Use of the physiologically-based extraction test to assess the oral bioaccessibility of metals in vegetable plants grown in contaminated soil

The oral bioaccessibility of metals in vegetable plants grown on contaminated soil was assessed. This was done using the physiologically-based extraction test (PBET) to simulate the human digestion of plant material. A range of vegetable plants, i.e. carrot, lettuce, radish and spinach, were grown on metal contaminated soil. After reaching maturity the plants were harvested and analysed for their total metal content (i.e. Cr, Cd, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb and Zn) by inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS). The plant samples were then subsequently extracted using an in vitro gastrointestinal approach or PBET to assess the likelihood of oral bioaccessibility if the material was consumed by humans.     

污染土壤中铅、砷的生物可给性研究进展

土壤铅、砷污染已成为重要的环境问题,并可对人体健康造成严重危害。对食物链途径的有效控制使得从口部无意摄入的土壤铅、砷对人体,特别是对儿童铅、砷摄入总量的贡献率越来越大,甚至成为主要来源。土壤中铅、砷直接进入人体的消化系统并可被人体胃肠道溶解出的部分称为其生物可给性。有效、准确地判定土壤中铅、砷的生物可给性已经成为解决儿童铅、砷中毒的关键科学问题。因此,有关土壤中铅、砷的生物可给性及其在人体健康风险评价中的应用受到了越来越多的关注。文章综述了污染土壤中铅、砷生物可给性的研究方法及各方法的优缺点,并从土壤性质、模拟胃肠条件等方面分析了影响土壤中铅、砷生物可给性的主要因素和存在的问题,还进一步论述了土壤中铅、砷生物可给性在人体健康风险评价中的应用。最后,提出了今后该领域应重点加强土壤铅、砷生物可给性的标准参考物、模拟胃肠条件的优化以及土壤铅、砷生物可给性在人体健康风险评价中的应用等方面的研究。以期充分发挥铅、砷等环境污染物的生物可给性研究方法的潜力,更好地为控制土壤污染、保护人类健康服务。     

Polybrominated diphenyl ethers in food and associated human daily intake assessment considering bioaccessibility measured by simulated gastrointestinal digestion

The concentrations of PBDEs in 299 vegetable and animal-based food samples of 31 species, collected in Shanghai, China, and the bioaccessibility of PBDEs in part of the samples were determined. The PBDE concentrations ranged from 0 to 1245.4 pg g⁻¹ with animal-based food containing more PBDEs than vegetables. The bioaccessibility of PBDEs, determined by a method simulating human gastrointestinal digestion process, were from 2.6% to 39.9% in vegetables, and from 5.2% to 105.3% in animal-based food. For animal-based food, good correlations were observed between the bioaccessibility of PBDEs and the fat content, thus the fat content in animal-based food was able to be used to estimate the bioaccessibility of PBDEs. The total daily intake of PBDEs via ingestion of vegetables and animal-based food for an average Shanghai resident was estimated as 13 235.7 and 13 668.0 pg d⁻¹, respectively, but the amounts available for human absorption were reduced to 2674.4 and 4316.6 pg d⁻¹ after the PBDE bioaccessibility was considered. Finally, the contributions of different food groups to the total daily intake of PBDEs were evaluated. The results revealed that, when not considering the bioaccessibility of PBDEs, vegetables were the leading contributor (49.2%), followed by fish (34.0%). However, the sequence was reversed after the PBDE bioaccessibility was taken into account. The results indicated that human exposure to PBDEs via food ingestion might have been significantly overestimated and the exposure assessment could be misleading if the bioaccessibility of PBDEs was not considered.     

土壤标准物质中Pb生物可给量的体外模拟试验

基于生理学的体外模拟实验(PBET),旨在测定经口无意摄入的土壤和尘土中的Pb在人体消化道内的生物可给性。采用国家土壤标准物质GBW07429(长江中下游土壤)对体外模拟实验的回收率和精密度进行测定。20次重复测定的结果显示,整个分析流程的回收率(各提取态之和占总量的百分含量)为96.4%～105%,满足体外模拟试验的分析要求。土壤标准物质GBW07429中胃阶段和小肠阶段Pb的生物可给量分别为2.8mg/kg和0.42mg/kg,相对标准偏差均小于15%,具有较好的精密度。研究采用土壤标准物质GBW07429测定了Pb的生物可给量,为分析Pb的生物可给性的体外模拟试验提供一个参考值。     

