11种四省市售淡水鱼肌肉中重金属含量特征与污染状况评价

吴 迪 张龙飞 王梦圆 叶洪丽 田良良 史永富，

（1上海海洋大学食品学院，上海 201306；2中国水产科学研究院东海水产研究所∕水产品质量安全与加工研究室，上海 200090）

我国淡水资源辽阔，淡水产品种类繁多且养殖历史悠久。据2021《中国渔业统计年鉴》表明［1］，2020年全国淡水产品产量约为3 234万吨，同比去年增长1.15%。淡水养殖在2015—2020年全国渔业产值中总量呈总体上升趋势，且占比为全国渔业产值最大，在我国渔业经济上起着支柱性的作用。淡水鱼类在我国居民膳食结构中扮演着重要的角色，而其食用安全问题也日益成为人们关注的焦点［2］。据相关报道，水产品消费是人类暴露于重金属环境的主要途径之一［3］。蓄积在鱼类等生物体中的重金属难以通过体内循环排出体外，而且可通过食物链传递至人体，达到一定程度后会危害人体健康［4］。因此，淡水鱼类中重金属污染状况是值得关注的水产品安全问题之一。

重金属具有高毒性、生物蓄积性和难降解性，即使其含量未超过食品安全限量标准，也被视为影响消费者身体健康的风险隐患之一，所以水产品中重金属污染问题是食品安全和环境科学领域的研究重点之一［5-7］。淡水鱼类在国外消费量较小，因此国外研究的水产品重金属问题多集中在甲壳类和海洋肉食性鱼类中［8-10］，对于淡水鱼类中重金属污染状况以及不同重金属元素的污染程度缺少全面的分析和评价。国内淡水鱼养殖面积广且消费量大，在针对淡水鱼类重金属污染状况方面开展了相关研究，如在北京市［11］、福建省［12］、浙江省［13］、东北三省［14］以及珠江三角洲［15］等地区，研究人员对当地市售淡水鱼开展了抽样调查。据2021《中国渔业统计年鉴》［1］，湖北省、广东省和黑龙江省是我国淡水鱼类养殖主要生产地区，河南省人口众多，是我国淡水鱼类主要消费地区之一，但目前关于四省市售淡水鱼类肌肉中重金属污染特征及其污染状况评价研究尚鲜有报道。本研究对该四省11个市县（区）开展了11种常见市售淡水鱼类的抽样调查，通过分析铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb） 6种重金属（含类金属As）含量特征并进行污染状况评价，旨在探明本地区淡水鱼类肌肉中重金属的污染状况，为相关部门了解本地区淡水养殖环境以及开展水产品质量安全风险评估提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域与样品采集

本研究于2021年9月至10月在四省11个市县区的批发市场、农贸市场和超市等地，采集草鱼、鳙鱼、鲈鱼和乌鳢等11种常见市售淡水鱼类共计133份样本作为重金属污染的试验材料，此11种淡水鱼也是我国主要淡水养殖鱼类。采集后立即放入聚乙烯袋中，转移至放有冰块的保存箱中带回实验室，去鳞皮后取肌肉部分，并转移至-20 ℃冰柜，备用。本试验在中国水产科学研究院东海水产研究所水产品质量安全与加工研究室实验平台开展样品前处理及测试分析。各地采样信息见表1。

表1 淡水鱼样品信息表Table 1 The information lists of freshwater fish samples

1.2 试剂与标准溶液

1.2.1 试剂 硝酸（分析纯），美国J.T.Baker公司；盐酸（优级纯）、氢氧化钠（优级纯）、硼氢化钠（分析纯），国药集团化学试剂上海有限公司；磷酸氢二铵（优级纯），天津光复精细化工研究所。

1.2.2 标准溶液 多元素混合标准溶液（10 µg·mL-1）、7种元素内标溶液（10 µg·mL-1），美国Agilent公司；亚砷酸根（GB208666）和砷酸根（GBW08667）标准溶液的质量浓度值及不确定度分别为（75.7±1.2） mg·kg-1、（17.5±0.4） mg·kg-1，以砷计。

