李俊嶺,張東平,余應(yīng)新*,韓姝媛,吳明紅,盛國(guó)英,2,傅家謨,2 (.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,環(huán)境污染與健康研究所,上海 200444；2.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州50640；.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海射線應(yīng)用研究所,上海 200444)

動(dòng)物性食品中PCBs的生物有效性及人體日暴露評(píng)估

李俊嶺1,張東平1,余應(yīng)新1*,韓姝媛1,吳明紅3,盛國(guó)英1,2,傅家謨1,2(1.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,環(huán)境污染與健康研究所,上海 200444；2.中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所,有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州510640；3.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院,上海射線應(yīng)用研究所,上海 200444)

通過(guò)測(cè)定上海市售動(dòng)物性食品中PCBs的濃度和生物有效性,評(píng)估該地區(qū)PCBs的人體日暴露量.結(jié)果表明,不同種類(lèi)食品中PCBs的濃度在未檢出～3734.3pg/g(濕重)之間,3～6氯PCBs為主要同系物.魚(yú)類(lèi)中PCBs濃度高于畜類(lèi)、禽類(lèi)和軟體類(lèi).魚(yú)類(lèi)PCBs的濃度水平遵循以下兩規(guī)律:海水魚(yú)＞淡水魚(yú);肉食性魚(yú)＞雜食性魚(yú)＞草食性魚(yú).采用模擬人體胃腸消化過(guò)程測(cè)得 PCBs的生物有效性,由于食品中脂肪含量與PCBs的生物有效性具有顯著的線性關(guān)系,故可用于計(jì)算樣品中 PCBs的生物有效性.該地區(qū)居民每天通過(guò)動(dòng)物性食品攝入的 PCBs量為24439.3pg/d,以PCBs的生物有效性計(jì)量為5034.5pg/d.對(duì)不同暴露源(包括灰塵和大氣顆粒物)的分析表明,魚(yú)類(lèi)是PCBs人體暴露的主要貢獻(xiàn)者,約占人體PCBs日暴露的60%.

多氯聯(lián)苯；動(dòng)物性食品；模擬胃腸道；生物有效性；日暴露

多氯聯(lián)苯(PCBs)是一組由一個(gè)或多個(gè)氯原子取代聯(lián)苯分子中的氫原子而形成的氯代芳烴類(lèi)化合物,被廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、塑料加工業(yè)、化工和印刷等領(lǐng)域.由于 PCBs具有持久性有機(jī)污染物(POPs)的特點(diǎn)并對(duì)環(huán)境及人類(lèi)造成危害,20世紀(jì)70年代末已經(jīng)在全球禁止使用.但由于其在環(huán)境中難以降解以及遠(yuǎn)距離遷移,目前在環(huán)境中仍然被檢測(cè)出[1].

PCBs暴露于普通人群的途徑主要是通過(guò)口腔攝入,因此食品是人體 PCBs暴露的主要源之一.PCBs屬于親脂性化合物,因此,動(dòng)物性食品扮演著重要角色[2-3].據(jù)報(bào)道[4-9],口腔攝入的污染物并非全部被人體吸收,只有從介質(zhì)釋放到腸道消化液部分的污染物才能被吸收,通?？梢圆捎皿w外實(shí)驗(yàn)?zāi)M受污染的介質(zhì)在人體胃腸中消化,測(cè)定其溶出率,這被認(rèn)為是該污染物可以被人體吸收的最大效率,通常用生物有效性表示,也有學(xué)者稱(chēng)為生物可給性或生物可利用性.

本課題組前期的研究發(fā)現(xiàn)[10],動(dòng)物性食品中PCBs的生物有效性與脂肪含量具有線性關(guān)系.如果通過(guò)這一關(guān)系,動(dòng)物性食品中 PCBs的生物有效性有可能直接通過(guò)脂肪含量進(jìn)行計(jì)算得到,從而免去對(duì)所有樣品進(jìn)行直接測(cè)定.但是由于該實(shí)驗(yàn)樣品中脂肪含量范圍窄,沒(méi)有高脂肪含量的數(shù)據(jù),難以用于較高脂肪含量樣品中 PCBs生物有效性的計(jì)算,為此,本實(shí)驗(yàn)選擇更寬的脂肪含量(從0.6%到16.7%,濕重)的樣品,測(cè)定脂肪含量對(duì)PCBs生物有效性的影響,以期確定食品中脂肪含量是否可以用于直接計(jì)算PCBs的生物有效性.其次,在前期研究的基礎(chǔ)上,增大樣品量的采集,評(píng)估上海地區(qū)市售動(dòng)物性食品中PCBs的暴露水平,使數(shù)據(jù)更加具有統(tǒng)計(jì)意義;此外,評(píng)估不同暴露源對(duì)人體PCBs日暴露的相對(duì)貢獻(xiàn).

