杂粮重金属污染及其风险评价方法

彭天舒，郭春景，李丽娜，王建忠

（辽宁省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，沈阳 110161）

关键字：杂粮；重金属；污染；危害；风险评估

0 引言

杂粮，是以高粱、谷子、荞麦、燕麦、绿豆、豌豆、薏仁等为代表的小宗粮豆作物，其种植条件相对宽泛，适应性较强、栽培难度低、生育期较短[1]，在中国的种植历史悠久，在国际市场具有较强的优势，是中国传统的出口农产品[2]。经济的日益提高使得人口消费能力不断升级，人们的消费意识由“吃得饱”转变为“吃得好”，而“吃得好”就是要求人们要吃得绿色、吃得健康。杂粮品种较多，营养丰富，因其可供选择的多样性而逐渐赢得消费者的青睐[3-4]。中国居民膳食指南中也提出了“食物多样，谷类为主”的新概念，指导人们改变饮食结构和食物种类[5]。以谷子为例，作为人们日常食用较多的杂粮食品之一，谷子含有多酚、黄酮、蛋白质、膳食纤维等多种活性物质和营养成分[6]，对清除机体自由基、提高机体抗氧化能力具有一定的积极作用[7-10]。

工业的快速发展，在一定程度上会影响自然环境。矿藏开发、工业生产、垃圾排放等人为因素导致生态系统污染，土壤[11]、大气[12]、江河湖海[13-14]等作为生态系统的重要组成部分，是人类赖以生存的基础。重金属污染隐蔽性强、持久性长、危害性大[15]，在环境中难以消除，并且具有较强的生物放大能力。因此，围绕重金属污染的相关研究也逐渐成为环境、生物、食品等多领域的研究热点[16]。

重金属对人体的危害巨大，摄入不同剂量的重金属会对人体造成不同程度的损害。铅、镉、铬、汞、砷、锡、镍是常见的重金属元素，也是GB 2762—2017中限量规定的重金属元素[17]。铅会影响幼儿发育，损伤神经系统，长期接触会影响记忆功能[18-20]。镉通过降低机体抗氧化酶活性，抑制机体的修复能力，诱发细胞癌变[21]。在生活或工作中长期接触铬会造成铬中毒，危害皮肤、呼吸、肝肾等人体系统和器官[22-23]。汞中毒主要表现为慢性中毒，以精神-神经异常、齿龈炎、震颤为主要症状，大量摄入汞造成的急性汞中毒会引起呼吸、消化、皮肤等系统的严重反应[24]。砷中毒对眼睛、皮肤等损伤较大[25]。生产生活中长期大量接触锡会产生中毒症状，主要表现为神经系统和胃肠道症状[26-27]。镍中毒的主要症状包括呼吸道损害、皮肤损害、肝肾损害等，长期接触硫化镍、氧化镍及可溶性镍会增加患鼻癌和肺癌的风险，还可引起神经衰弱、头痛、头晕等症状[28]。重金属在人体不断累积，导致人体系统的损伤，有些损伤是不可逆转的，严重的会危及到生命[29-30]。

杂粮在生长过程中会吸收环境中的重金属，存在污染风险，影响食用安全，影响人体健康。本研究梳理了国内外杂粮重金属污染的相关研究，同时总结了常见的重金属污染风险的评价方法，以期为杂粮产业的发展提供参考依据。

1 国内外杂粮重金属污染现状

1.1 国外杂粮重金属污染现状

通过查阅相关文献发现，国外也有一些关于杂粮重金属含量分析、污染评价的研究。Meghdad 等[31]分析了伊朗克尔曼沙赫省某市场中扁豆、豌豆等豆类的重金属致癌风险，该研究从2个角度解析了致癌风险：从单独消费每种谷物来看，儿童组除扁豆外的其他豆类总致癌风险均高于允许限值，成人组的总致癌风险在允许范围内；从消费所有谷物的情况来看，儿童组、成人组的总致癌风险均高于允许限值，该研究说明当地的杂粮产品存在重金属污染现象，有一定程度的致癌风险。Akinyele等[32]报告了尼日利亚西南部阿贝奥库塔市市场中部分产品的重金属含量情况，其中豆类的锰、铁、铜、锌、铬、镉、镍含量分别为(13.58±0.29)、(48.75±0.43)、(7.24±0.04)、(36.14±0.24)、(0.04±0.01)、(0.08±0.02)、(0.14±0.01)mg/kg FW，低于国际粮农组织和世界卫生组织提出的每日可耐受摄入量。关于沙特阿拉伯[33]市场谷物和豆类的重金属评估结果显示，达曼地区的扁豆和塔布克地区的芸豆整体品质较好，利雅得、塔布克、贾赞3个地区的豌豆和大麦都有不同程度的重金属污染。来自韩国的Gu 等[34]对比了燕麦和藜麦、扁豆和鹰嘴豆中的微量元素和有害元素，包括铝、砷、镉、汞、铅、铜、锰、镍等，结果显示：燕麦的铅、锰、镍含量较高，分别为(0.044±0.04)、(117±37)、(6.2±5.8) mg/kg，藜麦的砷、镉含量较高，分别为(0.028±0.05)、(0.049±0.03) mg/kg，扁豆的铝、铜含量较高，分别为(26.5±25)、(16.8±2.3)mg/kg，4种杂粮中都未检出铅，该研究为当地的食品安全监管及膳食风险评估提供了数据支撑。

