南极磷虾及其产品中砷含量分析及安全性评价

郭莹莹，王联珠,*，朱文嘉，江艳华，姚 琳

（1.农业农村部水产品质量安全检测与评价重点实验室，农业农村部水产品质量安全风险评估实验室（青岛），中国水产科学研究院黄海水产研究所，山东 青岛 266071；2.农业农村部极地渔业开发重点实验室，山东 青岛 266071）

南极磷虾（Euphausia superba）是一种优质的海洋生物资源，富含蛋白质、甲壳素、磷脂型多不饱和脂肪酸、虾青素以及低温活性酶等，在功能食品方面具有巨大的开发前景和利用价值。南极磷虾拥有庞大的生物量和潜在的商业开发价值，已成为全球海洋强国发展海洋生物新兴产业竞相追逐的目标，深入开发利用南极磷虾等海洋生物资源，对实现海洋开发从浅水近海向深水远洋拓展具有重要意义[1-2]。近年来，南极磷虾的加工产品主要有磷虾粉、磷虾油和磷虾肉糜，而随着南极磷虾深加工关键技术的不断进步，南极磷虾的开发产品呈现多元化、高附加值化发展的趋势，在高品质南极磷虾油工业化生产技术研发等方面已取得成功，将南极磷虾油、磷虾粉、磷虾蛋白、磷虾壳等开发为膳食补充剂和功能性食品，实现了对南极磷虾资源的综合利用[3-5]。

由于南极磷虾主要以浮游生物和藻类为食，具有通过食物链等途径富集微量元素或重金属的特性，因此，南极磷虾作为开发利用潜力巨大的生物资源，其相关产品的食用安全性备受关注[6-7]。国内外学者研究发现南极磷虾体内含有少量砷，在后续加工过程中砷元素会不同程度地转移到最终产品中，故磷虾粉、磷虾油等产品中砷含量较高[8-9]。目前针对南极磷虾中砷元素总量及形态分析已有相关研究报道[10-11]，但是针对南极磷虾油等产品中总砷、无机砷含量分析及食用安全性评价等方面的研究报道较少[12-14]。本研究采用氢化物发生-原子荧光光谱（hydride generation-atomic fluorescence spectrometry，HG-AFS）法和液相色谱-AFS（liquid chromatography-AFS，LC-AFS）法分别对南极磷虾整虾、磷虾肉、磷虾油和磷虾粉中总砷和无机砷含量进行分析。同时，基于检测数据和南极磷虾产品的膳食消费量，采用点评估方法对南极磷虾产品中砷膳食暴露量及食用安全性进行初步研究，并提出南极磷虾产品中无机砷限量的科学建议值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

从北京、辽宁、山东等省市的6 家磷虾油生产企业和挪威、美国的3 家企业采集了冻南极磷虾及其产品71 个，另有农业农村部水产品质量安全检测与评价重点实验室自制样品8 个。样品包括冻南极磷虾4 个、冻南极磷虾肉3 个、南极磷虾粉24 个、南极磷虾油48 个（南极磷虾油胶囊10 个、南极磷虾油原液38 个）。

亚砷酸根溶液标准物质（A s（I I I），G B W 08666）、砷酸根溶液标准物质（As（V），GBW 08667）均购自国家标准物质研究中心，标准储备液质量浓度为100 mg/L，4 ℃条件下保存，低质量浓度的标准溶液由储备溶液稀释配制，现用现配。盐酸、硝酸、过氧化氢、氢氧化钾、硼氢化钾、磷酸氢二铵均为优级纯，购自国药集团化学试剂北京有限公司。实验所用其他试剂均为分析纯，水为GB/T 6682—2008《分析实验室用水规格和试验方法》规定的一级水。

1.2 仪器与设备

MDS 2000微波消解仪 美国CEM公司；LC9560型LC-AFS仪 北京海光仪器有限公司；LC-20ATVP LC泵日本岛津公司；7725i手动六通进样阀（配有100 μL定量环） 美国罗丹妮公司；9130型HG-AFS仪（配有激发光源、高性能砷空心阴极灯） 北京吉天仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 试样制备