1 材料與方法

1.1 樣品采集與制備

自2008年9月～2009年6月,從上海市10個(gè)不同的行政區(qū)采集肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)和軟體類(lèi)樣品.樣品種類(lèi)包括畜類(lèi)(豬肉(瘦肉)和牛肉),禽類(lèi)(雞肉和鴨肉),魚(yú)類(lèi)(其中淡水魚(yú)為草魚(yú)、鯽魚(yú)、鳙魚(yú)、黑魚(yú)、鱸魚(yú)、鳊魚(yú)、桂魚(yú),海水魚(yú)為大黃魚(yú)、帶魚(yú)、鰣魚(yú))、軟體類(lèi)(南美白蝦、蛤蜊、螺螄)共17種,其中豬肉、牛肉、雞肉和鴨肉樣品均為 4個(gè),草魚(yú)和鯽魚(yú)各5個(gè),鰣魚(yú)9個(gè),其他均為10個(gè),共計(jì)135個(gè)樣品.在這些魚(yú)樣中,草魚(yú)和鳊魚(yú)為草食性魚(yú),鯽魚(yú)、鳙魚(yú)和鰣魚(yú)為雜食性魚(yú),黑魚(yú)、鱸魚(yú)、桂魚(yú),大黃魚(yú)和帶魚(yú)為肉食性魚(yú).樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后,用自來(lái)水沖洗干凈,然后再用去離子水清洗,接著將畜類(lèi)和禽類(lèi)樣品中的瘦肉部分、魚(yú)類(lèi)(去皮的可食用部分)用不銹鋼刀割下,切成小塊;蛤蜊和螺螄均去除外殼,蝦去殼去頭.樣品用攪拌器攪碎后冷凍干燥恒重,磨成細(xì)粉后于-18℃保存待分析.

由于樣品中PCBs具有生物有效部分僅占樣品中PCBs很小的一部分[10-11],常用的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)的檢測(cè)限有限.因此采用加標(biāo)的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn).向含有2～3mL二氯甲烷的棕色培養(yǎng)瓶中定量加入 PCBs混合標(biāo)樣,然后加入食物樣品,充分混合之后用微弱的氮?dú)饬魇苟燃淄閾]發(fā),制成受PCBs污染的食物樣品.

1.2 PCBs濃度測(cè)定

稱(chēng)取 8g樣品,加入回收率指示物13CPCB141和PCB209,用250mL正己烷/丙酮(體積比為 1:1)混合溶劑索氏抽提 72h.取出 75%的抽提液用于 PCBs的濃度測(cè)定,剩余部分采用重量差法測(cè)定脂肪含量.將75%的抽提液濃縮到1mL,上樣到凝膠滲透色譜(GPC,填料為200～400目的S-X3生物珠),用115mL正己烷/二氯甲烷 (體積比為1:1)淋洗去除脂肪,后收集115～280mL組分.收集的組分濃縮到 0.5mL后,用酸/堿性硅膠-氧化鋁復(fù)合層析柱凈化.用70mL的正己烷/二氯甲烷 (體積比為 1:1)混合溶劑淋洗并收集,該組分加內(nèi)標(biāo)13C-PCB208后濃縮轉(zhuǎn)移到2mL的棕色樣品瓶,用微弱的氮?dú)獯蹈珊蠖ㄈ葜?00μL,樣品放于4℃待分析.

1.3 PCBs生物有效性測(cè)定

稱(chēng)取0.2g制備的受PCBs污染的樣品于培養(yǎng)瓶中,向其中加入 12mL含營(yíng)養(yǎng)液和胃蛋白酶的模擬胃液,37℃下厭氧避光消化 2h;然后再加入6mL含有胰液和膽汁的小腸模擬液,相同條件下繼續(xù)消化 6h.消化結(jié)束后取出消化混合液在7000g離心10min,上清液過(guò)0.45μm膜,加入丙酮后用正己烷/二氯甲烷(體積比為 1:3)萃取[12].萃取液濃縮至 1 mL加入正己烷后用濃硫酸處理,有機(jī)相用酸/堿性硅膠-氧化鋁復(fù)合層析柱凈化,過(guò)程見(jiàn)1.2部分.樣品最后于4℃保存待分析.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)樣品中脂肪含量高于 9.6% (濕重)時(shí),在樣品離心時(shí)有部分未被消化的脂肪殘留在離心管液面處,由于在人體中,當(dāng)腸道中油脂類(lèi)物質(zhì)增多時(shí),人體將分泌更多的膽汁進(jìn)入腸道,此外,親脂類(lèi)物質(zhì)易通過(guò)與脂類(lèi)結(jié)合被腸道吸收.對(duì)于這類(lèi)樣品,添加了如下實(shí)驗(yàn)過(guò)程:仔細(xì)地用丙酮收集該殘留的脂肪,一并加入到上清液中,然后進(jìn)行后續(xù)的實(shí)驗(yàn).

