根及根茎类中药材中多环芳烃污染情况分析及初步风险评估△

刘丽娜，左甜甜，金红宇，昝珂，马双成

中国食品药品检定研究院，北京 102629

近年来，中草药的需求大幅增加，中药质量及安全性问题日益引起人们的关注。外源性污染物残留是中草药安全性问题的一个重要方面，主要包括农药残留、重金属超标、真菌毒素污染、亚硫酸盐残留及其他污染物污染等[1-4]。

多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是由2 个或2 个以上苯环组成的具有“三致效应”的持久性有机污染物。PAHs来源于有机物热解或不完全燃烧，是最早被发现的数量较大、分布较广的一类环境致癌物[5]。近几十年来人类活动的增加导致环境中PAHs 的污染加剧，因此美国环保署（USEPA）在1976 年将16 种PAHs 列为优先控制污染物[6]。有研究表明，植物能够从环境中累积PAHs，导致农作物及中草药遭受PAHs的污染[7-8]。植物体内PAHs 的累积途径主要有2 种，一种是通过根系吸收土壤中的PAHs 进入植物[9-10]，一种是通过植物地上部分吸收大气中的PAHs，使其在植物体内累积[11]。本研究对根及根茎类样品中PAHs 残留量进行考察，并分析其组成及可能来源，对其根及根茎类中药材中PAHs的残留量进行初步风险评估。

1 材料

1.1 样品

测试用饮片由某饮片厂提供。17 种饮片分别为桔梗、泽泻、川芎、玉竹、牛膝、巴戟天、党参、干姜、百合、西洋参、板蓝根、北沙参各3批次，浙贝母、当归、郁金、石菖蒲、重楼各2批次，合计46批次。饮片经中国食品药品检定研究院中药民族药检定所金红宇主任药师鉴定均符合《中华人民共和国药典》2020年版规定。

1.2 试药

18 种PAHs 混合对照溶液（PAH-mix25，批号：20829AB，质量浓度为2000 ng·μL-1）、内标物为16种氘代PAHs同位素对照溶液（PAH-MIX 9 deuterated，批号：21205CY，质量浓度为100 ng·μL-1）均购于德国Dr.Ehrensorfer 公司；乙酸乙酯和乙腈为农残级（赛默飞世尔科技公司）；C18固相萃取小柱（美国Waters公司，规格：500 mg/6 mL）；18种PAHs信息见表1。

表1 18种PAHs的信息

1.3 仪器

GCMS-TQ8040 型气相色谱-质谱联用仪（日本岛津公司）；AG135 型电子分析天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]；KQ-300TDV 型超声提取仪（昆山市超声仪器有限公司）。

2 方法与结果

2.1 样品中PAHs的含量测定

采用氘代PAHs 同位素内标，样品以乙腈提取，经C18固相萃取小柱净化后，采用气相色谱-质谱法（GC-MS/MS）测定，色谱柱为DM-17ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm），程序升温（初始温度为80 ℃，保持0.5 min，以25 ℃·min-1升温至130 ℃，再以10 ℃·min-1升温至200 ℃，保持2 min，再以20 ℃·min-1升温至260 ℃，再以3 ℃·min-1升温至290 ℃，保持8 min，再以20 ℃·min-1升温至320 ℃，保持3 min）。以多反应监测模式对收集到的17 个品种46 批次根及根茎类中药材的PAHs 残留量进行测定，具体实验条件和操作步骤见参考文献[12]。样品测定和质量控制采用随行质量控制（包括空白试验、同位素内标试验、精密度试验和随行回收试验）确认方法的适用性，结果均符合残留检测要求。对样品测定结果进行统计，结果见表2。

表2 17个品种46批次根茎类中药PAHs污染情况

2.2 测定结果汇总

本研究测定了17个品种46批次根及根茎类中药材样品，测定结果显示根及根茎类中药中存在18 种PAHs 残留，其含量汇总和检出率见表2。总体上，PAH 单体质量浓度为未检出（no detected，ND）～373.0 μg·kg-1，18 种PAHs 之和质量浓度为16.3～1 005.6 μg·kg-1，轻质PAHs 的质量浓度为14.7～890.0 μg·kg-1，重质PAHs 的质量浓度为ND～158.81 μg·kg-1。总体来说，PAHs 是以2、3 和4 环的轻质PAHs 为主，占18 种PAHs 之和的82%～100%，而5 环和6 环的重质PAHs所占比重较低，占18 种PAHs 之和的0～18%。从检出率来看，naph 和ant 的检出率均为100%，轻质PAHs（2～4 环）的检出率为80%～100%，重质PAHs（5、6 环）的检出率为44%～80%，总体来说，重质PAHs 检出率高于轻质PAHs。这与文献[13]检测的结果基本一致，即中药中检出PAHs 以小分子PAHs 为主。检测的46批中草药样品中，dbaha 检出率最低（44%），典型致癌物质苯并(a)芘检出率达到69%，检出范围为ND～15.4 μg·kg-1。根及根茎类样品中18 种PAHs的平均质量浓度见表3。欧洲食品安全局认为，苯并(a)芘、苯并(a)芘+䓛（PAH2）、苯并(a)芘+苯并(a)蒽+苯并(b)蒽+䓛（PAH4）、苯并(a)芘+苯并(a)蒽+苯并(b)荧蒽+苊+苯并(k)荧蒽+二苯并(a,h)蒽+苯并(g,h,i)芘+茚并(1,2,3-cd)芘（PAH8）可作为评价PAHs 的基因毒性和致癌性的标志物，并且和Bap一样同样有效[14]。为此，本研究以苯并(a)芘、PAH2、PAH4 和PAH8 作为中药材中PAHs 污染及其健康影响的指示物，进行重点关注，分别统计了PAH2、PAH4 及PAH8 的检出范围及检出率，检测分析结果见表2、表3。PAHs 的测定结果从品种看，PAH2的检测范围为ND～173.8 μg·kg-1，检出率达到85%，PAH4的检测范围为ND～310.0 μg·kg-1，检出率达到89%，PAH8的检测范围为ND～338.3 μg·kg-1，检出率达到96%。玉竹、郁金、党参3 个品种的PAH4 均值超过100 μg·kg-1，玉竹、郁金、百合3个品种的苯并(a)芘均值超过5 μg·kg-1，玉竹、郁金2 个品种的PAH2 均值超过50 μg·kg-1，玉竹、郁金、党参3个品种的PAH8均值超过100 μg·kg-1，这些品种的PAHs的污染较为严重。