1.3 仪器与设备

Agient-7500电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦公司；AFS-922原子荧光光度计、SAP-2形态分析预处理装置，北京吉天仪器有限公司；SG-8016A数显水浴恒温振荡器，上海硕光电子科技有限公司；16RXⅡ高速冷冻离心机，日本Hitachi CF公司；HETO Power Dry LL 1500冷冻干燥机，美国Thermo公司；Ethos 1∕A微波消解仪，意大利Milestone公司；HP-H35SC电加热板，北京盛达杰森自动化设备有限公司；Milli-Q超纯水机，美国Millipore公司；DHG-9145A电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司。试验所用离心管和聚四氟乙烯消解罐均用35%的硝酸浸泡48 h后，用超纯水完全冲洗干净烘干后备用。

1.4 试验方法

1.4.1 6种重金属元素总量的测定 铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）6种重金属元素的前处理和测定参照《GB 5009.268-2016食品安全国家标准 食品中多元素的测定》［16］，采用第一法微波消解-电感耦合等离子体质谱法进行检测：称取2 g（精确到0.001 g）匀浆样品于微波消解内罐中，加入5 mL硝酸，加盖放置过夜，旋紧罐盖，按照微波消解仪标准操作步骤进行消解（微波消解程序参数设定见表2）。冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐放在控温电热板上，于100℃加热30 min后定容至25 mL，混匀待上机检测，同时做空白试验。

表2 微波消解程序Table 2 Procedure of microwave digestion

1.4.2 标准曲线 按照标准配制Cr、Cu、As、Cd、Hg和Pb 6种重金属混合标准系列，其质量浓度梯度为0.1、0.2、0.5、1、2、5 ng·mL-1，同时设置试剂空白。根据各仪器的参考条件进行测定，各元素的标准曲线均具有良好的线性相关性，相关系数（r2）≥0.999 8，试剂空白中目标元素的含量均远低于方法检出限和仪器检出限。

1.4.3 无机砷的测定 无机砷的测定参照《GB 5009.11-2014食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》［17］，称样量为2 g（精确到0.001 g），最终定容体积为20 mL，采用第一法液相色谱-原子荧光光谱法检测。配制As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的混合标准溶液，浓度分别为0、5、10、20、30、50和100 ng·mL-1，采用保留时间进行定性，分别以As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的浓度为横坐标，以峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。待测样品溶液中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的加和即为总无机砷含量。

1.4.4 质量控制 6种重金属元素总量的测定过程中以大虾组织（干粉）标准物质（GBW10050，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所）作为质控样品，每20个淡水鱼类样品作为一批，均测定3个平行质控样品，对检测过程进行随行质量控制（包括精密度试验、重复性试验及准确度试验）。对无机砷的测定试验过程中同时以草鱼样品进行加标回收率试验，As（Ⅲ）和As（Ⅴ）加标量依次为6、8、10 ng·mL-1，且每个浓度设置3个平行样，以保证检测结果的准确度。

1.5 重金属污染状况评价方法

1.5.1 单因子污染指数法 水产品中重金属的单因子污染指数（Pi）用于评价水产品中单项重金属污染［18］。计算公式为：

式中，Ci为水产品重金属元素i测定值的均值，mg·kg-1；Si为 水 产 品 重 金 属 元 素i的 限 量 标 准 值，mg·kg-1。评价标准值参照《GB 2762-2017食品安全国家标准 食品中污染物限量》［19］。

评价标准：Pi<0.2为正常背景值水平；0.2≤Pi<0.6为轻污染水平；0.6≤Pi<1.0为中污染水平；Pi≥1.0为重污染水平。

1.5.2 内梅罗综合污染指数法 采用内梅罗综合污染指数法评价淡水鱼样品中重金属污染状况［20］。该方法能够反映各重金属元素的整体污染状况，并突出高浓度重金属对鱼肉品质的影响，计算公式为：

式中，P表示重金属综合污染指数；Pi表示重金属元素i的单因子污染指数；Pimax表示Pi最大值；Ci为水产品重金属元素i测定值的均值，mg·kg-1；Si为水产品重金属元素i的限量标准值，mg·kg-1。

评价标准：P≤0.6为安全级；0.65.0为重度污染级。

1.6 数据处理

采用SPSS 24.0和Microsoft Excel 2019软件进行数据分析处理，采用Origin 2019软件绘图。

2 结果与分析

2.1 质量控制结果

2.1.1 标准物质测定结果 由表3可知，大虾（干粉）标准物质中6种重金属元素测定值均在标准范围之内，且相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）<10%，表明本试验检测结果准确度良好，为测定淡水鱼肌肉样品中6种重金属含量提供了较为可靠的质量控制数据。