1.4 儀器分析

PCBs的濃度測(cè)定在電子沖擊離子源(EI)6890N-5975 GC/MS(Agilent)上完成.進(jìn)樣口和離子源溫度分別為 280和 230℃,采用選擇離子模式(SIM),選擇離子為分子離子.色譜柱為DB-5MS(60m×0.25mm×0.25μm, J &W Scientific, USA),以高純氦氣為載氣(1.0mL/min),反應(yīng)氣柱流速為60 mL/min,升溫程序:110 ℃保留1 min后以10℃/min升至200 ℃,以1℃/min升至250℃,再以8℃/min升至290℃,保留10min.手動(dòng)1μL無(wú)分流進(jìn)樣.

1.5 質(zhì)量控制與質(zhì)量保證

在進(jìn)行樣品分析的同時(shí),進(jìn)行方法空白及樣品平行樣分析,每6個(gè)樣品做1個(gè)空白,每20個(gè)樣品做1個(gè)重復(fù)樣品.基質(zhì)加標(biāo)樣品6個(gè).采用7種質(zhì)量濃度的混合標(biāo)樣(2～100μg/L)用內(nèi)標(biāo)法繪制工作曲線,除個(gè)別化合物外,校正曲線的相關(guān)系數(shù)均＞0.99,所檢測(cè)的PCBs同系物單體有CB19,18, 16,25,28,22,44,71,67,74,66,56,99,87,110,82,147,1 46,153,179,138,187,174,177,173,180,199,203,195, 194,和 206共 31種單體.回收率指示物13CPCB141和PCB209的回收率都在70%～120%之間,3個(gè)平行樣品分析相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)＜15.0%,均符合樣品分析要求.采用 5倍信噪比濃度的標(biāo)樣,平行分析6次取其標(biāo)準(zhǔn)偏差S,以3.36S為儀器檢出限(IDL).采用該方法,PCBs的儀器檢出限為0.4～3.0pg.根據(jù)儀器檢出限,以6 g干燥樣品(以樣品的含水率為 80%計(jì))處理后定容體積為 100μL為基準(zhǔn),以上化合物的方法檢出限(MDL)為 1.3～10.0pg/g(濕重).所有生物有效性實(shí)驗(yàn)都重復(fù)3次.

1.6 數(shù)據(jù)分析

生物有效性的測(cè)定均采用加標(biāo)樣品和非加標(biāo)樣品同時(shí)進(jìn)行.根據(jù)文獻(xiàn)[13],在人體胃腸環(huán)境條件下 PCB單體的生物有效性(Ba%)的計(jì)算式為:

式中:m加標(biāo)x和m未加標(biāo)x(pg)分別為加標(biāo)樣品和未加標(biāo)樣品在消化液中釋放的PCB單體質(zhì)量;m總x(pg)為加入到食品中的PCB單體質(zhì)量.

食品中PCB單體通過(guò)口腔攝入人體的暴露可以通過(guò)式(2)進(jìn)行計(jì)算:

式中:ADI為PCB的平均日攝入量, pg/d;C為食品中PCB的濃度, pg/g; m為食品人均日攝入量, g/d; I為PCB在腸道中的吸收率,以PCB的生物有效性進(jìn)行計(jì)算.其中C·I項(xiàng)為生物有效濃度,即意味著樣品中具有生物有效作用 PCB單體的濃度.

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用 SPSS 11.5軟件進(jìn)行,作圖采用 Excell軟件進(jìn)行.2個(gè)變量之間的關(guān)系采用線性回歸分析,當(dāng)P＜0.05(即95%的置信度)則認(rèn)為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義.

2 結(jié)果與討論

本課題組前期(2008年 9～10月)的實(shí)驗(yàn)中,采集了上海市33個(gè)動(dòng)物樣品,包括豬肉(5個(gè))、牛肉(6個(gè))、雞肉(6個(gè))、鴨肉(6個(gè))、草魚(yú)(5個(gè))和鯽魚(yú)(5個(gè)),對(duì)其中PCBs的暴露進(jìn)行了初步研究[10].本次實(shí)驗(yàn)還采集了其他 11種魚(yú)類(lèi)和軟體類(lèi)食品共計(jì)135個(gè).為了使討論更加具有統(tǒng)計(jì)意義,將前期的33個(gè)樣品也納入討論.所以,以下的討論包括前期的33個(gè)樣品,即共計(jì)168個(gè)樣品.

