羊乳中高氯酸盐暴露途径及贡献率分析

康婕*，陈鸿剑，李媛，孙亚南，刘娟娟，樊成

陕西省产品质量监督检验研究院（西安 710048）

高氯酸盐作为新型污染物除了对饮用水的直接污染外，还会通过水、土壤等介质快速迁移扩散，进一步积累于植物、动物、水生生物体内，最终通过食物链进入人体[1-4]*，目前全球范围内在肉制品、茶叶、婴幼儿配方乳粉、蔬菜、水果、牛奶、药品、饲料、水体、土壤中均检出高氯酸盐（ClO4-*），体液中也有检出，包括尿液、血液和母乳[5-20]*。其中欧洲食品安全管理局公布牛奶和奶产品是造成高氯酸盐暴露的重要因素[21]*，韩国39种食品中高氯酸盐暴露情况可以看出乳制品中暴露水平最高[22]*。Krik等[23-24]*在牛奶中检出高氯酸盐，羊乳中含量显著高于牛乳。目前有关羊乳和羊乳制品中高氯酸盐的相关研究鲜少，随着羊奶产业不断发展，因羊奶独特于牛乳的营养特性，婴幼儿配方羊奶粉市场规模也逐年增加，高氯酸盐作为一种强力甲状腺毒素，会干扰甲状腺对碘的吸收，可影响胎儿和婴儿大脑发育[25-30]*。

为了解羊乳中高氯酸盐污染水平和暴露途径，为制定羊乳中高氯酸盐含量和风险管理提供参考，2021年对陕西省婴幼儿配方羊乳粉生产企业的奶山羊养殖场的水、土壤、青贮、饲草、饲料进行风险监测和暴露评估，为评估羊乳中高氯酸盐暴露途径及各个因素的贡献率评价提供了合理的解决方法，对促进我省羊乳及羊乳制品产业发展、保障消费者身体健康、维护社会稳定具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

高氯酸盐同位素内标氯酸盐和高氯酸盐标准溶液（1 mg/mL，美国Inorganic Ventures）；氯酸盐同位素内标：氯酸盐-18O3（200 μg/mL，以氯酸根-18O3离子计，上海甄准）；高氯酸盐同位素内标：高氯酸盐-18O4（100 μg/mL，以高氯酸根-18O4离子计，美国剑桥CIL）；乙腈（色谱纯，美国格雷斯）；甲酸铵（液质联用级，美国Fisher Chemical）；超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）；Oasis PRiME HLB固相萃取柱（150 mg/3 mL，美国waters）。试剂和耗材在使用前均应做本底测试。

1.2 仪器与设备

液相色谱-串联质谱仪（美国Agilent 6495C，配有电喷雾离子源ESI）；超声波清洗器（KQ-500E型，昆山超声）；多样品涡旋混合器（MultiVortex-12，广州得泰）；高速台式离心机（H1850，湖南湘仪）；超纯水机（UPH-Ⅲ-20T，四川优普）。

1.3 试验方法

1.3.1 样品采集和前处理

从外围环境入手，对全省覆盖西安、咸阳、渭南、宝鸡和铜川五个区域20家婴幼儿配方羊乳粉生产企业的奶山羊养殖场涉及水、土壤、饲草、饲料、青贮、生羊乳和生牛乳进行采样，样品共计230份样品。其中，水90个样本，采集羊饮用水；土壤36个样本，采集奶山羊生活环境土壤，抽取土壤样本参照NY/T 395—2012《农田土壤环境质量检测技术规范》[31]*中要求进行采样，采用梅花五点法采集耕作层（0～20 cm）土样从上至下约0.2 m处取约0.5 kg土样，土壤样本通过缩分、风干、研磨、过筛、匀混、分装后备用；青贮12个样本：主要为奶山羊喂养青贮；采集饲草48个样本：主要采集奶山羊喂养用草（包括花生蔓、苜蓿、黑麦、燕麦杆等），参照NY/T 398—2000《中华人民共和国农业行业标准 农、畜、水产品污染检测技术规范》[32]*进行采样，饲草样品采集到达实验室后，饲草先用自来水冲洗后，采用四分法缩分取150 g，再用去离子水清洗，用纱布轻轻擦去样品上泥沙等附着物后用组织捣碎机捣碎，混合均匀成待测试样，装入聚乙烯样品袋置于-20 ℃冰柜内保存，待测；饲料44个样本，主要为奶山羊喂养饲料（包括麸皮、玉米、精饲料等）；生羊乳87个样本；生牛乳18样本。