表3 17个品种46批次根及根茎类样品中18种PAHs的平均质量分数 μg·kg-1

2017 年，我国的《食品安全国家标准 食品中污染物限量》标准中[15]，对谷物及其制品、肉及肉制品、水产动物及其制品、油脂及其制品中苯并(a)芘限量要求进行了规定，分别为5、5、5、10 μg·kg-1，按照苯并(a)芘不得过5 μg·kg-1的限度计，6 批次样品超出限度，超标率13.0%，涉及的品种包括玉竹、牛膝、郁金、巴戟天、党参、百合。欧盟法规对4种PAHs（PAH4）规定了限度[16]，限度以35 μg·kg-1计，超标11 批次，超标率23.9%，涉及的品种包括玉竹、牛膝、郁金、巴戟天、当归、党参、百合。

2.3 污染物组成特征

按照PAHs 环数不同，可以将18 种PAHs 化合物分为3 组，分别为2～3 环PAHs、4 环PAHs 和5～6 环PAHs。根据根茎类中药材中PAHs 组成特性，高比例的PAHs主要为2～3环PAHs，占总量的14%～96%，平均占比为61%，其次是4 环PAHs，占总量0～88%，平均占比为33%，根茎类中药中不同环数PAHs 组成三角图见图1。已有的研究表明，高比例的低分子量（2～3 环）PAHs 表明污染区可能存在近期污染[17]。

图1 17个品种46批次根茎类中药中不同环数PAHs组成三角图（n=46）

2.4 PAHs来源分析

PAHs 的自然来源有火山爆发、灌木丛燃烧等，形成了PAHs在环境中的本底值。人为来源是环境中PAHs的主要来源，主要包括石油燃料、生物质的不完全燃烧，以及石油燃料的自然挥发或泄漏等[18]。由于PAHs的来源广泛，使得其成为环境中无处不在的污染物。对根及根茎类中药材中PAHs污染物的来源进行分析，不仅可以了解PAHs 污染源，而且对PAHs进行有效地控制也很重要。

对PAHs的来源进行分析的方法有几种，主要有特征标志物法、特征化合物比值法和多元统计法。其中，特征化合物比值法判断PAHs 来源的应用较多。特征化合物比值法判断PAHs来源，主要依据是来源于不同污染源的PAHs 的浓度比值存在明显差异。由于气相中PAHs不稳定，波动大，比值法主要依据吸附在颗粒物上的PAHs 数据来推断可能来源。目前，主要根据baa/（baa+chry）、ant/（ant+phe）、flt/（flt+pyr）和indp/（indp+bghip）4 对成分的比值来判断PAHs 的来源[19-21]，主要综合依据4 个比值的大小来区分是原油污染、汽油燃烧、生物质燃烧、煤炭燃烧的PAHs 来源。PAHs 特征比值判断标准见表4。

表4 常用PAHs特征比值及其来源

为了系统、全面地评价根和根茎类中药材中PAHs 的污染源，本研究选择了ant/（ant+phe）、flt/（flt+pyr）、baa/（baa+chry）和indp/（indp+bghip）4种比值相结合的方法来定性判断根和根茎类中药材中的PAHs 来源。46 批次的根茎类样品PAHs 异构体比值源解析统计图见图2。从图中可知，ant/（ant+phe）的比值除小部分小于0.1 外，其余大于0.1，表明PAHs可能来源于原油污染，主要来源是以生物质及化石燃料的燃烧为主；flt/（flt+pyr）的比值一个样品<0.4，小部分样品为0.4～0.5，大部分样品>0.5，表明个别样品来源于原油污染，小部分来源于石油燃烧，大多数为生物质或是煤炭燃烧；从baa/（baa+chry）和indp/（indp+bghip）比值来看，baa/（baa+chry）除2 个样品<0.2，个别样品为0.20～0.35，大部分样品>0.35，表明个别样品来源于原油污染，小部分来源于石油燃烧，大多数为生物质或是煤炭燃烧；indp/（indp+bghip）的比值均大于0.5，表明PAHs主要来源是生物质及化石燃料的燃烧为主。综合ant/（ant+phe）、flt/（flt+pyr）、baa/（baa+chry）和indp/（indp+bghip）的比值来看，根茎类中药材的PAHs污染来源，绝大多数为生物质或是煤炭燃烧，小部分来源于石油燃烧，个别样品还可能存在原油污染。

