烤肉中多环芳烃的污染情况和健康风险评价

谭顺中,程 燕,阳文武,黎昌权,姜登军,伍 蓉

(重庆市万州食品药品检验所,重庆 404000)

多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是一类芳香族化合物及其衍生物,它们通过两个或两个以上苯环和稠环连接在一起,在环境、食品及生物体内普遍存在[1-2]。一些不健康的食品加工方式,如油炸、烧烤等过程,是食品中PAHs产生的主要原因。其中,烤肉是指把肉类食品直接在火上进行烹调,烧烤时,肉类食品与燃烧物直接接触,极高的燃烧温度使烤肉中的有机物受热分解,经过环化和聚合等过程生成多种PAHs,导致烤肉中 PAHs 的含量显著增加[3]。

目前,已有较多的文献报道了关于PAHs的检测方法的研究,而关于PAHs污染情况的文献报道也集中在水、大气、食用油等方面,对烤肉中PAHs的污染状况却鲜有报道[7]。因此,本研究采用高效液相色谱法对45批烤肉样品中美国环保局优控的15种PAHs[1]进行含量测定,分析烤肉中PAHs的组成特征和毒性分布规律。近年来,国际上对致癌有害物质引起的人类健康风险评估进行了大量研究[8-9],本研究尝试采用主流的致癌风险系数法来评价烤肉中PAHs对人体的致癌风险,以终身致癌风险作为评价指标,对摄入烧烤的社会人群进行健康风险评价,以期为评估食品中PAHs的污染状况提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

样品来源:在重庆市万州区、梁平县、忠县、巫山县等多个区县均进行采样,采样点主要是烧烤摊、烤肉店铺等,采样对象主要为各种肉类烧烤制品,包括鸡、鸭、牛、羊、猪及其烤肉类制品和烤鱼,采样点共28个,每个采样点采样1～5批次,共计采样45批次。

1260 Infinity高效液相色谱仪(配有多波长荧光FLD检测器) 美国Agilent;MS 3 digital涡旋混合器 德国IKA;TurboVAP LV氮吹仪 瑞典Biotage;KQ5200DV型数控超声波清洗器 中国舒羡公司。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液的制备 标准储备液:精密量取上述15种PAHs混合标准溶液(200 μg/mL)0.5 mL,用乙腈定容至100 mL,配制成1000 ng/mL PAHs标准中间液,分别吸取PAHs标准中间液0.10、0.50、1.0、2.0、5.0 mL,用乙腈定容至100 mL,得到质量浓度为1、5、10、20、50 ng/mL的标准系列[10]。

1.2.2 样品前处理 取样品约500 g,将其可食部分先切碎,经均质器充分搅拌均匀。称取5 g(精确至0.001 g)均质后样品于50 mL离心管中,加入10 mL正己烷,涡旋振荡15 s后,放入40 ℃超声水浴20 min;6500 r/min离心5 min,取上清液于30 mL离心管中,再加入10 mL正己烷重复提取一次。合并两次上清液,待净化。加入5 mL二氯甲烷活化MIP-PAHs PAHs专用SPE小柱(1 g,10 mL),再加入5 mL正己烷平衡。将离心管中的待净化液上到小柱上,再加入2 mL正己烷润洗离心管,也上到小柱上。准确加入6 mL正己烷淋洗小柱,并弃去流出液,再加入10 mL二氯甲烷洗脱并收集洗脱液,将洗脱液于30 ℃水浴中用氮气缓缓吹至近干,轻轻摇晃至干,加1 mL乙腈定容,超声30 s,涡旋混合20 s,过0.22 μm PTFE滤膜[11]。

1.2.3 色谱条件 Waters PAH C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)。流动相:A为乙腈,B为超纯水,梯度洗脱:0.0～5.0 min,50% A;5.0～35.0 min,50%～100% A;35.0～43.0 min,100% A;43.0～49.0 min,100%～50% A;49.0～55.0 min,50% A;流速为1.2 mL/min。柱温为30 ℃。进样量为20 μL。多波长荧光(FLD)检测器:该程序用于定时控制荧光检测波长变化,测定15种PAHs,见表1。

表1 PAHs荧光检测程序Table 1 PAHs fluorescence detection procedure

1.2.4 健康风险评价 由于PAHs的化学结构是由几个苯环连接而成,因此具有相似的致癌反应机理,把15种PAHs的质量浓度根据毒性换算系数换算为一种PAHs的质量浓度进行数据比较,相对更加系统和科学。根据Nisbet等[12]于1992年通过毒理试验得到的研究成果,以苯并[α]芘(BaP)为标准参考物,其毒性当量因子(Toxic equivalency factors,TEF)为1,其他PAHs的TEF值详见表2,用下列计算公式计算出烤肉中其他14种PAHs相当于BaP的毒性当量(毒性等效浓度)TEQBaP,计算公式为:

