食物中重金属的生物可给性和生物有效性的研究方法和应用进展

食品安全问题是直接关系到人民健康的重大民生问题。随着民众生活质量的不断提升,人们对食物质量的关注度越来越高。目前,重金属污染问题是食品安全的一个重要议题。而且,食物中重金属的生物可给性和生物有效性的测定结果已逐渐代替重金属的全量结果进行评价。因此,本文系统介绍了生物可给性和生物有效性的定义及相关关系,综述了生物可给性和生物有效性的多种研究方法的适用性及优缺点,着重总结了饮食习惯和肠道微生物对重金属生物可给性和生物有效性的影响,指出研究者应根据自己的研究目的选择不同的体外消化方法,饮食习惯和肠道微生物均极大地影响着食物中重金属的生物可给性和生物有效性,并在此基础上对食物中重金属的生物可给性和生物有效性研究今后的发展方向进行了展望。     

生物修复中有机污染物的生物可利用性

论述了土壤和地下水生物修复中有机污染物的生物可利用性。污染物的可利用性对生物修复速率和生物强化效率有重要影响。生物可利用性是指土壤和地下水中的微生物或其胞外酶对有机污染物的可接近性，它受土壤理化性质、污染物和微生物性质、污染接触时问等许多因素的综合影响。污染物的介质吸附、多相分配、老化和形成非水相基质，以及土壤微生物的吸附、过滤和沉降作用降低了污染物的可利用性。促进土壤中污染物和微生物的解吸附，增强非水相基质的溶解，加速土壤污染物与微生物之间的质量传递，可以增强污染物的可利用性和生物降解的速率。施用表面活性剂和电动力学方法可有效地增强污染物的生物可利用性。     

生物炭修复土壤重金属污染的研究进展

生物炭是由生物质在完全或部分缺氧的情况下经热解炭化产生的一类高度芳香化难熔性固态物质。近年来,生物炭在污染环境修复方面得到广泛关注,已成为当前环境科学的研究热点。文章综述了近年来国内外有关生物炭修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了生物炭对土壤修复的潜力,阐述了生物炭对于土壤重金属生物有效性的影响。相关研究发现,不同来源及裂解温度制备的生物炭对土壤重金属修复的效果不同,不同类型土壤重金属对于生物炭的响应亦非常复杂,从而呈现出各异的土壤重金属修复效果。生物炭对重金属生物有效性的影响源于改变土壤p H、影响土壤有机质含量,改变土壤氧化还原电位及土壤微生物群落组成等多种机制的协同作用,同时生物炭在对重金属的吸附方面扮演着重要角色。生物炭对土壤重金属修复的影响效应取决于生物炭的特性和施用量、土壤肥力和性质、以及重金属种类等因素。因此,必须根据不同土壤的主要重金属污染类型,选择合适的生物炭,以期得到较好的土壤改良效果。今后应加强生物炭在农田土壤改良以及农作物生长方面的研究与应用,进一步探索生物炭在重金属污染土壤中发生的生物和化学反应机理,并且要对生物炭的施用效果进行野外长期定位研究。     

Caco-2细胞模型评估金属人体生物有效性的研究进展

随着环境重金属污染的加剧和营养学的发展,人们越来越重视对重金属元素及营养金属元素肠道吸收过程的探讨及其生物有效性影响因素的研究。Caco-2细胞模型能有效的模拟人体小肠上皮细胞的转运与吸收过程,可结合基因技术、分子技术等手段用于研究人体肠道吸收物质的机制和影响因素。首先,总结了近年来利用Caco-2模型对镉、铬、铅、砷等多种重金属及铜、铁、锌、钙等多种营养金属在小肠内的吸收、转运方式、代谢机制及影响吸收、转运过程的各类条件等的研究工作,然后对Caco-2细胞模型研究方法及其在未来评估金属人体生物有效性的应用进行了展望。     