表3 大虾（干粉）标准物质测定结果Table 3 The detection results of certified reference materials

2.1.2 加标回收率测定结果 准确称取多份平行样品，在3个浓度梯度下进行加标回收率试验，添加As（Ⅲ）和As（Ⅴ）标准溶液，定容至20 mL，使终浓度分别为6、8、10 ng·mL-1，并通过测定结果计算其回收率，结果表明（表4），在本次测定无机砷试验中，加标回收率在92%～97%之间。

表4 加标回收率测定结果Table 4 Results of spiked recoveries

2.2 样品测定结果与分析

11种四省市售淡水鱼肌肉中铬（Cr）、铜（Cu）、砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg）和铅（Pb）6种重金属元素的含量见表5。所测重金属元素含量均值范围分别为Cr （0.000～0.016 mg·kg-1）、Cu（0.159～0.638 mg·kg-1）、As（0.011～0.464 mg·kg-1）、Cd（ND～0.006 mg·kg-1）、Hg（0.003～0.040 mg·kg-1）、Pb （ND～0.023 mg·kg-1）。在这6种所测元素中，Cr含量均较低，平均为0.010 mg·kg-1，Cu含量最高，平均为0.386 mg·kg-1。淡水鲈鱼中As含量最高，高达0.738 mg·kg-1，草鱼中As含量较低，最低含量为0.001 mg·kg-1。Cd在本次试验样品中含量大多为未检出，表明Cd在鱼类中蓄积量较小。Hg和Pb平均含量分别为0.018和0.006 mg·kg-1。

表5 四省市售淡水鱼肌肉样品中重金属含量Table 5 Heavy metal concentrations in muscle samples of different freshwater fish species in four provinces /（wet weight， mg·kg-1）

由图1可知，不同重金属元素含量差异较大。Cu在检测样品中含量较高，这是由于Cu为鱼类必需元素，参与鱼体的新陈代谢过程，更易被鱼体主动吸收。Cu、Cr、Cd、Hg和Pb含量在11种淡水鱼类中均处于正常范围，而淡水鲈鱼和乌鳢中的As含量显著高于其他淡水鱼类（P<0.05），其总砷含量均值分别为0.464和0.285 mg·kg-1。根据《GB 2762-2017食品安全国家标准 食品中污染物限量》［19］，采用液相色谱-原子荧光光谱法分析总砷含量超过0.1 mg·kg-1的样本中无机砷的含量，结果显示，淡水鲈鱼和乌鳢中无机砷含量均低于方法检出限，表明淡水鲈鱼和乌鳢肌肉中的砷形态多为有机砷。

图1 11种市售淡水鱼肌肉样品中重金属含量（湿重）Fig 1 Heavy metal concentrations in muscle samples of different freshwater fish in four provinces （wet weight）

2.3 重金属污染状况评价结果

根据《GB 2762—2017食品安全国家标准 食品中污染物限量》［19］，标准值分别设定为Cr： 2 mg·kg-1；Cu： 50 mg·kg-1；Cd： 0.1 mg·kg-1；Pb： 0.5 mg·kg-1；Hg： 0.5 mg·kg-1，该标准未对总砷的限量值进行规定，仅规定了无机砷限量值（0.1 mg·kg-1），因此本研究采用无机砷限量值对As的污染状况进行评价。按照单因子污染指数和内梅罗综合污染指数两种评价方法对11种四省市售淡水鱼类肌肉中Cr、Cu、Cd、Hg、Pb和无机砷进行全面的污染状况评价，评价结果见表6。

表6 11种淡水鱼肌肉中重金属污染指数评价Table 6 Evaluation of heavy metal pollution index in muscle of 11 freshwater fish species

