一种人体摄入不同地域小龙虾内重金属的危害评估方法

摘要

本发明公开了一种人体摄入不同地域小龙虾内重金属的危害评估方法，选取目标地域；确定重金属理化指标；对不同地域的小龙虾进行采集，计算地域对应的重金属干重浓度的平均值、标准差和变异系数；计算小龙虾中重金属的每日摄入量；计算重金属对应的目标危险系数；根据重金属对应的目标危险系数对危险指数进行计算；计算的癌症风险。本发明通过标准化无量纲化计算小龙虾中重金属干重浓度的标准差，适用于针对人们食用小龙虾后对重金属的每日摄入量、目标危险系数和终生癌症风险来经行风险等级评估，可以适用于扩大物种评估范围，比如淡水鱼等水产品。

说明书

技术领域

本发明属于危害物风险等级评估技术领域，更具体涉及一种人体摄入不同地域小龙虾内重金属的危害评估方法，它适用于小龙虾、淡水鱼等多种水产品类所含重金属危害物对人体危害风险等级评估。

背景技术

我国是水产品养殖大国，水产品总产量已连续二十多年位居世界首位。水产品不仅营养丰富、美味可口，而且还具有保健作用。小龙虾，学名克氏原螯虾，原产于南美洲，主要栖息地是墨西哥湾沿岸，特別是密西西比河口附近的区域，也就是现在美国路易斯安那州。由于其对环境的适应力较强，所以在池塘、湖泊、河沟和稻田等水域都可以大量繁殖和生长。小龙虾在给我国农业经济带来发展的同时，也会不可避免地带来一系列的食品安全方面的问题，主要表现为重金属问题，小龙虾对环境中的重金属的耐受性极强的，容易导致环境中的重金属在小龙虾体内富集并随着食物链想更高端的物种转移。因此，采用无量纲化的技术手段，将不可比的数据进行转换形成无量纲的数据，就可以对各项指标和各组数据进行比较和综合评价，从而为人们在食用不同地域的水产品的筛选提供了可能。

经中国专利网与相关论文网站检索，目前尚无有关人体摄入小龙虾体内重金属物质进行危害评估方法的专利，但有文献报道，基本上是通过经验或者计算一些固定而繁琐的公式来得到结果来应用小龙虾的危害物风险等级评估，如彭倩等的“小龙虾重金属污染及人体健康风险评估”《环境科学与资源利用》2015；杨雅茹等的“小龙虾重金属污染风险暴露评估研究进展”《农业科技》2020,40(17):129-130；燕志等的“扬州市水产品质量安全风险监测及小龙虾重金属风险评估”《轻工业手工业》2018，等等。这些评估方法的应用范畴是非常有限的，尤其要选着多个地点水产品的时候，因为水厂品生态位的相似性将扰乱判断的准确性。因此，建立一种快速、简便、准确的评估方法就显得尤为迫切。

发明内容

针对当前湖北省养殖的小龙虾中危害物筛选或评价较少，技术复杂等，本发明的目的是在于提供了一种人体摄入不同地域小龙虾内重金属的危害评估方法，方法易行，操作简便、快速、准确，满足人们对摄入小龙虾，淡水鱼等水产品中重金属危害物的风险等级评估。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种人体摄入不同地域小龙虾内重金属的危害评估方法，包括以下步骤：

步骤1、选取目标地域：

在湖北省长江流域根据虾-稻养殖和池塘养殖的基本特征筛选出要调查的小龙虾的地域，包括仙桃、鄂州、随州、洪湖、江夏、嘉鱼、潜江、孝感、沙市和恩施，这些地域都比较靠近长江流域；

步骤2、确定重金属理化指标，包括砷、钡、镉、铬、铜、汞、锰、镍和铅含量：

根据我国当今对小龙虾大量食用，以及健康风险的关注，对长江中下游地区小龙虾重金属的空间分布及成人/儿童食用小龙虾腹肌的健康风险进行了调查，确定小龙虾中所含重金属理化指标，小龙虾中重金属理化指标至少包括砷、钡、镉、铬、铜、汞、锰、镍和铅含量。

