999以上。基质加标回收率除Nap为52%，其余的7种PAHs单体在77%～107%。实验结果没有经过回收率校正；样品方法检测限范围是0.0018～0.0064 ng·g-1湿重。为保证数据的准确性，每10个样品测定1个空白样和1个重复样，并每天重新校准标准曲线。

1.6 BaP等效浓度计算

考虑到各种PAHs 的毒性不同，本研究采用基于剂量相加效应的毒性当量法，以BaP为参照对象，用各种PAHs相对苯并[a]芘的毒性等效因子(TEFs)乘以 8种PAHs 单体的质量浓度计算得到对应毒性当量浓度(BaPeq)(表1[11])。计算公式：

(1)

式中：BaPeq—蔬菜中8种PAHs的BaPeq的浓度，ng·g-1；

Ci—i类PAH的浓度，ng·g-1；

TEFi—i类PAH的毒性当量因子。

1.7 摄食暴露量计算

考虑到不同年龄人群的膳食结构、蔬菜消费量以及体重等方面存在显著差异，我们参考文献报道的人群划分方法将徐州市居民划分为儿童(4～10岁)、未成年人(11～17岁)、成年人(18～60岁)、老年人(61～70岁)4个年龄群组[14]，再根据性别进一步分为男性和女性。本研究根据徐州市居民的膳食结构来计算徐州市蔬菜中PAHs的摄食暴露量。计算公式如下：

ED=BaPea×IRi

(2)

式中：IRj= j类人群每天摄食的蔬菜量[14-15](g·d-1)，男性儿童、男性未成年人、男性成年人、男性老年人、女性儿童、女性未成年人、女性成年人、女性老年人IR值分别为：138.05、211.90、250.20、224.35、144.25、190.85、227.50、195.40 g·d-1。

BaPeq和IR分别服从对数正态和正态分布，根据BaPeq和IR的分布函数利用蒙特卡罗随机取值代入公式2计算得到ED。

1.8 终生致癌风险计算

终生致癌风险(ILCR)采用美国环保局(US EPA)推荐的方法，通过文献[14]中的参数和公式来计算。

ILCR=ED×EF×ED×SF×CF/(BW×AT)

(3)

式中：ILCR—人群终生增量致癌风险(无量纲)；

SF—BaP摄食途径的致癌斜率因子，均值7.3 [(mg·kg-1)·d-1]-1[15-17]；

ED—摄食暴露量，ng·d-1；

ED—暴露持续时间，a(儿童=7；未成年人=7；成年人=43；老年人=10)；

BW—体重，kg。男性儿童、男性未成年人、男性成年人、男性老年人、女性儿童、女性未成年人、女性成年人、女性老年人的体重均值分别为：25.13、49.04、65.07、63.17、23.96、46.26、55.58、54.27。每组人群体重数据来源于2002年健康和膳食调查结果[18-19]，对于一些缺失数据，用插值法得到。

AT—致癌物的平均寿命，25 550 d；

EF—暴露频率，365 d·a-1；

CF—转化因子，10-6mg·ng-1。

ED、SF和BW分别服从对数正态、对数正态和正态分布，根据ED、SF和BW的分布函数利用蒙特卡罗随机取值代入公式3计算得到ILCR(表1)。

2 结果与讨论(Results and discussion)

2.1 各类蔬菜中PAHs含量

徐州市7种蔬菜样品中PAHs的含量和BaPeq如表3所示，8种PAHs均有检出。7种蔬菜的总浓度为(27.7±0.77～53.8±2.66) ng·g-1。单个化合物所占的比例为：NAP>PHE>FLA> FLO>PYR> ANT>ACY> ACE(图1)，各化合物以PHE、FLA和NAP为主，占总量的69.06%(图1)。徐州市蔬菜中2～4环PAHs比例分别占总量的27.62% 、49.69% 、22.69%，以3环PAHs为主。葛晓立等[20]等研究了徐州市土壤中PAHs环境地球化学迁移，所得出玉米、水稻、大豆中PAHs含量均值较低(16.66 ng·g-1)，这说明徐州市近些年来蔬菜中PAHs含量在增加。8种PAHs的BaPeq所占比例为：ANT>PHE>NAP>FLA>FLO>PYR>ACY>ACE(图1)，各种化合物BaPeq贡献率与PAHs含量并不完全一致，其中ANT的贡献率最大，这是因为ANT具有较大的毒性当量因子(表2)。国标中没有明确规定蔬菜中PAHs污染物含量限值，谷物及其制品、肉及肉制品、水产动物及其制品的苯并[a]芘的限量值均为5.0 ng·g-1[21]，本研究中8种PAHs的BaPeq值均低于该限值。