2.1 PCBs的濃度水平

在所有樣品中,有 165個(gè)樣品檢測(cè)到 PCBs (下文中PCBs濃度指31個(gè)PCB單體濃度的總和),其檢出率達(dá)到98.2%,表明雖然目前國(guó)家已經(jīng)禁止生產(chǎn)和使用PCBs,但是,由于PCBs的典型持久性特性,在環(huán)境中難以降解,目前仍然廣泛存在于環(huán)境介質(zhì)中,并通過(guò)生物體累積.研究結(jié)果如表 1,這些食品中 PCBs的濃度從低于檢測(cè)限到3734.3pg/g,這一最高濃度在大黃魚(yú)樣品中檢測(cè)到.在這些不同種類(lèi)的食品中,大黃魚(yú)中PCBs的濃度最高,平均為 1502.3pg/g(323.3～3734.3pg/g),中值為 1489.1pg/g;桂魚(yú)(平均為 696.4pg/g)次之.濃度最低的為雞肉,平均為 31.0pg/g(6.8～70.3pg/g),中值為32.3pg/g;豬肉(平均為34.3pg/g)次之.本研究中,魚(yú)類(lèi)樣品與中國(guó)其他省市的研究結(jié)果基本上處于同一數(shù)量級(jí)[3,14],但遠(yuǎn)低于歐美市場(chǎng)樣品[15-16].這表明,目前我國(guó)PCBs的整體殘留水平較低.

表1 不同食品中PCBs的濃度(pg/g)Table 1 Concentrations of PCBs in the different types of foods (pg/g)

在這些樣品中,生物種類(lèi)及生物生活習(xí)性對(duì)PCBs的濃度具有重要影響.表2綜合展示了不同類(lèi)別的樣品中PCBs的濃度水平,其順序?yàn)?海水魚(yú)類(lèi)＞淡水魚(yú)類(lèi)＞(禽類(lèi)、軟體類(lèi)、畜類(lèi)).在這些樣品中,其脂肪含量分別為 6.5%,2.3%和 1.0%～2.0%.由于環(huán)境中 PCBs易通過(guò)生物體富積并在脂肪組織中蓄積,從而導(dǎo)致高脂肪含量的生物體中PCBs濃度高.如圖1所示,樣品中PCBs含量與樣品中的脂肪含量呈現(xiàn)顯著正相關(guān).對(duì)于不同食性的魚(yú)類(lèi),PCBs的濃度順序?yàn)?肉食性＞雜食性＞草食性(表 2),這是由于當(dāng)親脂類(lèi)物質(zhì)辛醇水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值 logKOW＞5時(shí),該物質(zhì)易通過(guò)食物鏈放大,且 logKOW越大,該物質(zhì)越易被放大[17].本研究中,PCBs的logKOW均＞5,因此,可以通過(guò)生物放大,在食物鏈高端的魚(yú)類(lèi)(如肉食性魚(yú)類(lèi))中 PCBs濃度含量高.

表2 不同種類(lèi)食品及不同食性魚(yú)類(lèi)中PCBs的濃度(pg/g)Table 2 Concentrations of PCBs in the different type of foods and fish with different habits (pg/g)

圖1 PCBs濃度與脂肪含量關(guān)系Fig.1 Relationship between the concentrations of PCBs and fat contents

2.2 PCBs同系物分布特征

不同氯原子取代的PCBs具有不同的物理化學(xué)性質(zhì).對(duì)樣品中 PCBs同系物的組成分析從一定程度上可以了解其來(lái)源.

在所有樣品中PCBs同系物主要以PCB153、PCB28、PCB138、PCB180和PCB18為主.PCBs同系物的分布特征如圖 2所示,其中 3氯包括CB19,18,16,25,28,22;4氯包括CB44,71, 67,74,66, 56;5氯包括CB99,87,110,82;6氯包括CB147,146, 153,138;7氯包括CB179,187,174, 177,173,180;8氯包括CB199,203,195,194;9氯為CB206.在這些樣品中,無(wú)論是畜類(lèi)、禽類(lèi)還是魚(yú)類(lèi)和軟體類(lèi)樣品,3～6氯PCBs占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其含量從67.9%(牛肉)到 93.2%(草魚(yú)).這可能反映了其工業(yè)來(lái)源,如常見(jiàn)的工業(yè)品 Aroclor1232、Aroclor1016和Aroclor122其主要成分為 5氯以下的 PCBs; Aroclor1260的主要成分為6-7氯PCBs.但是不同種類(lèi)樣品中同系物的分布又有所區(qū)別,如豬肉和禽類(lèi)樣品中,主要以3～5和3～6氯代PCBs為主,且均高于牛肉樣品;在這些牛肉樣品中7～8氯 PCBs占 29.4%,而豬肉和禽類(lèi)樣品中僅占11.5%～13.6%.這可能與這些動(dòng)物的食物來(lái)源有關(guān),如豬和禽類(lèi)主要為飼料,而牛主要為草料,其食物更易受環(huán)境的影響,如土壤和大氣降塵.由于不同氯代PCBs具有不同的揮發(fā)性,氯原子越多,揮發(fā)性越差,更易在降塵和土壤中吸附,從而導(dǎo)致牛肉中高氯代PCBs占有較大比例.

