海产品中多元素及砷形态检测技术开发与应用

摘要

随着国民经济发展节奏不断加快，人民生活水平不断提高，生活质量也相应获得很大改善，海产品作为优质蛋白的重要来源，营养价值丰富，成为越来越受欢迎的饮食佳品。在享用优质蛋白的同时，人们往往忽略食用水产品所带来的潜在风险。大量研究数据表明，水产品中多种重金属或者类金属元素含量丰富，有些元素远高于国家标准限量值。如何确保消费者食用水产品的安全，保证人们放心安全的享用一直以来都是研究的热点之一。课题优化了针对各类常见海产品中的Cr、Ni、Cu、As、Cd、Sn、Pb、Al等多元素同时测定的ICP-MS法及砷元素的HPLC-ICP-MS形态测定技术；在大量样品本底值调查的基础下，掌握了我省常见海产品中的主要重金属元素的污染现状，并进一步分组织差异细化研究了砷形态物在4种常见海蟹（青蟹、三疣梭子蟹、日本鲟和细点圆趾蟹）中的分布特征；同时根据我省沿海居民海产品膳食消费习惯，结合FAO、WHO等国际权威组织针对各种重金属元素的推荐摄入量值，对我省居民食用海产品带来的重金属元素暴露风险进行健康评估评价；最后以贻贝和梭子蟹为研究对象，对水产品中砷的生物可给性进行了初步研究。　　主要研究内容如下：　　1.采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）定量分析覆盖鱼、虾、蟹、贝类和藻类的38个品种共计649个中常见海产样品中Pb、Cd、Cr、Cu、Sn、Ni、As等7种有害元素含量，对监测结果采用单因子污染指数Pi值进行各元素的污染程度评价；同时结合浙江省居民营养膳食数据，采用点估计法，计算各元素的暴露风险商（HQ）来进行食用健康风险评估。结果显示：浙江沿海水产品中的鱼、虾、蟹、贝和大型海藻类对 As元素、蟹类对 Cu和 Cd两种元素、贝类对Cd、大型藻类对Cr都表现出较强的富集能力，其Pi值都大于1，这4种元素在相应的水产品中污染程度较高；对儿童而言，食用藻类的 Cr暴露风险 HQ、食用鱼、虾、蟹、贝及藻类的As暴露风险HQ和食用蟹、贝和藻类带来的Cd暴露风险HQ均大于1，成人组在食用虾、蟹、贝及藻类的As暴露风险HQ和食用蟹、贝和藻类带来的Cd暴露风险HQ也均大于1；虾蛄Cd含量较高，成人和儿童食用虾蛄的Cd暴露风险HQ值分别为11.08和5.54。以上结果说明成人和儿童若长期大量食用该类海产品存在较高的健康风险。　　2.采用高效液相色谱-电感耦合等离子质谱联用技术（HPLC-ICP-MS）在6 min内成功分离海产品中的砷甜菜碱（AsB）、二甲基砷（DMA）、三价砷（As3+）、一甲基砷（MMA）和五价砷（As5+）这5种砷化合物。优化后的色谱条件为：Dionex IonPac As19阴离子交换柱（250 mm×4 mm×10μm）及保护住（50 mm×4 mm）、柱温40℃、进样量50μL、流动相为50 mmol/L的pH=9.5的碳酸铵溶液等度洗脱、流速为1.0 mL/min；优化后的ICP-MS质谱条件为：采用同心雾化器，选择元素75As、m/z75、采集模式为TRA模式、检测模式为No Gas标准模式、载气流量1.05 mL/min且不使用补偿气、无干扰方程、As积分时间0.3 s、蠕动泵转速0.5 rps。采用优化的方法测定了青蟹、三疣梭子蟹、日本鲟和细点圆趾蟹等4种常见海蟹中总砷及砷形态物分布特征。结果显示海蟹是砷高富集水产品，158个蟹类样品中总砷含量范围为1.34~23.36 mg/kg，但均以毒性较低的AsB为主， AsB占其总砷含量的60.8%~99.4%，158个海蟹样品分组织测定无机砷含量在0~0.12 mg/kg；从分品种及同一品种下分组织部位的测定结果来看，总砷含量和AsB的测定均值基本都呈现出品种上细点圆趾蟹＜青蟹＜三疣梭子蟹＜日本鲟、同一品种样品下性腺（雌）＞肝胰腺＞蟹胸肌肉＞蟹钳肉＞蟹鳃的变化趋势，说明日本鲟富集砷能力较强，性腺和肝胰腺是海蟹富集砷的重要器官。同时结合浙江省居民营养膳食数据，采用点估计法对食用海蟹带来的无机砷健康风险进行评估的结果表明食用海蟹带来的无机砷暴露风险较低。　　3.针对海产品对砷元素的高富集特性，进一步对来自浙江沿海地区的38种649个海产品中的无机砷含量进行监测和食用健康风险评价。结果显示，浙江沿海地区的水产品中砷化合物主要以有机砷形式存在，包括砷甜菜碱、少量DMA和 MMA，无机砷含量较少，所有样品中无机砷含量占总砷含量百分比为0.03-5.79%。649个样本中无机砷含量均低于相应的国家限量值，全部样品中无机砷含量中位值为0.0286 mg/kg，第90百分位数的测定值0.084 mg/kg。依据浙江省城乡居民膳食结构调查报告，再结合浙江省沿海居民实际消费水产品的特点，对浙江沿海水产品中的无机砷进行暴露风险评估。评估结果显示浙江沿海居民（包括城市和农村）每周通过食用水产品摄入的无机砷的量低于 JECFA的推荐值，居民通过食用水产品摄入的无机砷安全风险较低。　　4.建立静态体外胃肠模拟实验，分别对梭子蟹和贻贝原料样品、煮熟样品、蒸煮水以及煮熟样品透析液中的总砷含量水平分布和砷形态分布进行定量定性研究。结果显示贻贝样品中13.7%的砷和梭子蟹样品中6.1%的砷元素在蒸煮过程中从样品基质移出并释放到蒸煮水中，在对煮熟样品及其蒸煮水中砷形态分布分析时发现相似的砷色谱图。对煮熟样品透析液中的砷化合物分布进行HPLC-ICP-MS检测发现，透析过程未能引起砷形态改变，这表明酸性介质、酶和透析膜均未引起砷形态发生改变。研究样品中没有观察到As（Ⅲ）存在。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1 研究的背景和意义

1.2 多元素的分类

1.3 多元素分析方法的研究

1.4 砷形态化合物研究

1.5 无机砷对人体的健康风险评价

1.6 砷的生物有效性研究

第二章 浙江沿海海产品中多元素污染状况及风险分析

2.1 引言

2.2 材料和方法

2.3 实验方法

2.4 结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 砷形态方法的建立及应用

3.1引言

3.2 材料与方法

3.3 方法

3.4 结果与讨论

3.5 本章小结

第四章 浙江沿海海产品无机砷污染调查及膳食风险评估

4.1引言

4.2材料与方法

4.3 方法

4.4结果与分析

4.5本章小结

第五章 水产品中砷的生物可给性研究

5.1引言

5.2 材料与方法

5.3结果与讨论

5.4 本章小结

论文结论

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文及研究成果