冻南极磷虾（整虾）和冻南极磷虾肉解冻后匀浆待检；磷虾油胶囊破开取油检测；磷虾油原液和磷虾粉直接称样检测。

1.3.2 水分含量的测定

采用直接干燥法测定冻南极磷虾、冻南极磷虾肉、磷虾粉和磷虾油中水分含量[15]。

1.3.3 总砷含量的测定

称取试样0.500 0 g于消化罐内罐中，加入5 mL硝酸浸泡过夜后，再加入1 mL H2O2密封，置于微波消解系统，按表1设置程序进行消解[16-17]。待系统冷却后，取出消化罐，用水定容至10 mL，采用HG-AFS法测定冻南极磷虾、冻南极磷虾肉、磷虾粉和磷虾油中总砷含量[18]。

表 1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.4 无机砷含量的测定

无机砷的提取及含量测定参照GB 5009.11—2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》中LC-AFS法进行[18]。试样溶液中亚砷酸盐（As（III））和砷酸盐 （As（V））含量和为无机砷含量。

LC条件：Hamilton PRPX100阴离子交换色谱柱（250 mm×4.1 mm，10 μm）；Hamilton PRPX100保护柱（25 mm×2.3 mm，12～20 μm）；等度洗脱，流动相为15 mmol/L磷酸氢二铵缓冲液（pH（6.00±0.02）），使用前需经0.45 μm水系微孔滤膜过滤并超声脱气；流速1.0 mL/min；进样体积100 μL。

AFS条件：负高压320 V；灯电流/辅阴极电流100/45 mA；载气流速400 mL/min；屏蔽气流速600 mL/min。还原剂为含质量分数0.5% KOH的1.5% KBH4水溶液，当日配制；载流剂为体积分数7% HCl溶液。

样品测定结果中未检出数据按照世界卫生组织（World Health Organization，WHO）推荐的方法表示[19]，当食品污染物监测数据小于检出限（limit of detection，LOD）的比例低于60%时，结果以1/2 LOD计算。

1.3.5 膳食暴露评估

膳食暴露评估是利用食品的消费量与相关污染数据进行数学建模，对重金属的摄入量进行定性或定量评价，从而为风险评估提供可靠的暴露数据，是风险评估的核心步骤[20]。膳食暴露评估有点评估和概率评估方法。我国运用点评估方法进行水产品中重金属膳食评估的研究较多[21-22]，点评估法操作简便，便于理解推广，但其忽略个体的差异性，是较为保守的评估方法[23]。本研究采用点评估法对磷虾产品中砷膳食暴露量及食用安全性进行初步研究，分别取南极磷虾产品中总砷或无机砷含量的平均值、中位值和90分位数，南极磷虾产品的消费数据取成年人消费数据的平均值，运用膳食暴露量模型计算成年人食用南极磷虾产品中砷的每日膳食暴露量的平均值、中位值和90分位数[24]。通过每日膳食暴露量与联合国粮食及农业组织/WHO食品添加剂联合专家委员会（Joint Food and Agriculture Organization of the United Nations/WHO Expert Committee on Food Additives，JECFA）规定的砷每日允许摄入量（allowable daily intake，ADI）相比，对成年人摄食南极磷虾产品中砷的风险程度进行初步评估。

南极磷虾产品中总砷或无机砷的每日膳食暴露量模型如下。

式中：E为南极磷虾产品中总砷或无机砷的每日膳食暴露量/（µg/kg）；m1为目标人群每日摄食南极磷虾产品的平均质量/g；c为南极磷虾产品中总砷或无机砷含量/（mg/kg）；m0为目标人群的平均体质量/kg。

1.4 数据处理

2 结果与分析

2.1 南极磷虾产品中砷含量分析

2.1.1 南极磷虾产品中总砷、无机砷含量分析

由表2可知，冻南极磷虾和冻南极磷虾肉的水分含量为79.0～82.7 g/100 g，总砷含量（以湿质量计）为0.031～0.270 mg/kg，折算成以干质量计为0.16～1.33 mg/kg。冻南极磷虾和冻南极磷虾肉的无机砷含量均小于0.050 mg/kg（LOD），符合GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中水产动物及其制品无机砷含量应小于0.50 mg/kg的规定[25]。

表 2 南极磷虾及其产品中水分、总砷及无机砷含量的检测结果Table 2 Moisture, total arsenic and inorganic arsenic contents in Antarctic krill and its products