表2 15种PAHs的TEF值Table 2 TEF values for 15 kinds of PAHs

式(1)

式中:TEQBaP,PAHs换算为BaP的毒性当量,ng/kg;Ci,第i个PAHs的质量浓度,μg/kg;TEFi,第i个PAHs对应的TEF值,无量纲;1000,单位换算。

本研究采用美国环保局(USA EPA)推荐的终生致癌风险(Incremental lifetime cancer risk,ILCR)为度量指标,即一定时间内(这里指终生)人体摄入一定剂量的致癌物而引起的癌症发生率,来评价烤肉中PAHs对人体的致癌风险[13-15]。计算公式为:

式(2)

式中:DR为每天的烤肉摄入量,kg/d;CSF为苯并[α]芘的致癌斜率系数,kg·d/mg;EF为暴露频率,d/a;ED为暴露年数,a;BW 为体重,kg;AT平均暴露时间,d;106,单位换算。

1.3 数据处理

实验所得数据用Microsoft Excel(2010 Plus版)进行处理和计算,包括每种PAHs的总量和均值,15种PAHs的TEQBaP。数据分析和绘图软件采用Excel内置软件。统计学分析方法采用指标对比分析和预测分析。

2 结果与讨论

2.1 烤肉中PAHs的污染情况

2.1.1 45批烤肉中15种PAHs的含量测定 45批烤肉类样品中15种PAHs的含量测定结果见表3。由表3可知,45批样品中15种PAHs均有检出,从含量水平上看,其中芘的污染程度最高,平均含量为5.59 μg/kg,二苯并[α,h]蒽的污染程度最低,平均含量为0.24 μg/kg;从平均毒性水平上看,含量最低的二苯并[α,h]蒽的毒性水平最高,TEQBaP(AVG)达到了1200.00 ng/kg,其次是苯并[α]芘,TEQBaP(AVG)为1110.00 ng/kg,芴的毒性水平最低,TEQBaP仅为1.52 ng/kg;从TEQB(a)P(MAX)来看,毒性水平最大的同样是二苯并[α,h]蒽,TEQBaP(MAX)更是达到了10500.00 ng/kg,其次是苯并[α]芘,TEQBaP(MAX)达7900.00 ng/kg。综上所述,在45批烤肉中所含有的15种多环芳烃里,虽然二苯并[α,h]蒽和苯并[α]芘的含量不高,但是其毒性水平是最高的。

表3 45批烤肉中15种PAHs的含量和基于BaP的毒性当量Table 3 Results of 15 kinds of polycyclic aromatic hydrocarbons in 45 batches of barbecue and the toxicity equivalent of BaP

由表4和图1A可知,45批烤肉中二环到六环芳烃的平均含量分别为5.53 μg/kg(13%),16.29 μg/kg(38%)、15.5 μg/kg 6(36%)、3.25 μg/kg(8%)、2.42 μg/kg(6%)。其中萘、芘、蒽、苊、荧蒽为PAHs中的优势组分,含量总和超过50%。因此,从含量上来看,烤肉中PAHs的组成以二环、三环、四环芳烃为主,五、六环芳烃较少。

表4 15种PAHs中的不同环类的平均含量和平均毒性当量Table 4 Average and average toxicity equivalent of different rings in 15 kind of PAHs

结合图1A和B来看,虽然二环、三环、四环、六环的PAHs总量是五环PAHs总量的13.3倍,但是五环PAHs的TEQBaP是其他PAHs的TEQBaP总量的4.3倍,主要原因在于五环PAHs的TEFs(毒性当量因子)值远远高于其他PAHs,潜在的致癌风险远远高于其他PAHs。

图1 烤肉中PAHs组成特征和毒性分布对比Fig.1 Comparison of PAHs composition characteristics and toxicity distribution in barbecue注:A:烤肉中PAHs组成特征图;B:基于表4的PAHs的毒性当量TEQBaP分布图。

2.1.3 样品风险分析 我国国标GB 2762-2017规定的限量值为5.0 μg/kg,欧盟NO 835/2011的限量值2.0 μg/kg。由表3可知,45批样品中,苯并[α]芘的含量均值为1.11 μg/kg,低于我国国标和欧盟的限值。但是从单批次来看,按照我国国标GB 2762-2017相关规定,45批样品中有3批样品苯并[α]芘结果值大于5.0 μg/kg,最大值为7.9 μg/kg,样品不合格率为6.67%;按照欧盟NO 835/2011的相关规定,45批样品中检出8批样品苯并[α]芘结果值大于2.0 μg/kg,苯并[α]芘不合格率为17.78%。