圖2 不同食品中PCBs同系物的分布特征Fig.2 PCB congener profiles in the different types of foods

對(duì)于魚(yú)類(lèi)樣品,主要以3～6氯代PCBs為主,這與Meng等[3]對(duì)廣東的魚(yú)類(lèi)樣品中PCBs的研究結(jié)果一致,這反映了中國(guó)過(guò)去 PCBs的使用主要以低氯代PCBs為主.進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),不同生活習(xí)性的魚(yú)類(lèi)樣品中PCBs的同系物有一定差別,將魚(yú)分為草食性、雜食性和肉食性魚(yú)時(shí),發(fā)現(xiàn)草食性魚(yú)中3～5氯代PCBs占75.4%,雜食性和肉食性魚(yú)樣中分別為56.8%和54.1%;而6氯代PCBs分別為14.4%、29.8%和28.2%,7氯代PCBs分別為5.5%、9.6%和13.5%.如前所述,本研究中,PCBs的logKOW均高于5,可以通過(guò)食物鏈放大,但是不同氯代 PCBs具有不同的放大能力,PCBs的logKOW越高,其生物放大能力越強(qiáng).此外,高氯代的PCBs比低氯代PCBs在生物體內(nèi)更易于代謝降解,脫氯生成低氯代PCBs,因此當(dāng)PCBs的氯原子數(shù)達(dá)到一定時(shí),其在生物體的凈富積量下降.據(jù)報(bào)道[18],PCBs在生物體中的放大能力與 logKOW呈現(xiàn)拋物線關(guān)系,即中等氯原子取代的 PCBs同系物在生物體中的生物放大能力高于低、高氯代的PCBs同系物,其放大能力6-7氯代PCBs最高.

2.3 PCBs的生物有效性

人體中,物質(zhì)吸收主要發(fā)生在小腸部分,因此,文中只研究 PCBs在小腸中的生物有效性.為了討論脂肪對(duì) PCBs生物有效性的影響,選用了不同種類(lèi)的食品以及不同脂肪含量的食品進(jìn)行研究.由于大黃魚(yú)中脂肪含量高,因此選取了4個(gè)大黃魚(yú)樣品.此外,還選擇了不同脂肪含量的其他魚(yú)類(lèi)和軟體類(lèi)樣品,如鱸魚(yú)、鳊魚(yú)和蛤蜊.利用加標(biāo)樣品,通過(guò)模擬人體胃腸消化測(cè)定的動(dòng)物性食品中PCBs生物有效性結(jié)果如表3所示.

表3 不同脂肪含量食品中PCBs的生物有效性及其與脂肪含量的關(guān)系Table 3 Bioaccessibility of PCBs in foods with different fat contents and their correlations with fat contents

從表 3可以看出,不同脂肪含量的樣品中,PCBs的生物有效性隨樣品中脂肪含量的升高而增大.當(dāng)樣品中的脂肪含量由 0.6%(濕重)升高到16.7%(濕重),其中不同PCBs同系物的平均生物有效性由最低的3%上升到54.9%.結(jié)合前期的研究結(jié)果[10],采用線性擬合(強(qiáng)制過(guò)原點(diǎn))分析脂肪含量和 PCBs生物有效性之間的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)所有PCBs同系物單體與樣品中的脂肪含量均具有顯著的正相關(guān)性(P＜0.05).類(lèi)似的結(jié)果已有文獻(xiàn)報(bào)道,如陸敏等人[12]的研究表明,胡蘿卜中DDT及其衍生物的生物有效性隨著添加食用豆油量的增大而增大.肉類(lèi)食品中多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)的生物有效性與脂肪含量具有顯著的正相關(guān)[13].Adenugba等[19]也發(fā)現(xiàn)了類(lèi)似的趨勢(shì),但是因其只有4個(gè)樣品,并未發(fā)現(xiàn)有顯著正相關(guān)關(guān)系.相同氯原子數(shù)取代 PCBs的生物有效性及線性方程參數(shù)列于表 3,其使用的樣本數(shù)為本實(shí)驗(yàn)測(cè)定的18個(gè)和文獻(xiàn)[10]中的6個(gè),共計(jì)24個(gè)樣本(后面的討論也相同).圖3顯示了31個(gè)PCB同系物平均生物有效性與脂肪含量的關(guān)系.基于PCBs生物有效性與脂肪含量之間的這種強(qiáng)線性關(guān)系,可以利用這種關(guān)系,直接根據(jù)樣品中的脂肪含量計(jì)算PCBs的生物有效性,即:

