中药材根茎类多环芳烃污染分析及初步风险评估 刘丽娜 左甜甜 金红玉 昝可 马双成 中国食品药品检验检疫研究院

近年来，中药材需求量大幅增长，中药材质量安全日益受到重视。外源污染物残留是中药材安全的一个重要方面，主要包括农药残留、重金属超标、霉菌毒素污染、亚硫酸盐残留等污染物[1，2，3，4]。

多环芳烃（PAHs）是由两个或多个苯环组成的具有“三重效应”的持久性有机污染物。PAHs来源于有机物的热解或不完全燃烧，是第一类被发现的大量且分布广泛的环境致癌物[5]。近几十年来，人类活动的增加导致环境中PAHs污染加剧，因此美国环境保护署（USEPA）于1976年将16种PAHs列为优先控制污染物[6]。研究表明，植物可以从环境中积累PAHs，导致农作物和中草药受到PAHs的污染[7,8]。PAHs在植物中积累的途径主要有两种，一是PAHs被根部从土壤中吸收进入植物体内[9,10]，二是PAHs被植物地上部分从大气中吸收，导致其在植物体内积累[11]。 本研究对根及根茎类中药材样品中的PAHs残留情况进行调查,分析其组成及可能的来源,并对根及根茎类中药材中PAHs残留进行初步风险评估。

1 材料 1.1 样品

供试饮片由某饮片厂提供，17种饮片分别为桔梗、泽泻、川芎、黄精、牛膝、巴戟、党参、干姜、百合、板蓝根、沙参各3批，浙贝母、当归、郁金、菖蒲、一枝花各2批，共46批。经中国食品药品检验研究院中药民族药研究所金宏宇主任药师鉴定，饮片符合2020版《中华人民共和国药典》要求。

1.2 药物检测

18种PAHs混合参比溶液(PAH-mix25，批号：20829AB，质量浓度2 000 ng·μL-1)、16种氘代PAHs同位素内标参比溶液(PAH-MIX 9氘代，批号：21205CY，质量浓度100 ng·μL-1)购自德国Dr.Ehrensorfer公司；乙酸乙酯、乙腈为农残级(Thermo Fisher Scientific)；C18固相萃取小柱(Waters公司，规格：500 mg/6 mL)；18种PAHs信息见表1。

表1 18种PAHs信息

注：a*表示中国环保局列出的优先污染物黑名单中的7种多环芳烃；#表示美国环保署列出的具有潜在人体致癌性的7种多环芳烃；b.国际癌症研究机构对多环芳烃的致癌性分类；2A类表示具有较高的致癌潜力；2B类表示具有较低的致癌潜力；3类表示其对人体的致癌作用尚不明确；—表示尚未见报道。

1.3 仪器

GCMS-TQ8040气相色谱-质谱仪（日本岛津公司）；AG135电子分析天平（梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司）；KQ-300TDV超声波萃取仪（昆山超声波仪器有限公司）。

2 方法与结果 2.1 样品中PAHs含量的测定

采用氘代多环芳烃同位素内标。样品经乙腈提取、C18固相萃取小柱净化后，采用气相色谱-质谱法（GC-MS/MS）测定。色谱柱为DM-17ms（30 m×0.25 mm，0.25 μm）。程序升温（初始温度为80 ℃，维持0.5 min，以25 ℃·min-1升温至130 ℃，以10 ℃·min-1升温至200 ℃，维持2 min，以20 ℃·min-1升温至260 ℃，以3 ℃·min-1升温至290 ℃，维持8 min，以20 ℃·min-1升温至320 ℃，维持3 min）。 采用多反应监测模式测定了17个品种46批根及根茎类中药材中PAHs的残留量。具体实验条件和操作步骤见文献[12]。样品测定与质量控制通过伴随质量控制(包括空白试验、同位素内标试验、精密度试验和伴随回收率试验)证实方法的适用性，结果均符合残留检测的要求。对样品测定结果进行统计分析，结果见表2。

2.2 测量结果总结

本研究对17个品种46批次根及根茎类中药材样品进行了测定，结果显示根及根茎类中药材中存在18种PAHs残留，含量汇总及检出率见表2。总体来看，PAHs单体的质量浓度范围为未检出（ND）～373.0 μg·kg–1，18种PAHs质量浓度之和范围为16.3～1 005.6 μg·kg–1，轻PAHs的质量浓度范围为14.7～890.0 μg·kg–1，重PAHs的质量浓度范围为ND～158.81 μg·kg–1。 总体上，PAHs以2、3、4个环的轻PAHs为主，占18种PAHs总量的82%～100%，5、6个环的重PAHs占比较低，占18种PAHs总量的0～18%。从检出率来看，萘和苯的检出率均为100%，轻PAHs(2～4个环)的检出率为80%～100%，重PAHs(5、6个环)的检出率为44%～80%。总体上，重PAHs的检出率高于轻PAHs。这与文献[13]的研究结果基本一致，即中药中检出的PAHs以小分子PAHs为主。 检测的46批次中药材样品中，石斛检出率最低（44%），典型致癌物苯并（a）芘的检出率达69%，检测范围为ND～15.4 μg·kg-1。根及根茎样品中18种PAHs平均质量浓度见表3。