所述的小龙虾中重金属限定值参考中国的食品安全国家标准GB5009-2017；

步骤3、对不同地域的小龙虾进行采集，计算地域对应的重金属干重浓度的平均值、标准差和变异系数：

将目标地域采集来的小龙虾按地域进行分类，每个地域的同一个池塘收集12只不同大小的小龙虾。用水冲洗后，记录小龙虾的重量。对于每个地域，随机抽取6只小龙虾解剖，获得腹肌，将每个地域解剖获得的6个腹肌以及剩下的6整只小龙虾进行干燥至恒重，再分别进行消化溶解检测得到的该地域的各个重金属干重浓度，需将检测得到的各个地域对应的各个重金属干重浓度导入相应的数据在EXCEL表格中，根据MATLAB GUI的程序来读取EXCEL表中的数据来以图形的形式呈现出根据不同地域的小龙虾中的重金属干重浓度的平均值(公式1)和标准差(公式2)，根据公式1和公式2求变异系数(公式3)：

X＝nanmean(Ci) 公式1

其中：X为地域对应的重金属干重浓度的平均值，Ci为同一地域测量获得的各个重金属干重浓度，nanmean为求平均函数；

S＝std(Ci) 公式2

其中：S为地域对应的重金属干重浓度的标准差，Ci为同一地域测量获得的各个重金属干重浓度，std为求标准差函数。

CV＝S/X 公式3

其中：CV为地域对应的重金属干重浓度的变异系数，S为地域对应的重金属干重浓度的标准差，X为地域对应的重金属干重浓度的平均值，

上述小龙虾中重金属干重浓度的标准差为同一地域的小龙虾的重金属的理化指标。经标准化计算后就能将任何一个测定的小龙虾中重金属干重浓度转化为无量纲化数据。

步骤4、小龙虾中重金属的每日摄入量计算：

根据小龙虾中重金属干重浓度和小龙虾的日消费量，9种重金属的每日估计摄入量(EDI)按以下公式计算(公式4):

EDI＝(X×FIR)/BW 公式4

其中：X为地域对应的重金属干重浓度的平均值(mg/kg，干重)；FIR是摄食率，摄食率为人均每日消费小龙虾重量，可选择0.0555kg/(人*天)；BW是体重，成人平均体重为70kg，儿童平均体重为16kg。此外，每日估计摄入量EDI值与食品和营养委员会(2004年)和粮农组织/世界卫组织食品添加剂联合专家委员会(2015年)建议的相应临时每日摄入量(PTDI)进行了比较。

每个地域的每种重金属都按照上述公式1-4单独计算。

步骤5、计算重金属对应的目标危险系数：

目标危险系数(THQ)是一种比较污染物摄入量与标准参考剂量的综合风险指数，常用于重金属的非致癌风险评价。以小龙虾重金属干重浓度和小龙虾的日消费量计算目标危险系数。如果目标危险系数大于等于1，则表明重金属对人体健康构成潜在风险；如果目标危险系数THQ小于1表示风险可以忽略。采用公式5估算目标危险系数THQ：

THQ＝(EF×ED×X×FIR)/(RfD×BW×AT)×10

其中：ED是暴露持续时间(可选择为70年)，EF是暴露频率(可选择为365天/年)；X为地域对应的重金属干重浓度的平均值(mg/kg，干重)；RfD是重金属的安全参考口服剂量(单位为ug/(kg*天)；Cd，1；Pb，4；Cr，1500；Cu，40；Ba，200；Mn，140；As，0.3；Ni，20)；AT是平均暴露时间(365天/年×暴露年数)，其余变量在公式4已说明。当目标危险系数THQ超过1时，已观察到不良健康影响。

步骤6、根据重金属对应的目标危险系数对危险指数进行计算：

为了评估由多种物质和/或多种暴露途径造成的总体非致癌风险，危险指数(HI)计算(公式6)：

HI＝THQ

其中：THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

HI值<1表示接触者不太可能遭受不良健康影响，而HI值>1表示可能发生不良健康影响。

步骤7、计算重金属As、Cd、Pb、Cr和Hg对应的癌症风险：

暴露于重金属的终生癌症风险CR定义为基于癌症斜率因子(CSF)的个体发生癌症的增加概率。使用公式7来计算重金属As、Cd、Cr、Hg、Pb对应的终生癌症风险CR：

CR＝(EF×ED×X×FIR)/(BW×AT)×CSF×10

其中：CSF代表致癌斜率因子。As、Cd、Pb、Cr和Hg对应的CSF值分别为1.5、6.3、0.0085、0.5和8.5×10

本发明于现有技术相比，具有以下优点和有益效果：

1、通过标准化无量纲化计算小龙虾中重金属干重浓度的标准差，在进行水产品重金属风险评估的时候，需要计算一些固定而繁琐的公式，然而这就需要人为来进行繁琐的计算，当需要计算的重金属种类越多时，计算出错率越高。