式中:k為PCB單體生物有效性與脂肪含量關(guān)系曲線的直線斜率, F(%)為樣品中的脂肪含量.

最近,也有少量采用體外實(shí)驗(yàn)測(cè)定食品中PCBs生物有效性的報(bào)道,如Adenugba等[19]測(cè)得鯖和鮭魚(yú)樣品中 PCBs的生物有效性為30%～82%,但Xing等[11]測(cè)定2種淡水魚(yú)(鳙魚(yú)和泥鰍)中PCBs的生物有效性平均值為3%,最大值僅為 7%.這種差異,一方面,可能由于不同研究采用了不同的消化條件(如pH值、消化酶和膽汁濃度、樣品量和消化液體積的比例)所導(dǎo)致.例如,Oomen等[4]對(duì)比了5種不同的體外胃腸模擬實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定重金屬的生物有效性,其結(jié)果表明,由于不同體外實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒捎玫南旱慕M分、pH值、消化時(shí)間的差異,樣品中重金屬的生物有效性不同.另一方面,可能與樣品本身有關(guān).如本研究中,同是鱸魚(yú)樣品,當(dāng)鱸魚(yú)中脂肪含量為0.6%和5.9%時(shí),PCBs的平均生物有效性分別為6.2%和 20%.Yu等[13]報(bào)道,肉類(lèi)食品中脂肪含量與PBDEs的生物有效性之間具有顯著的正相關(guān)性,而蛋白質(zhì)卻對(duì)PBDEs的生物有效性具有顯著的負(fù)影響.由于肉類(lèi)食品主要由水、蛋白質(zhì)和脂肪組成,因此可以預(yù)測(cè),對(duì)于PCBs這類(lèi)與PBDEs結(jié)構(gòu)與性質(zhì)類(lèi)似的疏水性化合物,當(dāng)樣品中脂肪含量升高,蛋白質(zhì)含量下降時(shí),PCBs的生物有效性會(huì)隨之升高.這一預(yù)測(cè)也可以從以下分析得到驗(yàn)證,小腸液中含有對(duì)脂肪具有重要作用的物質(zhì)即膽汁,一方面,膽汁中的膽汁鹽,可以對(duì)脂肪起到乳化作用,形成一種膠束溶入消化液中;另一方面,膽汁中的脂肪酶可以使樣品中的脂肪分解.這兩個(gè)過(guò)程降低了樣品中疏水性化合物的逸度容量(逸度增大)而提高了消化液中該類(lèi)物質(zhì)逸度容量(逸度降低).此外,膽汁為一種表面活性劑類(lèi)物質(zhì),提高了消化液中的表面張力,增加了疏水性物質(zhì)的溶解度,進(jìn)一步提高了該類(lèi)物質(zhì)的逸度容量,從而在樣品和消化液之間形成了一個(gè)逸度梯度,導(dǎo)致樣品中的疏水性物質(zhì)容易從樣品中釋放,直到該類(lèi)物質(zhì)在樣品和消化液中的逸度到達(dá)平衡.由于消化液的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于樣品(消化液:樣品＝90:1),因此當(dāng)消化初始樣品中脂肪含量越高,兩個(gè)體系中PCBs的逸度達(dá)到平衡時(shí),PCBs的釋放程度就越高,即表現(xiàn)為生物有效性越大.

由于不同氯代 PCBs具有不同的疏水性,氯原子越多,疏水性越強(qiáng),因此在相同作用下,在樣品和消化液之間形成的逸度梯度就越大,表現(xiàn)為氯原子數(shù)越多(即logKOW越大),其生物有效性越大;同時(shí),脂肪含量越高,對(duì)這種影響也越大.這一預(yù)測(cè)可以通過(guò)脂肪含量和PCBs的logKOW及其生物有效性之間的關(guān)系得到驗(yàn)證.如圖 4a所示,31種PCB單體的平均生物有效性與logKOW之間具有顯著的正線性關(guān)系(PCB單體也相同),這一結(jié)果與Adenugba等[19]和Xing等[11]的結(jié)果相反.當(dāng)以脂肪為橫坐標(biāo),以PCBs的logKOW及其生物有效性關(guān)系曲線的斜率為縱坐標(biāo),得到圖4b,由圖4b可知,脂肪含量越高,logKOW對(duì)PCBs生物有效性的影響越大.

