张隽娴 张惠贤 崔文文 郑 丹 张 仙 彭立军 周有祥 彭西甜

〔湖北省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，农业农村部农产品质量安全风险评估实验室（武汉），农产品营养品质与安全湖北省重点实验室，湖北武汉 430064〕

慈姑（Sagittaria sagittifolia）又名茨菇、茨菰、剪刀草和燕尾草，属泽泻科慈姑属慈姑种单子叶多年生直立水生草本植物（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，2010）。慈姑起源于中国（张德纯，2017），最早著录可见于三国时期魏国张揖所撰《广雅》，距今已有约1 800年历史（罗桂环，2005）。目前，我国慈姑主要分布于长江流域及其以南各省，种植面积每年达2 万 hm2（顾丽，2006）。慈姑富含蛋白质、淀粉、粗纤维、维生素和甜菜碱等营养物质（陈兵 等，2018），是少数磷、钾含量丰富的蔬菜种类之一（刘敬者，2015），同时还具有清热、解毒、消毒、止血等药用功效（李映梅 等，2019），既可炒可炖，又可凉拌，营养丰富，味美松软。慈姑因其独特的口感和良好的保健作用受到了人们的喜爱。

随着城市工业化的不断发展，环境污染问题日益凸显，而重金属是最主要的环境污染物之一，它们普遍存在于土壤、水体和大气中（张惠贤 等，2019）。相比其他环境污染物而言，重金属性质更加稳定，且具有隐蔽性和不可逆性，流动性强，污染危害更严重（韩承华和江解增，2014）。水生植物生长环境的特殊性使得其受到重金属污染的可能性要高于其他作物（吴玉 等，2020）。尤其作为消费者喜爱的水生蔬菜，其在水体和土壤中吸收的重金属能够通过食物链及其富集作用对人体健康造成威胁（薛红琴 等，2012）。

污染物的毒害作用与人体摄入的绝对量有关，国际食品法典委员会（CAC）和世界卫生组织（WHO）的食品风险评估专家利用危害物实际摄入量与安全摄入量之间的数量关系，构建了食品安全指数（index of food safety，IFS），作为食品安全危害物暴露风险的评价方法（徐晓燕 等，2020）。国内学者广泛采用IFS 法对我国食品安全危害物暴露风险进行评价（曾小峰 等，2014；朱凤和李维克，2015；郑丹 等，2022），例如蔬菜中重金属和农药残留等。重金属污染是水生蔬菜食用安全所面临的主要问题。因此，应进一步加强对水生蔬菜重金属污染的研究。国内外对慈姑的研究相对薄弱，且主要集中于种质资源、栽培技术和保鲜加工等（罗桂环，2005；顾丽，2006；陈兵 等，2018），只有部分研究涉及重金属元素污染吸收特征（黄凯丰 等，2009；王君 等，2009；王琳瑀，2020），对慈姑重金属污染缺乏全面系统的调查和整体评估。因此，开展我国生产基地的慈姑中重金属污染状况监测和评价，掌握我国南方主产区慈姑质量安全状况，可以为慈姑产业高质量发展和保障消费者身体健康提供重要的科技支撑。

本试验以2019—2021年连续采集自我国南方4 省（区）慈姑主产区生产基地的175 批次样品为试验材料，通过监测前期调查中检出率较高的7 种重金属含量，采用食品安全指数（IFS）法评价慈姑中重金属对消费者的健康风险，以期为我国水生蔬菜慈姑中重金属污染状况做出合理评估，为消费者安全食用慈姑提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

根据前期调研结果，选择有代表性的慈姑主产区进行抽样调查，包括湖北省、江苏省、浙江省和广西壮族自治区。根据慈姑种植区域和面积，设置采样地点和数量。具体采样方法参照NY/T 2103—2011《蔬菜抽样技术规范》。2019—2021年，在4个省（区）慈姑生产基地共采集175 批次样品，包括江苏109 批次、湖北39 批次、广西22 批次、浙江5 批次。取整个慈姑果实，用自来水洗净泥土后，再用去离子水反复清洗，最后用超纯水冲洗3 次，沥干，放入高速组织捣碎机粉碎混匀，制成匀浆，暂存于-18 ℃冰箱中，待测（张惠贤 等，2019）。