2、评估效率高，实用于针对人们食用小龙虾后对重金属的每日摄入量、目标危险系数和终生癌症风险来经行风险等级评估，可以利用湖北省的不同地域环境小龙虾中重金属含量来预测地域重金属之间的相关性和重金属的来源。

3、本方法可以适用于扩大物种评估范围，比如淡水鱼等水产品；为小龙虾养殖户提供了知道和消费者更多的物种选择；

4、本发明以湖北省长江流域附近(河段)养殖的小龙虾为基础调查背景，可广泛用于鱼类、蟹类等各种淡水类产品进行危害物筛选和地域的危害物之间的内在联系。

附图说明

图1为小龙虾中重金属变量与样本的皮尔逊相关分析示意图。图1用于判断各地区的重金属的相关性，主要是针对小龙虾中重金属来做的分析。相关系数由颜色的强度表示，由色阶表示，右侧表示色阶；

图2为主成分分析(PCA)示意图，主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)，是一种统计方法。通过正交变换将一组可能存在相关性的变量转换为一组线性不相关的变量，转换后的这组变量叫主成分，用PC1(选取的第一个线性组合，即第一个综合指标)的方差来表达，即PC1的百分比越大，表示PC1包含的信息越多。因此在所有的线性组合中选取的PC1应该是方差最大的，故称PC1为第一主成分,如果第一主成分不足以代表原来多个指标的信息(十个地区的小龙虾中的9种重金属的信息)，再考虑选取PC2即选第二个线性组合，为了有效地反映原来信息。横坐标表示主成分析中的第一主成分所占的百分数，纵坐标表示第二主成分所占的百分数对十个地区的小龙虾中的重金属的识别效果。

图3为湖北长江流域小龙虾主成分分析中PC1和PC2的得分。六角代表仙桃、鄂州、潜江、孝感(长江下游选定)的小龙虾样品，钻石代表随州和洪湖(长江上游选定的小龙虾样品)，圆圈代表沙市、恩施(长江中上游选定)的小龙虾样品，三角代表江夏、嘉鱼(长江中下游选定)的小龙虾样品；

图4为食用小龙虾腹肌重金属的成人危险指数示意图；

图5为食用小龙虾腹肌重金属的儿童危险指数示意图；

图6为成人消费者对小龙虾腹肌重金属致癌风险的研究示意图；

图7为儿童消费者对小龙虾腹肌重金属致癌风险的研究示意图。

具体实施方式

下面申请人将结合湖北省长江流域(河段)实例对发明方法做出进一步的详细说明，目的在于使本领域技术人员对本发明方法有更详尽的理解和认识，以下实例不应该在任何程度上被理解为对本发明请求保护范围的限制。

实施例1：

一种人体摄入不同地域小龙虾内重金属的危害评估方法，其步骤是：

步骤1、选取目标地域；

以湖北省长江流域周边的虾-稻养殖模式为选样(小龙虾)地点进行筛选。目标地域包括仙桃、鄂州、随州、洪湖、江夏、嘉鱼、潜江、孝感、沙市和恩施。

步骤2、确定重金属理化指标，包括砷、钡、镉、铬、铜、汞、锰、镍和铅含量；

根据养殖模式的小龙虾的基本特征，筛选出需要调查的小龙虾中危害物理化指标，最终确定为调查重金属砷、钡、镉、铬、铜、汞、锰、镍和铅含量这9个指标。

步骤3、对不同地域的小龙虾进行采集，计算地域对应的重金属干重浓度的平均值、标准差和变异系数；

2020年9月15日-2021年4月25日，在长江流域(含直流段)十座城市采用传统方法对稻-虾养殖模式的养殖池塘的四周和中心随机取样调查。记录各地区采样地理位置，按照国家行业技术标准对采集来的小龙虾进行重金属理化指标检测。调查的小龙虾样本总数为120个，每个地域12只小龙虾，从每个池塘收集了12只不同大小的小龙虾。用水冲洗后，记录小龙虾的重量。每个地域的同一个池塘收集12只不同大小的小龙虾。用水冲洗后，记录小龙虾的重量。对于每个地域，随机抽取6只小龙虾解剖，获得腹肌，将每个地域解剖获得的6个腹肌以及剩下的6整只小龙虾进行干燥至恒重，再分别进行消化溶解检测得到的该地域的各个重金属干重浓度，