圖3 PCBs生物有效性與脂肪含量的關(guān)系Fig.3 Relationship between the bioaccessibility of PCBs and fat contents

圖4 PCB生物有效性與logKOW及脂肪的關(guān)系Fig.4 Relationships between the bioaccessibility and logKOW of PCBs or fat contents

2.4 日暴露評(píng)估

目前,對(duì)PCBs的人體暴露評(píng)估常采用PCBs在介質(zhì)(如食品、灰塵)中的濃度乘以人體對(duì)該介質(zhì)的日攝入量,而將污染物的吸收效率認(rèn)為100%.有研究表明[4-9],由于污染物在人體腸道吸收率不會(huì)達(dá)到 100%,這種評(píng)估會(huì)高估污染物的人體暴露,從而高估污染物的人體暴露風(fēng)險(xiǎn).

本研究根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的不同脂肪含量的樣品中PCB單體的生物有效性和脂肪之間的線性關(guān)系,根據(jù)式(3)計(jì)算得到每個(gè)樣品中PCB單體的生物有效性,然后根據(jù)式(2)中,C·I項(xiàng)計(jì)算每個(gè)樣品中 PCB單體的生物有效濃度.最后根據(jù)式(2)計(jì)算上海地區(qū)居民通過(guò)食品攝入的PCBs,即ADI值,同時(shí)也給出不考慮生物有效性(即100%吸收)的 ADI值.結(jié)果如表 4所示.從表 4可知,對(duì)于PCBs通過(guò)這些食品對(duì)人體的日暴露,當(dāng)不考慮生物有效性時(shí),上海地區(qū)居民通過(guò)豬肉、牛肉、雞肉、鴨肉、魚(yú)類(lèi)和軟體類(lèi)食品攝入的PCBs為 1636.4,961.2,619.9,1313.3,18526.2,1382.3 pg/d,當(dāng)考慮PCBs的生物有效性時(shí),PCBs的攝入量分別為 122.5,66.3,35.2,119.9,4632.6,57.9pg/d,這比前期研究結(jié)果稍小[10].可以看出,考慮PCBs的生物有效性后,PCBs的日暴露量下降了75.0%～95.8%.由此可見(jiàn),在進(jìn)行暴露評(píng)估及相關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中,生物有效性所扮演著重要作用.以豬肉和魚(yú)這兩種食用量最大的食品為例,魚(yú)類(lèi)樣品中 PCBs的濃度是豬肉樣品的12.5倍,即等量食用魚(yú)類(lèi)的風(fēng)險(xiǎn)是食用豬肉的12.5倍,但是,當(dāng)考慮PCBs的生物有效性時(shí),魚(yú)類(lèi)樣品中的生物有效性濃度是豬肉樣品的41.9倍,即等量食用魚(yú)類(lèi)的風(fēng)險(xiǎn)是食用豬肉的 40多倍.但是值得注意的是,本實(shí)驗(yàn)使用的模擬方法由于仍然缺乏體內(nèi)消化的許多酶,也未考慮小腸的吸收作用,因此,應(yīng)謹(jǐn)慎使用得到的生物有效性數(shù)據(jù)評(píng)估人體暴露水平.

表4 不同食品及攝入途徑對(duì)人體PCBs的日暴露量Table 4 Human daily intake of PCBs via ingestion of food and dust, and inhalation of air

圖5 不同暴露源對(duì)人體PCBs日暴露貢獻(xiàn)Fig.5 Contributions of PCBs via different sources to human daily intake of PCBs

為了評(píng)估不同暴露源對(duì)人體PCBs暴露的貢 獻(xiàn),引用相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析.需要說(shuō)明的是,課題組曾在上海市采集了100多個(gè)蔬菜及主食(大米和面粉)樣品[20],但是基本沒(méi)有檢測(cè)到PCBs(數(shù)據(jù)未報(bào)道),且目前沒(méi)有上海大氣中氣態(tài)PCBs的濃度報(bào)道,為此本研究?jī)H就動(dòng)物性食品、室內(nèi)外灰塵和大氣中總懸浮顆粒物中的PCBs進(jìn)行比較,結(jié)果見(jiàn)表 4.不同源對(duì) PCBs人體日暴露貢獻(xiàn)如圖5所示.可以看出,無(wú)論是否考慮 PCBs的生物有效性,魚(yú)類(lèi)是這些暴露源中 PCBs的主要貢獻(xiàn)者,其次是室內(nèi)外灰塵,該結(jié)果與文獻(xiàn)[2]結(jié)果類(lèi)似.然而需要指出的是,由于采用的樣品量有限,豬肉樣品都是瘦肉部分,此外,據(jù)報(bào)道,副食品如油脂類(lèi)、乳制品類(lèi)中也含有較高濃度的PCBs[24],文中均沒(méi)有考慮.因此,有必要在此研究的基礎(chǔ)上收集更多的資料,進(jìn)一步研究各種源中PCBs對(duì)該地區(qū)人體暴露的貢獻(xiàn).