表 3 南极磷虾产品中总砷含量分析Table 3 Statistical analysis of total arsenic contents in Antarctic krill products

表 4 南极磷虾产品中无机砷含量分析Table 4 Statistical analysis of inorganic arsenic contents in Antarctic krill products

由表2～4可知，南极磷虾粉的水分含量为3.30～23.8 g/100 g，总砷含量为0.75～1.5 mg/kg，其中54.2%的磷虾粉总砷含量不超过1.0 mg/kg，总砷含量的平均值、中位值、90分位数分别为1.0、0.92 mg/kg和1.3 mg/kg。南极磷虾粉中无机砷含量为小于0.05～0.11 mg/kg，其中95.8%的磷虾粉中无机砷含量低于0.10 mg/kg，无机砷含量的平均值、中位值、90分位数分别为0.034、0.025、0.063 mg/kg。南极磷虾粉中无机砷含量符合GB 2762—2017中相关规定。

由表2～4可知，南极磷虾油（原液）的水分含量为0.79～3.41 g/100 g，总砷含量为1.1～6.5 mg/kg，均高于1.0 mg/kg，无机砷含量为小于0.050～0.140 mg/kg。磷虾油胶囊（内容物）的水分含量为5.14～6.51 g/100 g，总砷含量为1.2～1.8 mg/kg，无机砷含量为小于0.050～0.082 mg/kg。南极磷虾油原液及胶囊产品中总砷含量的平均值、中位值、90分位数分别为2.7、1.9、5.6 mg/kg。无机砷含量的平均值、中位值、90分位数分别为0.041、0.025、0.083 mg/kg。其中75%的磷虾油原液及胶囊产品中无机砷含量小于0.050 mg/kg，仅有2 个磷虾油样品的无机砷含量大于0.10 mg/kg。结果表明虽然南极磷虾油原液和胶囊产品的总砷含量相对较高，但无机砷含量较低，占总砷含量的比例低于2%，南极磷虾油产品中无机砷含量符合GB 2762—2017中相关规定。

南极磷虾生活在纯净、较少污染的南大洋寒带水域，南极磷虾渔场具有自身的天然屏障如海流活动、极地大气风和有限的人类干预，工业污染极少，南极海域的重金属来源主要是火山活动[26]。南极磷虾属于滤食性甲壳动物，主要摄食海洋浮游生物如南极冰藻。由于藻类本身具有富集重金属的特性，导致南极磷虾体内重金属含量略高。Locarnini等[9]的研究发现南极磷虾中重金属含量（以干质量计）分别为As 1.92 mg/kg、Cd 0.29 mg/kg、Pb 0.22 mg/kg、Hg 0.025 mg/kg。Grotti等[11]发现南极磷虾标物（MURST-ISS-A2）总砷含量（以干质量计）为5.3 mg/kg，包含13 种砷化合物，其中有机砷含量超过98%，砷甜菜碱（AsB）和砷糖（AsS）是南极磷虾中主要的有机砷化合物，分别占总砷含量的47%和21%，无机砷含量（以干质量计）则低于0.10 mg/kg。

2.1.2 南极磷虾产品加工工艺与砷含量相关性分析

南极磷虾产品中总砷和无机砷含量顺序为南极磷虾油＞南极磷虾粉＞南极磷虾整虾或磷虾肉，而南极磷虾油原液中总砷和无机砷含量一般略高于南极磷虾油胶囊（内容物），这可能与磷虾油浓缩精制的加工工艺和生产磷虾油胶囊时添加了其他成分有关。

在南极海域捕获磷虾后，一般有4 种加工方式：1）直接冷冻成冻南极磷虾；2）挤压去壳加工成冻南极磷虾肉；3）鲜虾在捕捞加工船上经快速预煮、干燥、粉碎得到磷虾粉，磷虾粉冷冻贮存，是生产磷虾油的主要原料，也是饲料及其他产品的原料；4）将磷虾粉经浸泡、有机溶剂提取、过滤、纯化、浓缩精制得磷虾油[27-28]。根据企业提供的生产数据和查阅相关文献得知，南极磷虾加工成磷虾粉的得率一般为15%左右[29]，磷虾粉按有机溶剂萃取法生产粗磷虾油的得率为12%～15%[30]，即1 t南极磷虾（平均水分含量为79.5 g/100 g）仅可加工得到18～22 kg磷虾油（平均水分含量为4.58 g/100 g）。表明南极磷虾粉和磷虾油的加工过程逐级浓缩了南极磷虾的营养成分以及大部分砷化合物。