基于DIN测试的场地土壤PAHs生物可给性及健康风险研究

为了解决目前基于总量风险评估导致土壤PAHs修复目标过严的问题,采用德国标准研究院（Deutsches Institut für Normung）的方法（DIN 19738）研究了北京某焦化厂（BJ）、山东某钢铁厂（SD）、北京某钢铁厂（BG）和大连某农药厂（DL）4个不同地区大型典型污染场地中荧蒽（FLT）、芘（PYR）、苯并[b]荧蒽（BBF）、苯并[a]芘（BAP）和茚并[1,2,3-cd]芘（IPY）5种PAHs的生物可给性,并探究了禁食及进食（奶粉、苹果）状态下生物可给性的变化.结果表明:①5种PAHs生物可给性随模拟胃肠液添加食物及种类的不同而有所不同.添加奶粉时BJ、SD、BG和DL场地土壤中FLT、PYR、BBF、BAP、IPY 5种PAHs的生物可给性范围分别为1.2%~4.2%、5.5%~15.7%、11.2%~18.0%、15.3%~68.5%,添加苹果时依次为0.2%~1.3%、0.8%~6.1%、1.3%~11.9%、21.7%~82.8%,禁食状况下依次为0.2%~1.4%、0.6%~5.2%、0.7%~10.6%、20.8%~73.6%.②基于考虑和不考虑生物可给性计算了4个污染场地土壤中5种PAHs经口摄入途径的土壤暴露量、致癌风险、非致癌危害商及风险控制值,结果显示,在考虑生物可给性情况下,4个场地土壤中BAP、BBF、IPY 3种致癌PAHs的经口暴露量均降低1~2个数量级,风险控制值则会相应提高.其中,BJ场地土壤中5种PAHs风险控制值提高最为显著（22.9~82.5倍）;SD和BG场地土壤中BAP、BBF、IPY土壤风险控制值分别提高了13.5~17.2倍和6.3~7.9倍,而2种非致癌物质FLT和PYR的风险控制值提高程度接近,在4.6~6.3倍之间;DL场地土壤中5种PAHs风险控制值提高大多在1倍左右.研究显示,在考虑PAHs生物可给性的情况下进行健康风险评估,可以在一定程度上克服现有技术导则计算土壤PAHs修复目标过于严格的问题.      

喷施锌肥对油菜镉锌生物可给性的影响

采用溶液培养和体外消化实验,研究不同Zn营养条件下,喷施ZnSO_4和ZnNa_2EDTA对两种油菜Cd、Zn质量分数以及生物可给性的影响,计算人体通过食用油菜摄入Cd、Zn的量,评估喷施Zn肥降低人体Cd摄入提高Zn吸收的潜力.结果表明,正常Zn营养下油菜地上部Cd质量分数显著低于缺Zn条件下,喷施ZnNa_2EDTA显著降低油菜Cd质量分数;正常Zn营养下油菜地上部Zn质量分数显著高于缺Zn条件下,喷施Zn肥可显著提高油菜Zn质量分数,其中喷施ZnSO_4处理效果最佳.正常Zn营养下油菜Cd的生物可给性显著低于缺Zn条件下,喷施Zn肥显著降低油菜Cd在胃阶段的生物可给性,与对照相比最大降幅为35.81%,喷施ZnSO_4显著降低Cd在小肠阶段的可给性,最大降幅为59.24%;喷施Zn肥使油菜Zn在胃和小肠阶段的生物可给性显著低于对照处理,最大降幅为68.90%,其中ZnSO_4降低效果明显强于ZnNa_2EDTA.食用Cd污染的普通油菜寒绿摄入Cd的量超过世界卫生组织推荐的每日耐受值,通过选择低积累油菜华骏或喷施ZnSO_4可以显著减少人体摄入Cd的量,有效降低Cd过量摄入的健康风险;食用未喷施Zn肥或喷施低浓度ZnNa_2EDTA的油菜有Zn摄入不足的风险,而食用喷施ZnSO_4或高浓度ZnNa_2EDTA的油菜可以满足蔬菜膳食Zn摄入的需要,其中喷施ZnSO_4效果更好.总之,喷施Zn肥可显著降低油菜地上部Cd、Zn的生物可给性,有效减少人体食用油菜摄入Cd的量,提高摄入Zn的量,其中喷施ZnSO_4处理的效果最佳.     

土壤中六六六在消化道中生物可给性的体外测定

采用体外消化实验模拟了4种有机质含量不同的土壤中六六六在胃和小肠中的释放,重点验证了消化释放出来的六六六在固态消化残渣上的吸着现象以及该现象对测定消化率的影响的研究假设.结果表明,固相吸着对测定消化率有非常显著的影响,这在有机质含量偏高的土壤中尤其明显.吸着影响可以用不同液固比实验设计配合非线性拟合方法加以校正.对有机碳含量分别为0.63%、1.08%、1.60%和2.87%的4种土壤,未经校正的总六六六消化率的均值与标准差分别为(16.7±2.8)%、(11.6±2.0)%、6.9%和(26.4±1.3)%,校正后则分别达到16.7%、16.5%、16.5%和59.7%.显然,除有机质含量很低的样品,未经校正的测定结果显著低估了消化道吸收风险.     