将所采集的蔬菜样品分为叶菜类、果菜类和根菜类三类，三类蔬菜中PAHs的平均含量分别为47.76 ng·g-1、33.13 ng·g-1、45.42 ng·g-1，即叶菜类>根菜类>果菜类。各种蔬菜中PAHs平均含量在总含量中的分布如图2所示，叶菜PAHs含量最高，占37.81%，其次是根菜。果菜中PAHs含量最低。三类蔬菜的BaPeq贡献率分别为：40.95%、24.64%、34.41%，即叶菜类>根菜类>果菜类(图2)，与PAHs含量贡献率分布一致。Sardar等[22]研究证明，在大气污染严重地区生长的植物(比如莴苣、羽衣甘蓝、菠菜)，其叶片面积越大，PAHs含量就越高。Inam 等[23]得出PAHs暴露水平和其与污染源的距离有关。叶菜有较大的暴露面积，长期暴露于大气中，易富集更高含量PAHs。

表1 模型参数的分布特征Table 1 Distribution characteristics of model parameters

注：正态分布(算术均值，算术标准差)；对数正态分布(几何均值，几何标准差)。

表2 各类PAHs的毒性当量因子Table 2 PAHs and their toxic equivalent factors (TEFs)

图1 徐州市蔬菜中不同多环芳烃单体 对∑PAHs和BaPeq的贡献率Fig. 1 Contribution of different PAHs to ΣPAHs and BaPeq in vegetables in Xuzhou

表3 各蔬菜样品中PAHs含量及BaPeq(单位ng·g-1湿重)Table 3 Residue levels of PAHs and BaPeq in various kinds of vegetables (ng·g-1 wet weight)

图2 不同种类蔬菜对∑PAHs和BaPeq的贡献率Fig. 2 Contribution of different kinds of vegetables to∑PAHs and BaPeq

表4 徐州市蔬菜中PAHs含量与其他地区的比较 (ng·g-1湿重)Table 4 Comparison of PAHs concentrations in vegetables among Xuzhou and other regions (ng·g-1 wet weight)

表4列举了国内外其他地区蔬菜中PAHs的含量，徐州市蔬菜中PAHs平均含量(40.82 ng·g-1)略高于巴基斯坦(11.96 ng·g-1)，远高于法国(0.09 ng·g-1)、瑞典(0.042 ng·g-1)，低于印度(68.75 ng·g-1)、临汾(44.13 ng·g-1)，远低于顺德(120.90 ng·g-1)、安徽省典型城市(合肥、芜湖和亳州)(120.73 ng·g-1)和杭州(672.35 ng·g-1)。植物体内PAHs背景值一般为10～20 ng·g-1[24]。本研究结果表明，徐州市蔬菜的来源地在一定程度上已经受到城市化和工业化的影响。Inam等[23]研究尼日利亚汽车修理厂附近叶类蔬菜中PAHs的含量，16种PAHs总含量最高达1 770 ng·g-1，这是由于汽车修理厂产生的油污中含有大量的PAHs化合物。

2.2 摄食暴露分析

徐州市男性儿童、男性未成年人、男性成年人、男性老年人、女性儿童、女性未成年人、女性成年人、女性老年人对蔬菜中PAHs的摄食暴露量中位数分别为7.88、12.40、14.65、13.07、8.30、11.19、13.32、11.40 ng·d-1(图3)。男性总摄食暴露量(48.00 ng·d-1)高于女性(44.21 ng·d-1)，这与男性的膳食量较高有关。不同年龄段的暴露量依次为成年人>老年人>未成年人>儿童。这是因为成年人的蔬菜摄食量相较于其他年龄段人群最大。本研究中徐州市所有人群的摄食暴露量均低于太原市[15](355～572 ng·d-1)。原因是：(1)太原市是我国重工业和能源大城市，受城市化和工业化进程影响，污染较严重；(2)太原市食物中的PAHs的摄食暴露涉及多种食物，不仅仅是本文研究的蔬菜；(3)太原市食物中的PAHs包括16种化合物，其中高环PAHs毒性当量因子大，导致BaPeq浓度高。李荣新等[32]等研究北京地区人群对PAHs的摄食暴露量为540 ng·d-1，也高于本研究中徐州市人群摄食暴露量。

2.3 健康风险评价

美国环保局将致癌风险分为三类：ILCR小于10-6时，致癌风险可以忽略；ILCR在10-6～10-4之间时，具有潜在的致癌风险；ILCR大于10-4时，具有较大的致癌风险[33]。