图2 17个品种46批次根及根茎类中药材中PAHs异构体比值源解析

3 风险评估

3.1 毒性当量因子（TEF）估算

通常对PAHs 的健康风险评估选用TEF 方法，估算16 种优控PAHs 相对苯并(a)芘的总毒性当量浓度（TEQbap，μg·kg-1）。TEF法由世界卫生组织（WHO）建立，是基于剂量相加作用的一种对多种物质暴露风险的评价方法，将混合物中的每种成分与指示化合物的效能相比来计算其暴露量。该方法以苯并(a)芘为标准参照物，其TEF 值设定为1，将其他PAHs与等量的苯并(a)芘比较毒性大小，得出各个PAHs的TEF 值，按公式（1）计算16 种优控PAHs 相对苯并(a)芘的TEQbap。Nisbet 等[22]提出的每种PAH 相对于BaP 的TEF 值被广泛接受，各个PAH 对BaP 的TEF值见表1。

式中Ci为第i个PAHs 的质量浓度（μg·kg-1）；TEFi为第i个PAHs对应的TEF值。

3.2 致癌风险评价

PAHs 属于致癌物质，评估PAHs 的增加终生癌症风险采用“个人因接触潜在致癌物（如PAHs）而终生罹患癌症的增加概率”[23]的方法。增加终生致癌风险（incremental lifetime cancer risk，ILCR）是指人暴露于某种可能致癌物时，可能增加的患癌风险。ILCR 值是指个体在一生中因暴露于潜在致癌物而发生癌症的概率增量，可通过公式（2）进行估算。

式中TEQbap以公式（1）进行计算；DR 为中药材的摄入量（g·d-1），以每天20 g 计；EF 为暴露频率，每年90 d[24]；SF 为苯并(a)芘的致癌风险系数经口暴露数值，7.3 kg·d-1·mg-1[25]；转化因子（CF）为1×10-6kg·mg-1；ED 为暴露年数（a）；BW 为人均体质量，以60 kg 计；AT 为人群的预期寿命（a）。选用USEPA 推荐的参数值：ED 对于非致癌物取30a，对于致癌物取70a；AT 对非致癌物取30a（10 950 d），对于致癌物取70a（25 550 d）[26-27]。

依据USEPA 对ILCR 的潜在致癌风险区间，当ILCR≤1×10-6时表示不存在致癌风险或其致癌风险可以忽略，不需采取进一步的措施；当ILCR>10-4时表示具有较大的致癌风险，已经超过可承受的癌症风险水平上限，风险是不可接受的，必须要采取相应的行动；当ILCR介于二者之间时，则表示存在低致癌风险或潜在致癌风险，但还未达到优先级风险水平[28]。

3.3 结果分析

根据公式（1）计算得到不同种类根及根茎类中药材中16 种优控PAHs 相对苯并(a)芘（BaP）的TEQbap，再根据公式（2）计算得到根及根茎类中药材PAHs 污染的潜在致癌风险评价结果，结果见表5。从评估结果可以看出，所有品种的ILCR 均小于1×10-4，没有较大的致癌风险。但有部分品种，如玉竹、牛膝、郁金、巴戟天、当归、党参、干姜、石菖蒲、百合、浙贝母的ILCR 值为1×10-6～1×10-4，表明部分根及根茎类中药材仍存在潜在致癌风险，需要关注。

表5 17个品种46批次根及根茎类中药材PAHs风险评估结果

4 讨论和结语

本研究涉及的桔梗、泽泻、川芎、玉竹、牛膝、郁金、巴戟天、当归、党参、干姜、石菖蒲、百合、重楼、西洋参、板蓝根、北沙参、浙贝母等17 种根和根茎类中药材中都有不同量的PAHs 检出。PAHs 总的来说是以2、3、4 环的轻质PAHs 为主，典型致癌物质苯并(a)芘检出率达到69%，检出平均值为2.3 μg·kg-1，按照5 μg·kg-1的限度计，6 批次样品超出限度，超标率13.0%。PAH4 的检出率均达到89%，根和根茎类中药材中PAHs 平均质量分数为255.1 μg·kg-1。

中药不同于食品，针对特定人群，有特定的用法与用量，本研究将人类平均寿命中药使用频率、暴露年限等参数系统地应用于根和根茎类中药材中PAHs的风险评估。因服用根和根茎类中药材引起的PAHs 暴露的健康风险值为7.52×10-8～1.16×10-5，在目前中药材服用量下存在潜在致癌风险或不存在致癌风险，风险基本可控。