利用体外实验方法评估稻米中镉的生物可给性和健康风险

为了研究稻米中镉(Cd)的生物可给性与稻米理化性质之间的相互关系以及稻米摄入而导致的Cd健康风险,从湖南某些地区采集了16个稻米样品,利用in vitro方法研究了这些稻米中Cd的生物可给性及其人体健康风险。结果表明:在16个样品中,有13个样品的Cd含量超过稻米中Cd的限量标准(0.2 mg·kg-1)。稻米中Cd的溶解态含量及其生物可给性变化较大,胃阶段和肠阶段Cd的溶解态含量范围分别为0.102~1.70 mg·kg-1和0.015~0.249 mg·kg-1,平均值分别为0.698 mg·kg-1和0.103 mg·kg-1,胃阶段和肠阶段Cd的生物可给性的范围分别为56.8%~82.0%和6.62%~15.9%,平均值分别为70.9%和11.1%。模拟肠液中Cd的溶解态含量与稻米的纤维含量之间有显著的相关性。如果不考虑稻米中Cd的生物可给性,所采集的所有稻米样品的摄入都将导致成人和儿童健康风险。如果我们考虑了稻米中的生物可给性,只有31%的稻米样品会对成人产生健康风险,将有50%的稻米样品会对儿童产生健康风险。     

土壤中金属的生物可给性及其动态变化的研究

土壤中金属的生物可给性常应用于人体健康风险评价,如能准确地判定土壤中金属在胃肠阶段不同时间的溶出动态,研究者就可以更好地分析其对人体的健康风险。本文采集5种不同地区的重金属污染的土壤,利用改进的PBET方法,分别在胃阶段的20、40、60、80 min以及小肠阶段的1、2、3、4、5 h时取样并分析,探究土壤中8种金属元素（As、Al、Cd、Cr、Fe、Mn、Ni、Pb）的生物可给性和溶出动态,探讨造成金属溶出动态变化的影响因素,对其溶出机理进行初步探究。研究结果表明,Fe、Al的生物可给性较低,并且在胃肠阶段差异较小。与胃阶段相比,土壤中Pb、Cd的生物可给性在小肠阶段明显降低,而As、Mn、Cr、Ni的生物可给性在小肠阶段均升高。升幅最大的两个元素是Ni、Cr,其小肠阶段的平均生物可给性分别升高61.4%、29.9%。在溶出量随时间变化方面,在胃阶段,假定1 h时溶出率为100%。20 min时,土壤中Fe、Ni的平均溶出率较低,分别为59.3%、56.8%,其他6种金属元素的平均溶出率在71.2%~79.5%。As、Cd、Pb的溶出速率是先快后慢,Cr和Ni的溶出速率是先慢后快,而Fe、Mn、Al的溶出速率基本保持不变。在小肠阶段,假定4 h时溶出率为100%。Al、As、Cd、Mn的溶出率基本不变。1 h时,土壤中Cr（土壤A除外）、Ni的平均溶出率最低,分别为31.5%、32.7%,而5 h时,Fe、Cr、Ni的溶出率还在升高。由此可见,土壤中不同金属元素的生物可给性以及溶出动态是有明显差异的。     

土壤中铜的生物可给性及其对人体的健康风险评价

为了研究土壤中铜的生物可给性与土壤理化性质之间的相互关系以及人体无意摄入土壤铜的风险,采集我国一些地区的15个土壤样品,利用in vitro方法研究了这些土壤中铜的生物可给性及其对人体的健康风险。结果表明,有2个土壤样品中铜的含量高过我国土壤环境质量标准的三级标准,有8个土壤样品中铜的含量高过二级标准;土壤中铜的溶解态浓度及其生物可给性变化很大,胃肠阶段铜的溶解态含量分别为5.2~308.8 mg·kg~(-1)和5.9~348.5 mg·kg~(-1),平均值分别为74.8 mg·kg~(-1)和82.0 mg·kg~(-1);而铜的生物可给性分别为183%~66.6%和213%~77.4%,平均值分别为442%和51.1%。胃阶段铜的生物可给性与土壤有机质和pH呈显著正相关,而与粘粒呈显著负相关,与铁铝氧化物有显著相关性;小肠阶段铜的生物可给性与土壤有机质和pH呈显著正相关,与土壤中总铜和锰氧化物含量呈显著负相关。如以胃阶段为判断,无意摄人土壤中铜对儿童的TDI(tolerable daily intake)贡献率除浙江富阳为2.51%外,有12个土壤样品低于1.00%,最低为0.11%。如以小肠阶段为判断,无意摄入土壤中铜对儿童的TDI贡献率除浙江富阳和浙江台州的土壤分别为2.83%和2.01%,另有12个土壤样品低于1.00%。可见,对于本研究中大多数土壤,通过口部无意摄入土壤中铜的对人体并没有很高的风险。