2.2 南极磷虾产品中砷的膳食暴露评估

2013年，国家卫生和计划生育委员会批准磷虾油为新食品原料（2013年第16号），其中规定了磷虾油的食用量为不超过3 g/d[31]。南极磷虾粉是目前南极磷虾船载加工最主要、产量最大的产品之一，主要定位为高价值水产饲料。南极磷虾粉蛋白质含量较高，氨基酸组成比例均衡，必需氨基酸组成模式符合FAO/WHO的标准，鲜味氨基酸占氨基酸总量的比值较高，现已逐步开发为食用级优质蛋白粉（肽）和食品添加剂[32]。但因缺乏南极磷虾肉和南极磷虾粉的膳食消费数据，故本研究未对磷虾肉和磷虾粉的砷的膳食暴露量进行评估，仅对南极磷虾油中砷的膳食暴露量进行初步评估。

根据南极磷虾油中砷的含量及消费情况，运用膳食暴露量模型计算成年人食用南极磷虾油总砷、无机砷的日摄入量平均值、中位值、90分位数和最大值。其中体质量按照我国成年男性和女性的平均体质量（分别为66.2 kg和57.3 kg）计算[33]。

表 5 南极磷虾油中总砷、无机砷的每日膳食暴露量Table 5 Daily dietary exposure of total arsenic and inorganic arsenic from Antarctic krill oil

由表5可知，按照卫计委推荐的磷虾油最大摄入量为3 g/d计算，磷虾油中膳食总砷暴露量的平均值、中位值、90分位数、最大值分别为0.13、0.093、0.27、0.32 µg/kg，远低于2011年JECFA推荐的每日允许膳食总砷暴露量2.0～7.0 μg/kg[34]，处于安全范围内，意味着磷虾油中总砷的膳食暴露风险较小。本研究中磷虾油中膳食无机砷暴露量的平均值、中位值、90分位数、最大值分别为0.002 0、0.001 2、0.004 1、0.006 8 µg/kg，远低于JECFA规定的无机砷ADI 0.1～3.0 µg/kg[34]，表明磷虾油对无机砷膳食暴露量的贡献率几乎可以忽略不计。Raab等[35]的研究表明日常摄入鱼油、磷虾油等保健品对人体的无机砷暴露量均低于ADI，对人体造成的健康风险非常低。

2.3 南极磷虾及其产品中砷的风险描述

砷在自然环境中主要以有机态与无机态两种形式存在。水产品中的砷化合物主要包括AsB、AsS、一甲基砷酸盐（monomethylated arsenic，MMA）、二甲基砷酸盐（dimenthylated arsenic，DMA）、三甲基砷氧化物（trimethylarsenic oxides，TMAO）、砷胆碱（AsC）、砷脂（AsL）等有机砷，还有少量的As（III）和As（V）[36-37]。欧盟食品安全局在《食物中砷的科学观点》中指出，砷元素的毒性与其存在形态密切相关，无机砷具有致癌毒性，有机砷通常被认为是低毒或无毒的[38]。以砷化合物的半数致死量（median lethal dose，LD50）计，其毒性由大到小依次为As（III）（14 mg/kg）＞As（V）（20 mg/kg）＞MMA（200～1 800 mg/kg）＞DMA（200～2 600 mg/kg）＞AsC（＞6 500 mg/kg）＞AsB（＞10 000 mg/kg），砷与有机基团结合越多，其毒性越小[39-40]。相关研究表明，AsB是海洋甲壳类动物中最主要的砷形态，其结构类似于甜菜碱，代表了海洋生态系统中砷循环的终点，AsB的化学性质是惰性的，在人体和其他哺乳动物体内一般不发生转化，且能被迅速排泄[41-43]。关于其潜在的毒性效应，Sakurai等[44]通过体外实验证明AsB不能使哺乳动物细胞诱导突变，没有细胞毒性和转化活性，不具有免疫毒性和胚胎毒性，大鼠急性口服AsB的LD50大于10 000 mg/kg，因此AsB被认为是无毒的。