徐州市不同人群ILCR的累积概率分布如图4所示。对于男性儿童、未成年人、成年人和老年人，ILCR的中值分别为2.33×10-7、1.87×10-7、1.02×10-6和2.18×10-7，上述年龄组的女性，其ILCR的中值分别为2.56×10-7、1.79×10-7、1.08×10-6和2.21×10-7。儿童、未成年人、老年人的ILCR的中值都低于10-6，低于潜在致癌风险水平。成年人的ILCR的中值在10-6～10-5的范围内，高于可接受的风险水平(10-6)但低于优先级风险水平(10-4)。徐州市男性和女性成年人分别有54.46%和57.88%的人群的ILCR值大于10-6，表明具有潜在致癌风险。儿童的摄食暴露量低于未成年人(图3)，但因为体重低得多，导致儿童比未成年人具有更高的ILCR值(图4)。成年人的摄食暴露量略高于儿童、未成年人、老年人，但健康风险值却明显高于其他年龄段人群，这主要是因为成年人暴露时间长。董继元等[34]研究兰州地区PAHs暴露，各年龄段男性和女性的健康风险均值分别为4.12×10-5和4.80×10-5，远远高于本研究的结果。因为谷物摄取对兰州地区居民PAHs摄食暴露的贡献较大，导致兰州居民具有较高的健康风险。上海市儿童、未成年人和成年人由于PAHs 摄食暴露引起的致癌风险均值分别为7.20×10-6、6.13×10-6、4.44×10-6[35]，高于本研究。本文只研究前8种PAHs，以上比较，我们没有考虑致癌PAHs。如果考虑致癌PAHs，徐州市健康风险是否比其他城市小，需要进一步研究。

图3 蔬菜中PAHs的摄食暴露累计概率分布图Fig. 3 Cumulative probability of ingestion exposure for different groups in vegetables

2.4 不确定性分析

通过蒙特卡罗模拟对估算膳食暴露途径的健康风险相关参数的不确定性进行量化分析，各个参数对ILCR 的灵敏度分析结果见图5。结果表明，BaPeq对男性儿童、男性未成年人、男性成年人、男性老年人、女性儿童、女性未成年人、女性成年人、女性老年人的风险值贡献都是最大，分别为57.33%、73.91%、60.52%、54.37%、56.72%、78.62%、62.23%、56.12%。因此要获得更准确的摄食暴露 PAHs健康风险评估，必须准确获取PAHs浓度。而其他相关研究也表明由BaPeq和IR计算得到的ED是控制不确定性的关键因素[36-37]。

综上所述：

1)徐州市三类蔬菜中PAHs的含量以及BaPeq贡献依次为叶菜类>根菜类>果菜类。蔬菜中的PAHs以2环和3环化合物为主。与国标相比，8种PAHs的BaPeq值均低于限值。

2)徐州市不同人群对蔬菜中PAHs的摄食暴露量依次为成年人>儿童>老年人>未成年人。未成年人年龄段，男性>女性；儿童、成年人、老年人年龄段，女性>男性。徐州市儿童、未成年人、老年人由于蔬菜摄入引起的健康风险低于潜在致癌风险水平，而成年人处于潜在致癌风险水平。

图5 ILCR 评估中主要参数的不确定性分析Fig. 5 Uncertainty analysis results of incremental lifetime cancer risk assessment for different age groups

致谢：感谢南京师范大学环境学院韩睿明副教授在英文摘要润色中给予的帮助。

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PollutionandHealthHazardsofPAHsinVegetablesSoldinXuzhouCity，China

Wang Liping1,2, Xia Zhonghuan1, 2, 3, 4, *,Wu Minmin1,2, Zhang Qianqian1,2, Yang Hao2,3,4

1. Jiangsu Provincial Key Laboratory of Materials Cycling and Pollution Control, School of Environment, Nanjing Normal University, Nanjing 210023, China2. Key Laboratory of Virtual Geographic Environment (Nanjing Normal University), Ministry of Education, Nanjing 210023, China3. Jiangsu Center for Collaborative Innovation in Geographical Information Resource Development and Application, Nanjing 210023, China4. State Key Laboratory Cultivation Base of Geographical Environment Evolution (Jiangsu Province), Nanjing 210023, China

10.7524/AJE.1673-5897.20170108001

2017-01-08录用日期2017-04-09

1673-5897(2017)3-526-09

X171.5

A

夏忠欢(1978—)，男，博士后，副教授，主要研究方向为污染物的环境行为以及生态与健康风险评价。

国家自然科学基金项目(No.41001344, 41673108); 国家留学基金(No.201606865021); 江苏高校优势学科建设工程资助项目(No.164320H116)

王丽萍(1993—)，女，硕士研究生，研究方向为污染物的环境行为及生态与健康风险评价，E-mail: 1652849213@qq.com

*通讯作者(Corresponding author)， E-mail: zhhxia@njnu.edu.cn

王丽萍, 夏忠欢, 吴敏敏, 等. 徐州市售蔬菜中多环芳烃污染与健康危害[J]. 生态毒理学报，2017, 12(3): 526-534

Wang L P, Xia Z H, Wu M M, et al. Pollution and health hazards of PAHs in vegetables sold in Xuzhou City，China [J]. Asian Journal of Ecotoxicology, 2017, 12(3): 526-534 (in Chinese)