1.3.2 样品检测

样品检验方法参照BJS201706进行检验。

1.3.3 羊乳和牛乳中高氯酸盐的测定

采集陕西省奶山羊养殖场通过生羊乳样品87个，生牛乳样品18个，对样本中高氯酸盐含量进行采样检测，其中27个样本来自同一区域。

1.3.4 暴露评估方法和贡献率计算

羊高氯酸盐暴露途径主要有2大类，饮用水和食物（食物包括饲料、饲草和青贮）。基于我们研究检测的水（90个样本）、饲料（44个样本）、青贮（12个样本）和饲草（48个样本）中高氯酸盐浓度测定值，计算各种膳食途径长期慢性每日摄入量（CDI），按式（1）～（4）进行计算，式中陕西省奶山羊存栏量达243万只，品种以关中奶山羊和莎能奶山羊为主，关中奶山羊成年母羊体重为45～65 kg，莎能奶山羊成年母羊体重为50～65 kg，所以体质量以60 kg计，根据本次调研，羊食物中饲料摄入量以1 kg计，青贮摄入量以1 kg计，饲草摄入量以3 kg计。按照式（5）计算每种膳食途径对羊体高氯酸盐的贡献率，具体参数见表1。

表1 慢性摄入量中使用的参数及参数值

1.3.5 靶标危害系数法（THQ法）计算

靶标危害系数法（THQ法）是基于污染物暴露剂量和参考剂量的比值的一种方法，2000年美国国家环境保护局根据慢性每日摄入量（CDI）建立的一种评价非致癌污染物风险的方法。根据式（6）计算。

式中：EF为暴露频率，d/年；ED为暴露持久性，年；FIR为膳食摄入量，g/d；C为危害物含量，mg/kg；RFD为参考剂量，mg/（kg·d）；m为平均体质量，kg；t为非致癌性暴露的平均时间，d。

1.3.6 层次分析法（AHP法）

层次分析法（简称AHP法）是以经验判断为基础，将要分析的问题以数量的形式表达和处理并层次化，构建层次分析模型，将不同因素相互比对形成判断矩阵，根据判断矩阵准则，一般采用1～9标度法进行打分（表2），一致性检验后，根据矩阵的特征值和特征向量计算指标权重。判断矩阵中元素P=（aij）n×n。

表2 判断矩阵标度含义

1)aij＞0；

2)aij=1（其中i=j）；

3)aij=1/aij（i，j=1，2，3，…，n）。

2 结果与分析

2.1 羊乳和牛乳中高氯酸盐的测定结果

根据表3，进行Levene的变异数相等测试，即F检验（方差齐性检验），见表4。在采用相等变异数条件下，F=7.769，Sig.=0.006，小于0.05，可以认为羊乳和牛乳两组数据的方差齐性是不相等的，生羊乳中高氯酸盐平均值为22.89 μg/kg，检出率为87.36%，生牛乳中高氯酸盐平均值为10.45 μg/kg，检出率为100%。对同一地区咸阳市泾阳县采集的样品（27个样品）结果显示：生羊乳（29.03 μg/kg）＞生牛乳（9.61 μg/kg），推断生羊乳中高氯酸盐含量是生牛乳的2～3倍。羊乳中高氯酸盐最大值150.93 μg/kg，通过对最大值追溯，结果发现该奶站饲草中高氯酸盐含量高达15 253.55 μg/kg，尽管是个例，初步推断饲草中高氯酸盐含量对生羊乳中高氯酸盐含量可能有较大影响。

表3 不同类别乳样本统计表

由于方差齐性是不相等的，针对平均值不相等的t测试，由表4可以看出t=4.309，自由度为101.7，双尾显著性概率Sig.（双尾）=0.000＜0.05，因此，应拒绝其原假设，即说明羊乳和牛乳的高氯酸盐含量有显著差异，表明生羊乳中高氯酸盐含量显著高于生牛乳，均值差为12.4，均值差标准误为2.9，羊乳和牛乳的高氯酸盐含量均值差的95%的置信区间为（6.7，18.2）。