铅、铬、镍、镉、铜、汞、砷单元素标准溶液（1 000 μg·mL-1）购自国家有色金属及电子材料分析测试中心；硝酸（分析纯）购自国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与条件

ME204 电子天平（瑞士Mettler-Toledo 仪器有限公司）；G-400 智能控温电加热器（上海屹尧仪器科技发展有限公司）；TOPEX+型全能型微波化学工作平台（上海屹尧仪器科技发展有限公司）；iCAP-Qc 电感耦合等离子体质谱仪（美国赛默飞世尔科技公司）；AFS-8220 原子荧光光度计（北京吉天仪器有限公司）。

电感耦合等离子体质谱仪分析条件：气体流量14 L·min-1，辅助气体流量1.0 L·min-1，载气流量1.10 L·min-1，射频功率1.55 kW，雾化室温度2.7℃，蠕动泵40 r·min-1。ICP-MS 工作参数为仪器全自动优化条件，满足检测的背景值、灵敏度、精密度等各项参数的要求。

原子荧光光度计分析条件：负高压270 V，总电流30 mA，原子化器温度低温，原子化方式冷原子，载气流量300 mL·min-1，屏蔽气流量800 mL·min-1，读数方式荧光强度，读数时间20 s。

1.3 试验方法

1.3.1 监测项目 根据前期调研结果，选择检出率较高的砷、铅、镉、铬、镍、铜和汞共计7 种重金属作为监测项目。

1.3.2 样品处理 称取解冻4 h 且混匀的慈姑样品0.5 g 于消解罐中，加入5 mL 硝酸，加盖放置过夜后置于微波消解仪中消解，冷却后取出，在电热板上100 ℃加热30 min，用水定容至50 mL，待测。按照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》中电感耦合等离子体质谱法分析铅、铬、镍、镉、铜和砷含量，按照GB 5009.17—2021《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》中原子荧光光度计法测定汞含量。同时进行空白试验，以及平行样测定、有证标准物质验证等质控试验。

在上述前处理及仪器条件下，7 种重金属在慈姑中的定量限、精密度和准确度，以及质控试验结果均满足试验要求。

1.3.3 判定依据 慈姑中砷、铅、镉、铬、汞和镍的限量参照GB 2762—2022《食品安全国家标准 食品中污染物限量》执行，铜的限量参照NY/T 861—2004《粮食（含谷物、豆类、薯类）及制品中铅、铬、镉、汞、硒、砷、铜、锌等八种元素限量》执行。

式（1）中：EDIc为化学物质c 的实际每人每日摄入量估算值（mg·kg-1·d-1）。SIc为安全摄入量，重金属残留采用联合国粮农组织和世界卫生组织推荐的暂定每周耐受摄入量（provisional tolerable weekly intake，PTWI）（mg·kg-1·w-1），铅、镉、铬、镍、铜、汞、砷每周耐受摄入量分别为0.025、0.007、0.023 3、0.035、3.5、0.004、0.015 mg·kg-1·w-1。2010年联合国粮农组织取消了铅的PTWI，并且认为难以制定新的指导值，因此本试验中铅采用之前制定的PTWI（程加迁和王俊平，2018）。f为安全摄入量的校正因子，若SIc采用每日允许摄入量，则f为1，若采用每周摄入量，则f为7。mb为人体平均质量（kg），中国人体平均质量按63 kg计算（齐艳丽 等，2020）。

式（2）中：R为农产品中化学物质c 的残留水平（mg·kg-1）；F为农产品的估计日摄入量（kg·d-1），参照世界卫生组织统计数据中国居民每人每天番茄的消费量计算，为34.92 g（马新耀 等，2021）；E为农产品的可食用部分因子，E取1；P为农产品的加工处理因子，P取1。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据处理，采用Graphpad Prism 8 软件制图。