受污染土壤中重金属的蚯蚓生物有效性评估研究进展

生物有效性能够反映重金属的迁移性及其生物可利用性,在重金属污染土壤稳定化修复后评估中受到广泛关注。为了将生物有效性更好地应用到稳定化后评估过程中,系统地归纳总结了土壤中重金属对蚯蚓的生物有效性评估方法,该方法与多种化学试剂浸提之间的对应关系,以及影响生物有效性评估的相关因素。建议在化学浸提基础上结合生物有效性评估方法对重金属污染土壤稳定化修复效果进行评估。     

重金属人体生物有效性、吸收及毒性研究中的肠道细胞模型

重金属污染对人体健康产生极大威胁,因而备受关注.肠道吸收是人体重金属暴露的主要途径之一,因此,重金属的生物有效性、肠道吸收过程和毒性研究成为当前的研究热点.体外胃肠模拟法和动物模型被广泛用于重金属的相关研究,然而体外胃肠模拟法缺少人体肠道细胞成分,动物模型与人体存在着物种差异且实验成本高.鉴于此,研究者开发了能够部分模拟人体肠道上皮功能的体外肠道细胞模型.此模型作为研究生物有效性的重要工具,能模拟肠道对重金属的吸收转运过程,并能够结合分子生物学等技术、采用多学科交叉的研究方法探索重金属的肠吸收和肠毒性的分子机制.本文系统介绍了人肠上皮的结构功能、肠道上皮细胞对重金属吸收转运机制、肠道细胞模型的发展及其在重金属相关研究中的应用与优缺点,总结了肠细胞模型功能验证指标和优化方法.同时,还对肠道微流控培养系统(芯片肠道)和肠类器官等三维肠细胞模型技术的最新进展进行了介绍和展望.     

重金属对水生生物的生态毒理效应及生物耐受机制研究进展

近年来,随着国民经济的快速发展,重金属以其特有的性质而被大量的应用于生产生活当中,同时也由于各种原因造成了水体重金属污染现象。水体重金属污染不仅对水生生物的生长和繁殖造成了严重的威胁,同时也威胁到人类的健康。因此,重金属污染具有潜在的生态与健康风险。本文主要概括介绍了重金属对水生植物、动物、微生物的生态毒理效应以及水生生物对重金属的各种耐受机制,展望了重金属对水生生物生态毒理效应的未来研究重点和方向。     

基于RIVM模型评估湘江干流铜锈环棱螺重金属生物可给性及食用健康风险

重金属污染已成为水产品质量安全存在的主要问题之一.本研究通过测定湘江干流铜锈环棱螺肉中重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb)含量,并基于荷兰RIVM(the Dutch National Institute for Public Health and the Environment)体外消化模型模拟口腔、胃及肠道消化,计算螺肉中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb的生物可给性,评估其食用健康风险.结果表明,螺肉中Cu、Zn、Cr、Cd、Pb的含量范围分别为35.68—116.96、202.51—323.20、4.41—95.93、0.29—16.08、0.12—17.35 mg·kg^-1,且大多高于水产品重金属限量标准.螺肉中不同重金属的生物可给性差异较大,Zn、Cd和Pb在胃阶段的生物可给性高于口腔和肠阶段,Cu和Cr在肠阶段的生物可给性高于口腔和胃阶段.基于生物可给性的食用健康风险显示,螺肉中5种重金属的目标危害系数(THQ)和综合危害系数(HI)均小于1,不存在非致癌健康风险;但其综合致癌风险指数(TCR)均大于1×10^-4,存在致癌风险. C...     