3 結(jié)論

3.1 測(cè)定了上海市售動(dòng)物性食品中 PCBs的濃度水平,98.2%的樣品中都檢測(cè)到PCBs.魚(yú)類(lèi)樣品中 PCBs濃度最高,其中大黃魚(yú)由于其脂肪含量高,PCBs濃度最高,平均為 1502.3pg/g,且最高濃度的PCBs也在大黃魚(yú)中檢測(cè)到.雞肉中PCBs的濃度最低,平均為 31.0pg/g.不同魚(yú)類(lèi):海水魚(yú)＞淡水魚(yú);肉食性魚(yú)＞雜食性魚(yú)＞草食性魚(yú).

3.2 模擬食品在人體胃腸中的消化過(guò)程,測(cè)定了PCBs的生物有效性,結(jié)果表明,食品中的脂肪含量與PCBs生物有效性之間具有顯著的線性關(guān)系,可以用于計(jì)算動(dòng)物性食品中 PCBs的生物有效性,免去對(duì)所有樣品中 PCBs生物有效性的測(cè)定.PCBs的生物有效性與其logKOW成正相關(guān),即logKOW越大,PCBs的生物有效性越大.

3.3 該地區(qū)居民通過(guò)食用動(dòng)物性食品攝入的PCBs為24439.3 pg/d,當(dāng)考慮PCBs的生物有效性時(shí)為5034.5 pg/d,因此,不考慮PCBs的生物有效性將高估PCBs的人體暴露.

3.4 魚(yú)類(lèi)是PCBs人體暴露的主要貢獻(xiàn)者,約占PCBs日暴露的60%.

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Concentrations and bioaccessibility of polychlorinated biphenyls in animal-based food collected from markets in Shanghai and assessment of associated human daily intake.

LI Jun-ling1, ZHANG Dong-ping1, YU Ying-xin1*, HAN Shu-yuan1, WU Ming-hong3, SHENG Guo-ying1,2, FU Jia-mo1,2(1.Institute of Environmental Pollution and Health, School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China；2.State Key Laboratory of Organic Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China；3.Shanghai Applied Radiation Institute, School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China). China Environmental Science, 2011,31(6)：1019～1028

The concentrations and bioaccessibility of PCBs in animal-based food collected from markets in Shanghai were determined. The associated human daily intake of PCBs was estimated. The concentrations of PCBs ranged from lower than limit of detection to 3734.3 pg/g (wet weight). Tri- to hexa-CBs were the predominant congeners. The PCB concentrations in fish were higher than those in livestock, poultry or shellfish. The following sequences of PCB concentrations in fish were observed: seawater fish ＞ freshwater fish; carnivorous fish ＞ omnivorous fish ＞ herbivorous fish. The bioaccessibility of PCBs were determined via simulating the digestion process in human gastrointestinal tract. The fat contents in animal-based food had a significantly linear correlation with the bioaccessibility of PCBs. Thus the bioaccessibility of PCBs was able to be calculated from the fat contents. The human daily intake via ingestion of animal-based food was 24439.3 pg/d, however, it was reduced to 5034.5 pg/d when the bioaccessibility of PCBs was added to the calculation. Fish was the major contributor to human exposure to PCBs, accounting for 60% of the total PCBs intake coming from food, dust and particulates in the air.

polychlorinated biphenyls；animal food；simulating human gastrointestinal tract；bioaccessibility；daily intake

X32

A

1000-6923(2011)06-1019-10

2010-10-09

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20807026);國(guó)家“973”項(xiàng)目(2008CB418205);上海市重點(diǎn)學(xué)科項(xiàng)目(S30109)

? 責(zé)任作者, 副研究員, yuyingxin@staff.shu.edu.cn

李俊嶺(1985-),男,河南濮陽(yáng)人,上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院環(huán)境污染與健康研究所碩士研究生,從事持久性有機(jī)污染物對(duì)人體的生物有效性研究.發(fā)表論文3篇.