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水稻重金属阻隔食品风险及人体健康风险分析

2023-11-28
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水稻重金属阻隔食品风险及人体健康风险分析

食品问题已引起人们的广泛关注,特别是日常消费的大宗主食食品。大米是我国居民的重要主食,其食品风险和人体健康风险尤被重视。近年来,环境污染日益加剧,重金属污染“问题大米”已引起关注,尤其是Cd和As。Chen等[75]对湖南湘潭地区200份水稻样品分析结果发现,居民饮食Cd月均允许摄入量为66.5–116 µg/kg体重(BW),其中儿童(4–11岁)的摄入量高,是世卫组织食品添加剂专家委员会建议食用量(25 µg/kg BW)[76]的2.7–4.6倍,膳食Cd摄入量的危险系数中值是允许摄入量的2.4倍,对人体健康具有潜在风险。Hensawang等[77]研究发现,水稻As非致癌风险(危害熵HQ)>阈值1,其中2.1–4.9岁儿童的非致癌风险明显高于其他年龄组。此外,Al–Saleh等[78]研究发现,虽浸泡、漂洗能一定程度上减少大米重金属含量,但无论浸泡、漂洗还是未浸泡处理,大米As的致癌风险超过10−4(人类一生中患癌症的几率为1:10000)[29]。因此,长期食用重金属污染大米,可能对人类,特别是弱势群体(孕妇、儿童、老年人、病人等)造成潜在的人体健康风险[29]。

水稻重金属阻隔

水稻重金属阻隔可用于评估其人体健康风险,但只有能被人体吸收部分的重金属可给人体带来健康损伤,所以重金属总量难以准确反映人体可吸收部分重金属的量,因此,基于重金属总量的评价结果易高估其人体健康风险。环境污染物在胃肠道微生物作用下,通过代谢反应过程,产生更易生物富集、毒性更大的代谢产物。小肠是物质吸收的主要场所,进而进入肝脏并最终进入体内循环,但只有胃肠系统溶出的重金属才可被小肠吸收而进入血液。因此,为评估污染物对人体造成损害的可能性及其损害程度,常采用人体健康风险来描述人体暴露污染物后,出现不良健康效应的概率。而生物有效性(Bioavailability)是污染物人体健康风险的常用评估指标[79],可快速筛选、甄别具有潜在危害的污染物,该方法已应用于土壤和食物Pb、As、Cd等重金属的人体健康风险评估[80]。


生物有效性分析常分为体内(in vivo)和体外(in vitro)两种方法。体内方法则利用人体指标或模式动物活体,分析污染物的生物有效性。前期关于人体的研究通过测定摄入重金属污染大米后,血液、尿液或粪便中重金属总浓度及其代谢产物中的含量以评估其风险[81]。如Zhao等[82]对以大米为主食的119名非吸烟者尿液中Cd的测定值与基于稳态小鼠动力学模型大米中Cd相对生物利用度(Relative Bioavailability,RBA)的预测值进行比较,发现尿液中Cd平均值为1.08µg/g肌酐,相较小麦(19.9%)和蔬菜(8.4%),大米是主要Cd贡献源(71.1%)。后期动物模型的使用,可更为快速方便地分析重金属污染大米对神经、肾脏、生殖等的不利影响。如Hosen等[83]给Wistar大鼠喂食As含量为46.3±0.01mg/kg的米粉150 d后发现,含As米粉喂食引起血液参数和血清指标异常,且导致HGB、红细胞总量显著减少。Li等[84]则建立了一种稳态小鼠模型,测定大米中As相对生物利用度,发现不同As形态表现出不同的剂量反应,尿排泄因子DMAV(0.46)< Asi(0.63–0.69),表明与Asi相比,有机As吸收较低。虽然大鼠和人体重金属代谢存在差异,但通过对动物器官重金属浓度及形态分析,可初步评估大米重金属的人体健康风险,为进一步研究重金属的人体慢性毒性效应(如长期食用污染大米对发育、神经的影响等)提供基础数据和信息。


体外方法利用人体胃肠模拟系统(in vitro Human Gastrointestinal Simulation System,ivHGSS),基于人体胃肠道生理机能,模拟食物消化过程和行为,常用于生物活体的替代试验研究,具有简单、快捷,且可避免伦理问题的优势[85]。LAIRD等[86]在模拟人体胃肠微生物菌群条件下,利用半连续稳态胃肠模拟系统研究了泰国4个污染大米中重金属的胃肠消化过程,结果表明,小肠部位2–20%、结肠部位4–70%重金属可被生物转化,结肠微生物可增加重金属的生物利用率。Yeung等[87]采用in vitro试验研究大米布丁、麦片等食品中Fe的生物有效性,研究发现,添加葡萄干使大米布丁膳食中的铁含量增加>20%,对麦片则没有影响。


重金属在人体消化过程中影响因素诸多,包括营养特性、胃肠道微生物、纤维素、金属种类、形态和食品加工方法等[88-89]。在众多胃肠模拟研究中,口腔(模拟唾液)消化过程易被忽略,将影响对食物中重金属生物有效性的评估。例如,忽略口腔消化过程后,大米中Cd、As的生物有效性被高估[89]。此外,不同研究方法模拟液与反应条件的差异,亦会导致研究结果的不同,如动态体外消化过程具有简单、快速、低成本的优点,但该过程只模拟胃阶段的消化反应;由于生物原理提取实验(physiologically-based extraction test,PBET)对Pb的生物可给性提取与动物实验结果吻合度较好,因此得到广泛运用;而酶消化实验在胃蛋白酶的基础上增加了胰酶反应过程,是一种简单和低成本的体外消化过程;Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu(RIVM)消化方法则模拟口腔、胃相和肠相的消化过程,能更准确地预测重金属在人体内的吸收转运或生物利用度。体外胃肠液模拟方法更注重体内消化液对重金属的消化吸收,不同模拟方法中反应体系pH存在差异,关于其对胃肠道微生物作用的影响研究较少。因此,应加强反应体系环境的统一以及肠道微生物对体外胃肠液模拟评估污染物生物有效性影响的深入研究,以提高评估方法的准确性。


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