杂粮采后处理方式对其重金属含量也存在一定影响。Larsen等[35]研究了加纳北部托隆地区碾磨后小米的重金属含量，碾磨会导致小米重金属含量不同程度的变化，锰(0.42 mg/kg)、镍(0.95 mg/kg)、铅(2.29 mg/kg)的含量均高于对照组，而铬(0.342 mg/kg)和锌(0.854 mg/kg)均低于对照组，说明在碾磨过程中发生了重金属迁移，使得碾磨小米中部分重金属元素含量增加。Mohapatra等[36]对不同加工条件下高粱籽粒中矿物元素和重金属元素构成的研究结果表明，蒸煮、发酵、发酵蒸煮会降低高粱籽粒中砷、铬、镍、铝、铅的含量。因此，在食品加工过程中，要考虑食品的加工方式、加工设备、包装材料等因素带来的污染风险，选用加工设备和包装材料时应避免有害金属部分与食品材料直接接触。

1.2 国内杂粮重金属污染现状

中国杂粮优势产区主要分布在东北、西北、西南地区，涵盖谷子、高粱、大麦、荞麦、燕麦等谷物和芸豆、绿豆、蚕豆、豌豆、豇豆等豆类，发展潜力巨大。随着杂粮食品食用安全相关研究的深入，对不同杂粮食品重金属污染的相关研究也与日俱增。冯亮等[37]研究结果表明，种植于成都地区的燕麦样品中砷、镉、铅的含量均集中在0.00～0.07 mg/kg，远低于国家标准值（砷0.5 mg/kg、镉0.1 mg/kg、铅0.2 mg/kg）。冯利芳等[38]对比了内蒙古地区甜荞米和裸燕麦米中的常量元素和微量元素，检出甜荞米中的铅、镉、锡、铬含量分别为(2.57±0.54)、(2.23±0.45)、(2.44±0.99)、(9.12±3.76)μg/100 g，检出裸燕麦米中的铅、镉、锡、铬含量分别为(3.41±1.70)、(0.65±0.17)、(3.61±0.71)、(19.46±18.15)μg/100 g，含量均低于国家标准值(铅0.2 mg/kg、镉0.1 mg/kg、锡250 mg/kg、铬1.0 mg/kg)。徐孟怀等[39]评估了贵州市售豆类（包括芸豆、绿豆、红豆）中铅和镉的污染情况及对人体健康存在的风险，结果表明市售豆类受到铅和镉不同程度污染，芸豆、绿豆、红豆的铅含量平均值分别为0.076、0.069、0.089 mg/kg，镉含量平均值分别为0.020、0.012、0.0073 mg/kg，均未超出国家标准值（铅0.2 mg/kg、镉0.1 mg/kg）。杨剑洲等[40]对海南省集约化种植园中多种农作物的重金属累积程度研究结果表明，豆类、谷类重金属危害指数较低，适合集约化生产模式。陕西[41]报告了四类常见谷物的重金属污染情况，其中小米中的镉、铬、总汞、总砷含量均低于国家标准值，铅含量高于国家标准值，超标率为6.25%。浙江省[42]发布了2014—2019年谷物及制品中铅污染情况，小米中铅平均含量最高，为0.049 mg/kg，谷物类罐头铅平均含量最低，为0.020 mg/kg。根据内蒙古地区[43]2017—2019 年谷物中重金属污染监测调查得知，燕麦、荞麦、小米的镉、总汞、总砷都处于国家标准值范围内，而3 种杂粮中铅含量超标率分别为2.33%、6.25%、2.50%。