沸石、磷矿粉和石灰对土壤铅锌化学形态和生物可给性的影响

通过室内土壤培养实验,研究添加沸石、磷矿粉和石灰3种改良剂对污染土壤Pb、Zn化学形态和生物可给性的影响.结果表明,土壤Pb主要以Fe-Mn氧化物结合态为主,而Zn主要以残渣态为主.改良剂对土壤Pb、Zn化学形态的影响随着培养时间的不同而不同.培养1个月时,2%磷矿粉和2%石灰处理可分别导致土壤醋酸(HOAC)提取态Pb含量下降76.0%和25.6%,3种改良剂处理导致土壤HOAC提取态Zn含量比对照处理降低6.1%～17.0%.培养2个月时,磷矿粉和石灰处理分别导致土壤HOAC提取态Pb含量下降62.8%和39.0%,石灰处理导致土壤HOAC提取态Zn含量下降34.6%.3种改良剂对土壤Pb、Zn的生物可给性也有影响,也随着土壤重金属种类和培养时间的不同而异.培养1个月时,沸石和磷矿粉可分别导致土壤Zn的生物可给性降低15.9%和14.9%,但培养2个月后3种改良剂对Zn的生物可给性却没有影响.研究结果表明,在酸性Pb、Zn复合污染农田土壤中均可以选择这3种改良剂来进行土壤改良,减少重金属的污染风险.     

食物粒径与混合方式对多溴联苯醚生物有效性的影响

多溴联苯醚(PBDEs)是一类典型的持久性有机污染物(POPs),口服摄入是其主要人体暴露途径。口服生物有效性是污染物健康风险评估中的关键因子。论文采用体外方法模拟食物在人体肠道中的消化过程,研究了食物粒径大小以及食物污染与混合方式对PBDEs生物有效性的影响。在150、150~212、212~250和250μm四个粒径范围的胡萝卜中,PBDEs同系物的平均生物有效性分别为48.8%±3.8%、45.2%±5.0%、38.6%±9.3%和37.3%±3.7%。测得菠菜和鲈鱼采用4种混合方式BY1、BY2、BY3和BY4中PBDEs同系物的平均生物有效性分别为17.1%±1.3%、48.3%±3.5%、36.4%±4.9%和44.4%±2.0%,比单纯菠菜(2.6%±0.2%)和鲈鱼(36.3%±4.3%)中的生物有效性高。结果表明,PBDEs的生物有效性随着胡萝卜粒径的增大而减小;不同污染方式再混合食品,比单一食品被污染时,PBDEs的生物有效性更高。     

三峡库区居民膳食结构与重金属摄入水平研究

采用分层多级整群随机抽样方法,经城乡经济排序,并按公共营养学要求,选取地处三峡库区中心位置的重庆市石柱县549户居民作为调查对象,对库区居民膳食结构进行了调查,同时应用总膳食研究方法,采集了当地12类主要蔬菜、肉类、粮食等样品,测定了铅、砷、镉、汞等4种重金属元素含量,分析了库区居民的重金属摄入水平.结果显示,1)除谷类、豆类、薯类和糖类外,城镇居民对其余各类食物的摄入量均高于农村居民的摄入量,城乡居民对谷类、蔬菜、水果、奶制品的摄入量还存在不足;2)库区食物中铅、镉超标较严重,其中乳类、蛋类铅含量分别为允许限量的4.98、4.54倍,砷、汞超标情况相对较轻;3)库区居民通过食物摄入的铅、砷、镉、汞4种有害重金属元素水平均低于相应的ADI值,但城镇居民、农村居民摄入的镉元素水平分别达到ADI值的86.88%和75.35%,应当引起警惕;4)薯类、谷类和蔬菜类食品是库区居民重金属摄入的主要膳食来源.     

不同土壤类型下Cd和Pb在水稻籽粒中累积特征及其环境安全临界值

研究水稻籽粒对土壤重金属的累积特征和水稻产地土壤重金属安全临界值,可为水稻安全生产和产地安全适宜性评价提供重要参考。以杂交籼稻KU818作为材料,通过外源添加不同质量分数的Cd和Pb,于2008年在南京采用盆栽试验方法,研究不同土壤类型下水稻籽粒对土壤重金属Cd和Pb的累积特征及其环境安全临界值。结果显示,水稻籽粒对重金属的累积量总体上随着外加重金属质量分数的增加而呈现增多趋势,籽粒中重金属含量与处理水平及盆栽土壤中重金属有效态含量呈现显著或极显著正相关。籽粒对Cd、Pb的累积特征呈现出土壤类型之间的显著差异,水稻土栽培下,籽粒对重金属的累积高于潮土栽培下的。根据国家《食品中污染物限量（GB 2762-2005）》标准中重金属的限量标准和水稻籽粒重金属的累积特征推算出水稻产地（潮土和水稻土）安全临界值：Cd为1.63 mg·kg^-1和0.74 mg·kg^-1,Pb为230 mg·kg^-1和110 mg·kg^-1,均高于国家《食用农产品产地环境质量评价标准（HJ 332-2006）》的指标。结果表明,由于临界值在土壤类型之间差异较大,制定统一的农产品产地重金属限量标准还需结合当地土壤性质加以评价。     