2 结果与分析

2.1 慈姑中重金属污染状况分析

2019—2021年我国南方4 个省（区）生产的175 批次慈姑中重金属安全情况整体较好，合格率达98.3%。慈姑中重金属检出率普遍较高，具体检出情况见表1。铜、砷和镉的检出率均达100.0%，其余重金属的检出率由高到低依次为：铬＞铅＞镍＞汞。各重金属残留水平的中值均处于较低水平，汞、铬和镍的残留中值不到限量的1/10，砷、镉、铅和铜的残留中值仅为限量的1/5 左右。然而，砷和镉的检出中均存在超标现象，超标率分别为1.1%和0.6%，2 批次砷超标样品分别来自江苏和湖北，超标水平分别为0.925 2 mg·kg-1和0.703 0 mg·kg-1，高于限量0.5 mg·kg-1；1 批次镉超标样品来自广西，超标水平为0.051 6 mg·kg-1，略高于限量0.05 mg·kg-1。镍的最大检出值亦接近限量，需要引起特别重视。相关部门应加强这些重金属的风险监测和质量控制。

表1 慈姑中重金属检出情况

各省（区）慈姑中不同重金属的检出率基本一致。各省（区）慈姑中除了铜、砷、镉100.0%检出以外，浙江省慈姑中铬的检出率也高达100.0%；各省（区）慈姑中均有超过半数的样品检出铅；仅有湖北省慈姑中超过半数的样品检出镍，检出率高于其他省（区）；仅有浙江省慈姑中未检出汞（表2）。各省（区）慈姑中不同重金属检出情况不尽相同，可能与各地土壤背景值和重金属污染情况差异等因素相关。

表2 我国南方4 个省（区）慈姑中重金属检出情况

由图1 可知，各省（区）慈姑中各种重金属的检出浓度差异较大。各省（区）样品中汞、铜的检出值均未超过限量中位值；广西、江苏、湖北样品中铬的最大检出值处于限量中位值附近；湖北样品中镍的最大检出值接近限量，应引起关注，其他省（区）样品镍的检出值均较低；湖北、广西、江苏均存在铅的检出值超过限量中位值的样品；广西存在1 批次镉超标样品，浙江样品中镉的最大检出值亦接近限量；江苏、湖北各有1 批次砷超标样品。鉴于此，对于分别检出砷、镉超标样品的江苏省、湖北省和广西壮族自治区，以及镉最大检出值接近限量的浙江省，应加强砷、镉的质量控制和风险监测。

图1 我国南方4 个省（区）慈姑中重金属检出浓度分布情况

2.2 慈姑中7 种重金属的安全评价

本次监测的7 种重金属IFS 值处于0.002 8～0.239 2 之间，依次为：砷＞镍＞铬＞镉＞铅＞铜＞汞（表3），其中仅有砷的IFS 值超过0.1，IFS 为0.061 4，均远小于1。表明所监测的175 批次慈姑样品中7 种重金属污染风险较低，整体状态处于安全水平。

表3 慈姑中7 种重金属的食品安全指数

3 结论与讨论

大多数水生植物体内的重金属主要积累于根部，茎、叶部分含量相对较低，将有害的重金属滞留在根部可能是植物对重金属污染的适应性反应（黄永杰 等，2006）。慈姑作为以根茎为食用部分的水生蔬菜，重金属污染风险较高。本试验对2019—2021年采自我国慈姑主产区湖北、江苏、浙江和广西生产基地的175 批次样品重金属污染监测结果表明，4 个省（区）生产的慈姑中重金属整体污染水平较低，合格率为98.3%。慈姑中重金属污染呈现复合型特征，7 种重金属的IFS 值处于0.002 8～0.239 2 之间，仅有砷的IFS 值超过0.1，IFS 为0.061 4，均小于1，整体暴露风险处于可接受范围。

本试验监测的慈姑样品中，7 种重金属检出率高低排序与郑丹等（2022）监测的我国主产区荸荠中7 种重金属检出率高低排序基本一致，仅镍与汞的检出率排序不同。本试验监测的慈姑中砷和镉的超标率分别为1.1%和0.6%，徐匡根等（2017）报道江西省市售蔬菜中铅和镉的超标率分别为2.5%和1.0%，黄飞飞等（2020）监测发现苏州市生产基地的水生蔬菜中铅和砷的超标率分别为5.29%和0.60%。铅、镉、砷是我国水生蔬菜重点监测的项目（杨兰 等，2013），以上文献数据和本试验监测结果中重金属超标现象也主要集中于这3 种元素，且超标率相当。研究表明，慈姑对重金属铅表现出较强的吸收积累能力，当所生长的土壤或水体环境中铅浓度达到100 mg·L-1时，慈姑球茎表皮、顶芽、去皮球茎的铅残留量均超过国家标准限量，其中球茎表皮中铅含量最高（江解增 等，2007；戢得蓉 等，2016）。本次监测的慈姑样品中，铅含量均未达到限量，其原因可能是样品产地铅污染水平轻低，有待进一步调查证实。对于产自江苏、湖北的各1 批次砷超标和广西的1 批次镉超标样品，应进行重点分析和溯源调查。对于其他重金属检出值虽较低但检出率整体偏高的现象，也要引起足够重视，因为不同元素之间可能存在相互作用，多种低浓度的重金属对人体的复合作用还未可知，对人体健康也存在潜在的风险。