杂粮还能够富集重金属。冯敬云等[44]研究表明，高粱对镉有一定程度的富集能力，不同品种的高粱、高粱不同器官间的富集能力有明显差异：生物质高粱对镉的富集能力明显高于甜高粱，其地上部生物量为22.5748 t/hm2，是甜高粱的1.2倍，2种高粱各器官中镉的富集能力均表现为茎秆>叶片>穗。李武江等[45]证实，高粱对铅、铬、砷、锰、锌有不同程度的转移能力，对铅的转移能力最强。梁梦婷[46]报告了黑龙江主产区绿豆中铅、镉、铬、砷的富集情况，在绿豆的分枝期、花荚期、成熟期，铅、镉、铬主要富集在根部，砷主要富集于叶部；通过对绿豆不同时期同一器官的重金属含量对比分析发现，对于根部来说，成熟期时铬、铅含量最高，分别为5.132、1.909 mg/kg，分枝期时砷的含量最高，为9.285 mg/kg，花荚期时镉的含量最高，为0.138 mg/kg。对于茎部来说，成熟期时铬、镉、铅含量最高，分别为1.556、0.039、0.648 mg/kg，分枝期时砷含量最高，为24.803 mg/kg。对于叶部来说，成熟期时铬、镉、铅含量最高，分别为1.432、0.038、1.161 mg/kg，分枝期时砷含量最高，为83.832 mg/kg。另外，还有研究表明，农作物的重金属含量可能与土壤重金属的化学形态和生物有效性有关[47]，但大多数研究集中于水稻、玉米、大豆等大宗粮食作物，对于杂粮的研究较少。

2 重金属污染风险的评价方法

重金属污染评价的意义在于，通过科学系统的评价方法，将重金属污染程度通过数学运算的方式清晰明确的表达出来，并实现污染等级识别划分。重金属污染的评价方法有单因子污染指数法、综合污染指数法、地累积指数法、潜在生态风险指数法等[48]。单因子污染指数法应用简单，是最基础的污染评价方法，能够快速判断出主要污染物[49-50]。综合污染指数法以单因子污染指数法为基础，更全面地评价污染程度，以内梅罗指数法为代表，是较为常用的综合评价方法之一[51]。德国科学家Muller[52]提出的地累积指数法，主要用于评价沉积物中重金属污染程度。潜在生态风险指数法[53]，由瑞典科学家Hakanson[54]提出，根据重金属的迁移、转化、沉积等特点，对环境中的污染程度进行综合评价。不同的评价方法侧重点不同，选择合适的评价方法能够更加全面的反应一个区域的污染程度。

魏洪斌等[55]采用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法及潜在生态风险指数法对宜兴市境内耕地土壤进行重金属污染生态风险评价，结果显示，当地的整体污染程度较轻，主要污染元素是镉，部分区域呈现镉重度、中度污染。李保杰等[56]采用地累积指数法、内梅罗综合污染指数法及潜在生态风险指数法评价了宜兴市丁蜀镇某田块的土壤污染情况，3 种方法都显示了该区域镉严重超标，其中镉的地累积指数为5.82，潜在生态风险指数为2548.75，内梅罗综合污染指数为60.58，说明该区域镉已达到重度污染。

膳食健康风险评估是衡量膳食安全性的重要指标，我们常用危险商数(HQ)、每日饮食指数(DDI)、目标危害系数(THQ/TTHQ)、健康风险指数(HRI)、膳食摄入风险概率(RQ)等指标来表示危害成分的严重性[57-58]。王奇等[59]对五味子中16种金属元素的膳食健康风险评估结果表明，五味子重金属污染水平较低，不足以对人体健康造成影响。黄先亮等[60]评估了广西八角中铅、镉、铬3种元素的膳食风险，结果表明，广西八角中铅、镉、铬含量均低于国家标准值，3 种元素均无明显膳食风险。

3 展望

小杂粮，大产业。杂粮营养成分丰富，经济效益良好，是推动乡村振兴的优势产业。杂粮不仅可以作为粗加工农产品呈现在人们的餐桌上，以杂粮为原料的再加工食品也层出不穷。推动杂粮产业的发展，要从产业化、标准化、现代化入手，走科学创新的路线。

食品安全问题是关系到民生的重大议题，防范食品安全问题的发生就要控制生产、加工、运输等多个环节的风险因子。从杂粮的营养优势角度出发，激发消费者的购买意愿，同时，要想将小杂粮做成大产业亟需考虑杂粮产品的食用安全性。关于杂粮重金属污染的研究多集中于含量分析、重金属污染风险评价、膳食风险评估等方面，缺少重金属转运机制、重金属化学形态及生物学活性相关的深入研究。笔者认为，开展杂粮重金属吸收、转移、富集规律、转运机制、生物学活性等方面的研究，有利于在杂粮种植和加工过程中科学地规避重金属污染风险，助力杂粮产业发展。