农田土壤镉生物有效性及暴露评估研究进展

随着工业化和城市化进程的发展,我国在农田土壤污染领域面临较大挑战,其中镉(Cd)为最优先控制元素之一。农田土壤Cd污染风险类型为健康风险,其主要暴露途径为经土壤-植物系统,并经膳食进入人体。在当前的土壤Cd风险评估中,一般不考虑生物有效性问题,这使得风险评价中实际暴露评估的不确定性普遍偏高。所以,近年来欧洲国家有许多研究者提出将生物有效性因素放在土壤污染物风险评价框架内。基于此,本文立足于农田系统,并从土壤、植物、污染物及环境因素等4个方面详细综述了农田土壤Cd生物有效性的影响因素及其作用机理。其次,分别综述了近年来土壤Cd生物有效性预测模型和土壤Cd膳食暴露评估模型研究进展。最后,分析了我国土壤重金属风险评价中存在的不足,并对农田土壤Cd暴露评估发展态势和研究方向进行了初步预测,以期为农田土壤Cd健康风险评估及安全基准研究提供一定参考。     

粤北星子河水生生物体内重金属污染特征及健康风险

本文分析了粤北星子河12种水生生物样品中Cd、Cr、Cu、Pb、Ni和Zn等6种金属元素的含量水平。利用综合污染指数法和目标危害系数法对水生生物中重金属的污染特征及其健康风险进行评价。结果表明:不同水生生物对重金属的富集程度存在明显差异,重金属的含量水平从低到高顺序依次为:CdNiPbCrCuZn;鱼类富集重金属明显低于贝类。在贝类样品中,Cr、Pb和Zn的含量均出现超标现象。鱼类重金属综合污染指数低于1,属于微污染;而田螺重金属综合污染指数大于1,属于轻度污染水平。不同鱼类中重金属的复合健康危害系数(TTHQ)均小于1,且每周评估摄入量(EDI)均远低于暂定每周允许摄入量(PTWI),居民通过鱼类摄入重金属的健康风险较低;田螺中重金属对人的复合健康危害系数大于1,长期食用田螺存在较高的健康风险,风险较高的重金属元素为Cr、Pb和Zn。     

根系分泌物对土壤重金属活化及其机理研究进展

植物通过调节根分泌物的组成来改变根际状态以适应外界环境。在重金属胁迫下,植物根系分泌物种类和量会发生显著变化。根系分泌物可通过溶解、螯合、还原等作用活化土壤重金属,提高重金属的植物有效性,或固定和钝化重金属,降低重金属的移动性。文章就根系分泌物对土壤重金属形态、有效性及其在重金属吸附解吸中的作用,根系分泌物活化土壤重金属的影响因素等国内外研究进展作了综述,并对该领域今后的研究方向进行了探讨。     

土壤酶与重金属关系的研究现状

介绍了近年来土壤酶与重金属关系的研究动向,以及重金属对酶活性作用的影响因素;探讨了用土壤酶表征重金属污染程度的方法及其可行性。有关研究表明,不同土壤酶类对重金属的敏感性有明显差异;土壤酶活性特别是总体酶活性作为污染指标是可行的;土壤酶与重金属的关系主要取决于土壤有机质、粘粒等含量的高低及它们对土壤酶的保护容量和对重金属缓冲容量的大小。文中还分析了研究中应注意的问题。     