表4 生羊乳和生牛乳独立样本检验表

2.2 因素中高氯酸盐检测结果

通过羊饮用水、灌溉用水、清洗用水涉及婴幼儿配方羊乳粉生产的各个环节使用水共计90个样本，奶源地的土壤36个样本，羊食用饲料44个样本，青贮样品12个样本，羊食用的饲草48个样本，由图1可以看出，水和饲料均集中在低含量水平，饲草和青贮分布广，且饲草有含量10 000 μg/kg以上的分布区域。

图1 境因素中高氯酸盐摄入含量对比图

通过对环境因素进行排查，由表5中对其高氯酸盐统计分析发现，水中高氯酸盐均值浓度为3.49±4.98 μg/kg，土壤中高氯酸盐均值浓度中26.08±52.01 μg/kg，饲料中高氯酸盐均值浓度为112.43±226.88 μg/kg，青贮中高氯酸盐均值浓度为1 804.76±2 809.02 μg/kg，饲草中高氯酸盐均值浓度为2 091.53±3 210.39 μg/kg，其中土壤中高氯酸盐不直接通过食物链进入羊体内并转化为羊乳中的高氯酸盐，饲料成分复杂，包括动物源和植物源性成分，其中植物源性成分（秸秆、大麦、玉米等饲草）本身含有高氯酸盐，这也是饲料中检出高氯酸盐的主要因素。青贮是由饲草等植物经过厌氧发酵形成的饲料，青贮和饲草的高氯酸盐含量是水中高氯酸盐含量的五百多倍，检出率也高达83.33%和100%。高氯酸盐的高溶解度特性决定了通过水系统实现迁移转化和积累，并最终富集在饲草中。饲喂羊使用的饲料、青贮以及饲草作为羊的食用食物直接进入羊体内通过转化吸收最终进入羊乳中。综上，水、土壤、饲料、青贮以及饲草中的高氯酸盐均会直接或者间接地通过食物链进入羊乳。

表5 环境因素中高氯酸盐检测统计表

2.3 暴露评估方法和贡献率计算

根据测定的高氯酸盐数据分布和评估模型，使用蒙特卡罗模拟进行暴露评估（表6）。暴露评估获得不同摄入食物的CDI值。平均暴露量、P50暴露量、P90暴露量、P99暴露量分别指的是在平均值水平，中位值水平、百分之90分位值处及百分之99分位值处的暴露评估值。饮用水、饲料、青贮和饲草的平均暴露量分别为0.58，18.74，300.79和348.59 μg/（kg·d）。除了饮用水，羊摄入的食物（饲料、青贮和饲草）均高于美国科学院（NAS）推荐的高氯酸盐人允许摄入剂量0.7 μg/（kg·bw）。

表6 饮用水和羊食物（饲料、饲草和青贮）膳食暴露评估结果 单位：μg/（kg·d）

根据暴露评估数据，即各种膳食途径长期慢性每日摄入量（CDI）计算每种膳食途径对羊体高氯酸盐的贡献率。不同摄入途径的贡献率见表7，不同膳食摄入羊高氯酸盐暴露风险途径贡献率见图2。饮用水摄入途径高氯酸盐贡献率与摄入途径相比要低2～3个数量级，贡献率为0.13%，基本可以忽略不计。以饲草和青贮为主的植物类食物为羊高氯酸盐摄入的主要来源，贡献率约占96.5%，其次是饲料，贡献率占3.4%。

图2 高氯酸盐暴露风险途径贡献率

2.4 靶标危害系数法（THQ法）

羊每天都要摄入饮用水和食物（饲草、饲料和青贮），EF为暴露频率，因此EF取值为365 d/年，由于关中奶山羊和莎能奶山羊平均寿命为10年，ED在数值上等于羊的平均寿命。RFD为参考剂量，参考剂量以体质量计，参考美国科学院（NAS）推荐的高氯酸盐允许摄入剂量0.7 μg/（kg·bw）。使用THQ来评价羊摄入高氯酸盐风险。高氯酸盐暴露风险途径贡献率见表7。