表1为湖北省不同地域小龙虾(整只)重金属含量的平均值(mg/kg)

表2为湖北省不同地域小龙虾腹肌重金属含量的平均值(mg/kg)

将检测得到的各个地域对应的各个重金属干重浓度导入相应的数据在EXCEL表格中，根据MATLAB GUI的程序来读取EXCEL表中的数据来以图形的形式呈现出根据不同地域的小龙虾中的重金属干重浓度的平均值(公式1)和标准差(公式2)，根据公式1和公式2求变异系数(公式3)：

X＝nanmean(Ci) 公式1

其中：X为地域对应的重金属干重浓度的平均值，Ci为同一地域测量获得的各个重金属干重浓度，nanmean为求平均函数；

S＝std(Ci) 公式2

其中：S为地域对应的重金属干重浓度的标准差，Ci为同一地域测量获得的各个重金属干重浓度，std为求标准差函数。

CV＝S/X 公式3

其中：CV为地域对应的重金属干重浓度的变异系数，S为地域对应的重金属干重浓度的标准差，X为地域对应的重金属干重浓度的平均值，

上述小龙虾中重金属干重浓度的标准差为同一地域的小龙虾的重金属的理化指标。经标准化计算后就能将任何一个测定的小龙虾中重金属干重浓度转化为无量纲化数据。

表3为湖北省不同地域小龙虾重金属含量的标准差和变异系数

表4为湖北省不同地域小龙虾腹部肌肉组织重金属含量的标准差和变异系数

步骤4、小龙虾中重金属的每日摄入量计算：

根据小龙虾中重金属干重浓度和小龙虾的日消费量，9种重金属的每日估计摄入量(EDI)按以下公式计算(公式4):

EDI＝(X×FIR)/BW 公式4

其中：X为地域对应的重金属干重浓度的平均值(mg/kg，干重)；FIR是摄食率，摄食率为人均每日消费小龙虾重量，可选择0.0555kg/(人*天)；BW是体重，成人平均体重为70kg，儿童平均体重为16kg。此外，每日估计摄入量EDI值与食品和营养委员会(2004年)和粮农组织/世界卫组织食品添加剂联合专家委员会(2015年)建议的相应临时每日摄入量(PTDI)进行了比较。

每个地域的每种重金属都按照上述公式1-4单独计算。

步骤5、计算重金属对应的目标危险系数：

目标危险系数(THQ)是一种比较污染物摄入量与标准参考剂量的综合风险指数，常用于重金属的非致癌风险评价。以小龙虾重金属干重浓度和小龙虾的日消费量计算目标危险系数。如果目标危险系数大于等于1，则表明重金属对人体健康构成潜在风险；如果目标危险系数THQ小于1表示风险可以忽略。采用公式5估算目标危险系数THQ：

THQ＝(EF×ED×X×FIR)/(RfD×BW×AT)×10-

其中：ED是暴露持续时间(可选择为70年)，EF是暴露频率(可选择为365天/年)；X为地域对应的重金属干重浓度的平均值(mg/kg，干重)；RfD是重金属的安全参考口服剂量(单位为ug/(kg*天)；Cd，1；Pb，4；Cr，1500；Cu，40；Ba，200；Mn，140；As，0.3；Ni，20)；AT是平均暴露时间(365天/年×暴露年数)，其余变量在公式4已说明。当目标危险系数THQ超过1时，已观察到不良健康影响。

步骤6、根据重金属对应的目标危险系数对危险指数进行计算：

为了评估由多种物质和/或多种暴露途径造成的总体非致癌风险，危险指数(HI)计算(公式6)：

HI＝THQ

其中：THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

THQ

HI值<1表示接触者不太可能遭受不良健康影响，而HI值>1表示可能发生不良健康影响。

步骤7、计算重金属As、Cd、Pb、Cr和Hg对应的癌症风险：

暴露于重金属的终生癌症风险CR定义为基于癌症斜率因子(CSF)的个体发生癌症的增加概率。使用公式7来计算重金属As、Cd、Cr、Hg、Pb对应的终生癌症风险CR：

CR＝(EF×ED×X×FIR)/(BW×AT)×CSF×10

其中：CSF代表致癌斜率因子。As、Cd、Pb、Cr和Hg对应的CSF值分别为1.5、6.3、0.0085、0.5和8.5×10

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。