我国和欧盟对于烤肉中的苯并[α]芘的限量差距有五倍之多,可能与东西方国家的膳食结构差异有关;通过对世界三大膳食结构的比较,仅肉禽类一项而言,西方国家的人均日摄入量是东方国家的近五倍之多[16],这较为合理地说明了我国和欧盟对于烤肉中苯并[a]芘的限量差异。除了监控苯并[α]芘之外,欧盟同时也监控了4种PAHs,这比我国仅监控的1种PAHs的监控范围更广;通过上文的分析,在15种PAHs中,这4种PAHs的毒性含量占比比苯并[α]芘更高,也更具有代表性。

2.2 健康风险评价模型

烧烤食品由于其高温烹调的加工方式会产生PAHs等多种致癌物质[17]。根据原国家食品药品监督管理总局官方印发的《食品安全风险解析》一书中表示,大量频繁地摄入烧烤食品对人体健康具有潜在危害[18]。根据姜清雯等[19]的调查研究表明,吃烧烤的频率与患高血压和脂肪肝等疾病有相关性,但也只是从结果数据的导向表明,缺乏实验数据的理论支撑。本研究把社会人群摄入烧烤的平均频率与每年暴露天数(EF)联系起来,作为研究对象,采用美国环保局(USA EPA)推荐的健康风险评价模型来粗略地定量评价定期摄入烧烤频率对于社会人群终生患癌的风险。根据公式计算终生致癌风险系数ILCR。

通过对重庆市各区县共28个采样点的烤肉店铺老板和烧烤摊主的调查情况显示,根据统计的烤肉总销售量和客流量,可以大致推算出人均每次消费7两(350 g)烤肉。因此,本研究将本地区每日烤肉摄入量(DR)定为350 g,即0.350 kg/d。考虑到烤肉中15种PAHs的含量差异,TEQBaP采取总体数据的平均值3076.92 ng/kg。

表5 关于社会人群摄入烧烤的平均频率的致癌风险健康评价模型Table 5 Cancer risk health assessment model for average frequency of consumption of barbecue in social population

其他参数选用美国环保局的推荐值[20]:CSF 为苯并[α]芘的致癌斜率系数,取7.3 kg·d/mg;ED为暴露年数,对于致癌物取70 a;BW为体重,取70 kg;AT平均暴露时间,对于致癌取70 a(25550 d);106,单位换算;EF为暴露频率,作为为考察对象。

进而可以得到终生致癌系数(ILCR)对于暴露频率(EF)的函数公式:

ILCR=3.07692×10-7EF

参照美国环保局对ILCR提出的介于10-6～10-4的潜在致癌风险的区间;根据ILCR的数值,致癌风险分为三类,即ILCR小于10-6时,致癌风险可以忽略;当ILCR大于10-6而小于10-4之间时,具有潜在的致癌风险;ILCR大于10-4时,具有不可接受的致癌风险[15,20-21]。模拟社会人群摄入烧烤的平均频率,由此平均频率得出摄入烧烤食品的终生致癌风险系数以及所在的风险区间。详细的健康评价结果见表3。

由表3可知,社会人群患癌的风险随着摄入烧烤频率的增加而增加。平均每天一次摄入烧烤,ILCR已经大于1.0×10-4,具有较高的致癌风险,对人体的健康风险影响较大,需引起重视。平均每三月1次至平均每周4次摄入烧烤,ILCR处于1.23×10-6～8.86×10-5的区间,具有潜在的致癌风险,对人体健康依然有不可忽视的致癌风险。而平均半年一次或摄入频率更少,ILCR小于1.0×10-6,对人体的致癌风险可以忽略,理论上对人体没有伤害。

3 结论

烤肉中15种PAHs组成特征和毒性分布情况表示,PAHs含量组成以二环、三环、四环芳烃为主(87%);而毒性分布(TEQBaP)方面,以五环PAHs毒性含量最高(81%),潜在致癌风险最高。依据我国国标和欧盟的相关规定对45批烤肉样品的风险进行了初步分析,有3批样品的苯并(a)芘超出我国标准的限值规定。而按照欧盟的相关规定,则有11批样品超过标准限量。我国关于食品中PAHs的监测范围相对更窄。因此,有必要加强我国食品中PAHs相关标准的研究与制定工作,进一步完善PAHs的检测方法和判定依据,使之更科学、更实际,在保护人们身体健康中发挥更大的作用[22]。

本研究以终身致癌风险作为评价指标,进行了健康风险评价。由社会人群摄入烧烤频率的评价致癌风险的模型可得到终身致癌风险系数(ILCR)和摄入频率(EF)的函数关系:ILCR=3.07692×10-7EF,大量频繁地摄入烤肉会带来一定的致癌风险,影响人体健康;而低频率的摄入烧烤食品,比如一年内三到四次,烧烤食品带来的致癌风险可忽略不计。