表7 高氯酸盐暴露风险途径贡献率

由表8可以看出，水和饲料的平均暴露水平和P50、P90、P99暴露水平均小于1，说明羊摄入饮用水和饲料的摄入水平是安全的，与平均暴露水平和P50相比，P90、P99暴露水平的THQ值明显提高，青贮的P90、P99暴露水平的THQ值均大于1，说明在P90、P99暴露水平上青贮摄入已经对羊产生较大影响，属于高风险因素，饲草在平均暴露水平的THQ值已经大于1，P90、P99暴露水平是平均暴露水平2倍和10倍，说明饲草摄入对羊产生的影响巨大，属于高风险因素，同时由于青贮是由饲草等植物经过厌氧发酵形成的饲料，说明植物源性食物高氯酸盐摄入对羊属于高风险因素，有相关研究证实通过食物链的传递能使高氯酸盐在一些高等动植物体内得到富集，且高氯酸盐会迁移

表8 平均暴露水平、P50、P90、P99暴露水平的THQ

到乳腺组织中，并且溶于分泌的乳液中。由于高氯酸盐风险受不同食物种类和比例的影响，因此引入层次分析模型来确定不同膳食种类的风险权重。

2.5 风险权重的判别

2.5.1 层次分析模型

建立奶山羊饮食安全风险评价体系的层次结构模型，将高氯酸盐风险分解为饮用水风险、饲料风险、青贮风险与饲草风险，结果见图3

图3 风险权重层次模型

2.5.2 判断矩阵及权重计算

根据饮用水、饲料、青贮与饲草的平均摄入量，两两比较其重要性并进行打分。选择平均暴露水平的THQ值作为判断依据，对各个膳食指标两两比较其风险程度并根据1～9标度法进行打分，整理得到下表奶山羊饮食安全风险评价体系各指标的相对重要性评分表，结果见表9。

表9 食物类别指标重要性赋值

风险权重的结果见表10。在奶山羊饮食安全风险评价体系各指标权重中，平均暴露水平下饲草的风险所占权重为0.511，权重最大，说明饲草在膳食暴露中属于高风险因素，即奶山羊饮食风险中，食用饲草中的高氯酸盐对羊的安全影响最大，饲草中高氯酸盐超标会对羊的健康产生危害，而且高氯酸盐会迁移到乳腺组织中，并且溶于分泌的乳液中，如果生羊乳受到高氯酸盐污染，则导致后续的婴幼儿配方羊乳奶粉等羊乳制品质量安全受到威胁。青贮的风险权重排第二，权重为0.377，其风险主要是由于青贮是由饲草制备的，风险主要体现在供需风险，饲料风险次之，饮用水的风险最小，但是同样需要重视。通过比较可以发现，饲草在P90暴露水平和P99暴露水平的风险权重值占比最大，说明极端暴露羊群与正常水平羊群相比，饲草的高氯酸盐对于羊群的危害更加显著。

表10 平均暴露水平、P50、P90、P99暴露水平的风险权重值

3 讨论与结论

研究对陕西地区环境和羊乳中高氯酸盐污染情况检测分析，水、土壤、饲料、青贮和饲草中高氯酸盐均值浓度分别为3.49±4.98，26.08，112.43，1 804.76和2 091.53 μg/kg，其中饮用水、饲料、青贮和饲草均会通过食物链直接进入羊体内通过转化吸收最终进入羊体内，进一步迁移到乳腺组织中，并且溶于分泌的乳液中。土壤中高氯酸盐不直接通过食物链进入羊体内并转化为羊乳中的高氯酸盐。根据暴露评估数据，饲草和青贮为羊乳中高氯酸盐的主要来源，贡献率约占96.5%，属于高风险因素，通过THQ计算，水和饲料的平均暴露水平和P50、P90、P99暴露水平均小于1，说明羊摄入饮用水和饲料的摄入水平是安全的，饲草在平均暴露水平的THQ值已经大于1，P90、P99暴露水平是平均暴露水平2倍和10倍，说明饲草摄入对羊产生的影响巨大，属于高风险因素。利用层次分析法计算相应权重。饮用水、饲料、青贮和饲草的平均暴露水平的权重分别是0.045，0.079，0.377和0.511，青贮和饲草在平均暴露水平和P50、P90、P99暴露水平的风险权重值都是最大的，风险最大。由此得到陕西地区环境和羊乳中高氯酸盐污染情况及羊群高氯酸盐暴露途径贡献率，间接分析了羊乳中高氯酸盐含量与羊食用饲草有明显的相关性，不仅对羊乳制品企业控制奶源中高氯酸盐有重要的指导意义，同时对保障婴幼儿配方羊乳粉质量安全提供理论依据，也对制定相关标准提供了参考价值。