健康风险评估方法在中国重金属污染中的应用及暴露评估模型的研究进展

经济的快速发展导致中国环境质量日趋恶化.随着健康意识的增强,人们越来越重视污染物暴露人群的健康风险评估.与其他污染物相比,重金属污染区域广,重金属暴露人群多且集中.为了研究重金属暴露条件下人群的健康风险,USEPA 模型、统计模型、地理信息系统、可给性研究的方法已被中国不同学者应用.暴露评估模型作为污染物暴露人群健康风险评估的主要环节,国外的研究已经比较成熟,但相关研究在中国还处于空白阶段.对中国近年来在城市表层土壤（灰尘）、矿区土壤、膳食、地下水和饮用水、大气颗粒物进行重金属风险评估中应用的健康风险评估方法,进行了归纳和评述,并对欧美常用暴露评估模型：环境暴露评估模型、膳食暴露评估模型进行了介绍.中国健康风险评估工作起步晚,在评估的各环节均存在很大缺陷.随着新技术的发展以及人群对环境健康风险认识的深化,健康风险评估将成为中国热门研究领域之一.污染的环境行为、剂量一效应关系、模型、风险信息等方面,将是未来中国健康风险评估研究的重点.     

滦河流域鲫鱼体内重金属分布及风险评价

采集滦河流域鲫鱼样本并分析重金属元素(Cu、Zn、Cr、Pb、As、Cd)在其体内的分布特征及食用风险。实验结果表明鲫鱼体内重金属含量由高到低顺序为ZnCrCuPbAsCd,蓄积器官主要为肝脏和鳃部,Cu和Cr主要蓄积在肝脏,Zn、Pb、Cd主要富集在鳃部,As的蓄积器官随地域变化,而且下游样本中各组织器官重金属含量下游高于上游。针对鲫鱼肌肉的评价表明,Zn、Cr、Pb含量超出《无公害食品水产品中有毒有害物质限量》(NY5073—2006)、《食品污染物限量》(GB2762—2012)和《食品中锌限量卫生标准》(GB 13106—1991)规定的标准限值,超出倍数依次为Cr(3.34)Pb(2.24)Cd(1.15)。基于目标危险系数法(THQ)评价结果表明鲫鱼肌肉组织单一重金属THQ值均小于1,As导致的健康风险最高,Cr最低;总风险系数(TTHQ)显示下游的溯河(TTHQ=1.263)与陡河(TTHQ=1.381)存在食用风险,风险比重较高的元素是As、Pb、Zn。     

拉萨巴嘎雪湿地土壤重金属分布及生态风险评价

巴嘎雪湿地是西藏拉萨河流域的代表性湿地之一.文章为了解巴嘎雪湿地的重金属分布特征,在2018年10月采集了巴嘎雪湿地的表层土壤样品,对土壤中的Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Cd、As、Hg重金属的含量进行了检测.巴嘎雪湿地表层土壤的重金属污染评价采用的方法主要包括内梅罗综合污染指数法、地积累指数法和潜在生态风险指数法.结果表明,重金属Cu、Zn、Cr、Ni、As、Hg含量的平均值低于国家土壤环境质量标准(一级),但Pb、Cd的含量略偏高;Ni、As、Cr、Hg的平均含量低于拉萨市环境背景值,但Cu、Zn、Pb、Cd平均含量高于环境背景值.该研究区域的内梅罗综合污染指数平均值P_N=1.50,说明湿地整体处于轻度污染;按照国家土壤环境质量标准(二级)作为背景值,得到的P_N=0.64,属于安全水平.地积累指数平均值在-2.587到-0.744范围内,I_geo<0区域整体上无污染;潜在生态风险指数的平均值RI=72.779,属于低风险.各元素组合之间总体相关性不足,说明重金属累积方式具有多源性特点.巴嘎雪湿地整体生态环境优于国内大部分湿地,其表层土壤中Hg、Pb、Cd元素为强度变异,在部分位点中存在明显富集,受到人类活动影响,应加强关注.