南极磷虾中大部分砷化合物在萃取过程中迁移到磷虾油中，其总砷含量最高达到10 mg/kg[45]。王松等[13]采用LC-等离子体质谱联用仪对南极磷虾和南极磷虾油中砷化合物形态进行分析，得到磷虾中总砷含量（以干质量计）为2.0 mg/kg，经体积分数95%乙醇溶液提取的磷虾油总砷含量达到8.3 mg/kg，其中AsB含量为7.3 mg/kg，占总砷含量的87.9%，其次是DMA和MMA，As（III）和As（V）的总量为0.027 mg/kg，仅占总砷含量的0.32%。挪威阿克海洋生物公司生产的SuperbaTM高磷脂型磷虾油在2011年通过了美国食品药品监督管理局的“一般被认为安全性”认证，其总砷含量为4.0～6.0 mg/kg，As（III）和As（V）含量均低于定量限0.050 mg/kg，而毒性较低的AsB、DMA和TMAO等有机砷占总砷含量的95%以上[46]。由此可知，食用南极磷虾、磷虾油等产品对无机砷膳食暴露的贡献率极低，不会对消费者造成健康危害，南极磷虾及其产品可以作为安全、优质的食品、饲料或保健品原料予以广泛应用。

目前，南极磷虾油的目标市场主要倾向于营养保健和制药行业，其作为高端的保健食品原料通常被包成胶囊进行销售，很少直接食用。按照国家食品药品监督管理总局的规定，只有获得保健食品批号的原料才能以胶囊剂型上市销售。GB 16740—2014《食品安全国家标准 保健食品》按照保健食品的产品剂型而非生产原料分类，其规定传统食品形态保健食品（如奶粉、饼干、酒剂、饮料、糖果、乳酸剂等，其中颗粒剂按照固体饮料执行）的污染物限量应符合GB 2762—2017中相应类属食品的规定；对于非传统食品形态的保健食品（如胶囊、片剂、丸剂、散剂、溶液剂、乳剂、气雾剂、膏剂等）不再按产品细分，应符合总砷含量不超过1.0 mg/kg的规定[47]。因此，以磷虾油等新型水产资源为主要原料加工制成的非传统食品形态保健食品中砷限量规定不明确，若按照总砷含量不超过1.0 mg/kg的限量规定，则与GB 2762—2017中水产品及其制品的无机砷限量（0.50 mg/kg）规定不一致，导致磷虾油及其胶囊产品无法获批保健食品，从而限制了新型水产资源保健食品的开发与利用。

3 结 论

南极磷虾及其产品属于水产动物及其制品，南极磷虾粉和磷虾油的加工过程逐级浓缩了南极磷虾的营养成分以及大部分砷化合物，导致南极磷虾产品中总砷含量较高，但其主要以无毒的有机砷形态存在，无机砷含量一般低于0.050 mg/kg，符合GB 2762—2017（无机砷含量不超过0.50 mg/kg）的要求。按照JECFA推荐的无机砷耐受摄入量进行评价，表明摄食南极磷虾油产品对无机砷膳食暴露量的贡献率极低，长期食用磷虾油不会增加膳食无机砷的摄入量。基于磷虾油及其胶囊产品中无机砷的膳食暴露量及其安全性评价结果，建议将磷虾油及其胶囊产品的归属认定为水产动物制品，应符合GB 2762—2017中水产动物及其制品（鱼类及其制品除外）无机砷含量不超过0.50 mg/kg的规定（即不再限定总砷含量）。

在欧美等发达国家和地区，磷虾油作为一种新资源食品，多年来以保健品和膳食补充剂的形式在市场上大量销售，得到官方认可。美国、日本、俄罗斯等国家也相继建立了磷虾油、磷虾粉等产品质量标准。目前，我国南极磷虾捕捞及相关制品综合开发利用正处于蓬勃发展的阶段，但是尚缺少相关的国家或行业标准规范产品品质。为了更好地规范生产，监督产品市场，打击假冒伪劣产品，亟需建立南极磷虾系列产品质量标准评价体系，以促进我国南极磷虾产业的健康可持续发展。