根据2.2检测结果，淡水鲈鱼和乌鳢中砷的主要形态为有机砷形态。由于有机砷形态多为低毒或无毒［21］，因此本研究采用无机砷限量标准值对As的污染状况进行评价。对于总砷含量超过0.1 mg·kg-1的淡水鲈鱼和乌鳢，其无机砷的含量均为未检出，同时其他9类淡水鱼类肌肉中总砷含量均未超过0.1 mg·kg-1，且其无机砷也为未检出，表明本次抽样调查样品均未受到无机砷的污染，所测淡水鱼类受As的污染状况处于安全级水平。通过单因子污染评价结果发现，11种市售淡水鱼类肌肉中重金属污染状况均处于正常水平。内梅罗综合污染指数评价结果也进一步表明四省市售淡水鱼类受重金属污染风险较低。

诸多研究表明，重金属在生物体内的迁移转化规律和其毒性的相关性，并非由重金属的总含量所决定，而是取决于其存在形态的性质［22］。若仅通过测定砷的总量并以此作为其污染状况评价的标准会缺少科学合理性，导致不能准确地评价水产品中重金属的真实污染水平。在水产品重金属污染状况评价方面，目前对水产品中重金属具体形态尚未有明确的限量标准［23］，因此应重视水产品中重金属形态异质性的研究，结合重金属综合污染指数评价方法进行污染状况评价，并以此为依据进一步开展水产品中重金属膳食风险评估。

3 讨论

在11种市售淡水鱼类中，淡水鲈鱼和乌鳢在As的蓄积上与其他淡水鱼类存在显著差异（P<0.05），其总砷含量均值分别为0.464和0.285 mg·kg-1，淡水鲈鱼总砷含量最高达0.738 mg·kg-1，乌鳢总砷含量最高达0.628 mg·kg-1，这与谢文平等［24］的研究结果一致。由于养殖环境、生存环境、食性（草食性、杂食性、肉食性）及鱼龄差异等因素，重金属的累积程度也呈现出差异性。据Pourang［25］的报道，导致不同鱼类肌肉中重金属含量存在差异的主要因素为食性、生长速率、环境温度、水质硬度和盐度、年龄、性别以及金属元素间的相互作用等。淡水鲈鱼和乌鳢属于肉食性鱼类，通过食物链的传递As会进一步蓄积在其体内，因此造成淡水鲈鱼和乌鳢中As含量与其他淡水鱼种类之间差异性的主要因素可能是食性不同。同时本研究对样品来源以及数据结果进行比较分析，推测造成该差异的原因也可能与喂养饲料等投入品、水体、底泥等养殖环境相关，并且不同种类鱼体内的基因表达导致对某种重金属的特异性富集能力也不同，而具有此特异性富集某种重金属能力的鱼类可能与其体内的某种蛋白质或其他易与重金属结合的物质相关［26］，因此需要开展进一步相关试验探索不同种类鱼体对某种重金属特异性富集的机理问题。

本研究结果表明，尽管淡水鲈鱼和乌鳢的总砷含量均超过0.1 mg·kg-1，但进一步检测结果发现其无机砷含量均处于较低水平。据报道，As的毒性主要以无机砷形态引起［27］，因此淡水鲈鱼和乌鳢受As的污染较小。有研究报道，在人类摄取的常见水生生物体内，As主要以有机形态存在，无机砷的占比极低，通常低于总砷的1%～4%［28］。另外，国际食品法典委员会（Codex Alimentarius Commission， CAC）和 欧 盟（European Union， EU）以及美国、韩国和日本目前均未规定淡水鱼类中砷和无机砷的限量标准值，澳大利亚规定淡水鱼类（湿重）无机砷限定值为2.0 mg·kg-1［29］，这与我国所规定的限量标准值0.1 mg·kg-1相差20倍，造成这种差异之处是否由于在砷限量标准制定上缺少更多基础研究值得分析探讨，同时也需要进一步研究来完善我国水产品标准中As的限量值。

4 结论

本研究对湖北、广东、河南和黑龙江四省市售的11种淡水鱼类中6种重金属污染状况开展抽样调查，结果表明仅淡水鲈鱼和乌鳢中总砷含量超过0.1 mg·kg-1，显著高于其他种类淡水鱼，但无机砷均为未检出，表明本次调查研究的淡水鱼类受重金属污染的风险较低，同时也表明本次研究对象中无机砷在总砷含量中占比较低，这为开展水产品中重金属污染状况评价研究提供了参考。关于淡水鱼类中不同As形态化合物的占比问题及毒性效应等方面还需进一步深入研究。