本试验采用IFS 法对慈姑中重金属暴露风险进行评价，监测的7 种重金属IFS 值排序与王方园等（2016）对浙江莲藕和茭白中重金属污染指数调查研究的结果（铅＞铬＞镉＞铜＞砷）存在一定差异，主要在于砷的污染情况不同，可能与产地重金属污染情况和不同水生蔬菜种类对重金属的积累作用差异有关。计算中引用的农产品日摄入量、成年人体质量等数据均为文献参考值，因此该方法只能评估一般情况下污染物对成人的健康是否构成危害，不适用于对高食物消费量暴露的儿童的风险评估。再者，IFS 法中采用食品安全指数均值（IFS）来评估多种污染物对消费者健康的总体危害程度，是在假设各种污染物对人体的危害不存在相互作用的前提之下，存在一定局限性。在我国绿色食品、有机食品等优质农产品产地环境认证中，对重金属的综合污染评价按照行业标准NY/T1054《绿色食品产地环境调查、监测与评价规范》执行。该标准中综合污染指数的定义突出了最大单项污染指数的权重，能在一定程度上反映出超标样品发生的可能性，但此法主要应用于环境中多种污染物综合危害的评价。

食品安全评价是食品安全管理工作中的重要内容（张静娴 等，2018）。科学合理的食品安全评价方法可以有效反映食品安全状况，关乎经济发展和社会稳定。我国关于食品安全指数的构建和实证不乏成功案例，例如北京市和上海市先后推行了当地的食品安全指数（李太平和佘正浩，2018）。本试验采用的IFS 法应用广泛，其主要针对单项污染物对食品的风险进行评估，是一种微观评价方法。由于我国居民饮食消费结构种类复杂，不同的评价方法侧重点不同，目前还缺乏适合在全国范围内推行的食品安全指数。

目前已知的重金属多达40 余种，按照其生物化学特征可以分为有用元素和无用元素（胡金朝，2006）。通常最引起人们关注的是砷、铅、镉、铬、汞等生物毒性显著的元素，这5 种被合称为重金属污染中的“五毒”（张格丽和王凯荣，1997）；还有一些元素，例如铜、镍、锌等，是生物体维持正常功能所必需的元素，但过量也会造成中毒。我国农产品产地环境评价最常用的标准之一NY/T 391—2021《绿色食品 产地环境质量》中土壤重金属指标包括砷、铅、镉、铬、汞、铜共6 种，GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》中土壤风险筛选必测元素为8 种，包括砷、铅、镉、铬、汞、铜、镍和锌。大多数重金属污染调查一般监测最常见的5 种元素，也有研究者的调查涉及锌、锰等更多元素（栗利曼 等，2016；龙珠 等，2016）。因此，在综合前期调研结果的基础上，本试验选择监测慈姑中砷、铅、镉、铬、汞、铜、镍共7 种重金属的含量。蔬菜受重金属污染的途径很多，慈姑中重金属污染来源复杂，主要包括固体废弃物污染、污水灌溉、废气流动、农业投入品使用等（韩承华和江解增，2014；张小敏 等，2014）。本试验中样品采自生产基地，因此监测结果只能代表慈姑在生产种植环节中的重金属污染情况，不涉及贮运和加工环节中可能产生的重金属污染。后续将对污染来源进行溯源分析，尤其要查明超标样品种植区域水体和土壤的背景值及污染状况，制定防控应对措施，为水生蔬菜安全种植提供科学依据。