欧洲食品安全局认为，苯并（a）芘、苯并（a）芘+屈（PAH2）、苯并（a）芘+苯并（a）蒽+苯并（b）蒽+屈（PAH4）、苯并（a）芘+苯并（a）蒽+苯并（b）荧蒽+苊+苯并（k）荧蒽+二苯并（a,h）蒽+苯并（g,h,i）芘+茚并（1,2,3-cd）芘（PAH8）可作为评价PAHs遗传毒性和致癌性的标记物，其效果与Bap相当[14]。 因此本研究以苯并（a）芘、PAH2、PAH4和PAH8作为中药材中PAHs污染及其健康效应的指标，对PAH2、PAH4和PAH8的检出范围及检出率进行统计分析，检测分析结果如表2、表3所示。从品种角度进行PAHs测定结果显示，PAH2的检出范围为ND～173.8μg·kg–1，检出率为85%，PAH4的检出范围为ND～310.0μg·kg–1，检出率为89%，PAH8的检出范围为ND～338.3μg·kg–1，检出率为96%。 黄精、莪术、党参3个品种PAH4平均值超过100μg·kg–1，黄精、莪术、百合3个品种苯并（a）芘平均值超过5μg·kg–1，黄精、莪术2个品种PAH2平均值超过50μg·kg–1，黄精、莪术、党参3个品种PAH8平均值超过100μg·kg–1，这些品种PAHs污染较为严重。

表2 17个品种46批次中药材PAHs污染情况

注：∑LPAHs 指萘、苊、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、屈、苯并（a）蒽等 10 种轻 PAH；∑HPAHs 指苯并（b）荧蒽、苯并（k）荧蒽、苯并（a）芘、二苯并（a,h）蒽、苯并（ghi）屈、茚并[1,2,3-cd]芘等 6 种重 PAH；∑2PAHs 指苯并（a）芘和屈等 2 种 PAH； ∑4PAHs 指 6 种重质多环芳烃，包括苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽、苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽、苯并(ghi)屈、茚并[1,2,3-cd]芘；Hs 指 4 种多环芳烃，即苯并(a)芘、苯并(a)蒽、苯并(b)蒽和屈；∑8PAHs 指 8 种致癌多环芳烃，即苯并(a)芘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、苊、苯并(k)荧蒽、二苯并(a,h)蒽、苯并(g,h,i)苝和茚并[1,2,3-cd]芘；∑18PAHs 指 18 种多环芳烃； ND表示未检测到；同表3。

表3 17个品种46批次根及根茎样品中18种PAHs平均质量分数

微克/千克

注：* 表示 n=2；对于未指定的其他数字，n=3。

2017年，我国《食品安全国家标准 食品中污染物限量》[15]对粮谷及其制品、肉及肉制品、水产动物及其制品、油脂及其制品中苯并（a）芘的限量要求分别为5、5、5、10μg·kg-1。按照苯并（a）芘限量不超过5μg·kg-1计算，有6批次样品超标，超标率为13.0%，涉及的品种包括黄精、牛膝、莪术、巴戟天、党参、百合等。欧盟法规对4种多环芳烃（PAH4）[16]设限，限量为35μg·kg-1，有11批次样品超标，超标率为23.9%。 涉及的品种包括黄精、牛膝、姜黄、巴戟天、当归、党参、百合等。

2.3 污染物成分特征

根据PAHs环数不同，可将18种PAHs化合物分为3类，即2～3环PAHs、4环PAHs和5～6环PAHs。根据根茎类中药材中PAHs的组成特征，占比较高的主要是2～3环PAHs，占总量的14%～96%，平均为61%，其次是4环PAHs，占总量的0～88%，平均为33%。根茎类中药材中不同环数PAHs组成的三角图如图1所示。现有研究表明，低分子量（2～3环）PAHs占比较高，表明污染区可能有近期污染[17]。

图1 17个品种46批中药材根茎中不同环数PAHs的三角图(n=46)

2.4 PAHs来源分析

PAHs的自然来源包括火山爆发、灌木燃烧等，这些构成了环境中PAHs的背景值。人为来源是环境中PAHs的主要来源，主要包括石油燃料和生物质的不完全燃烧、石油燃料的自然挥发或泄漏[18]。由于PAHs来源广泛，已成为环境中普遍存在的污染物。分析中药材根及根茎中PAHs污染物的来源，不仅可以了解PAHs污染的来源，而且对有效控制PAHs具有重要意义。

分析PAHs来源的方法有多种，主要有特征标记法、特征化合物比值法和多元统计法。其中，特征化合物比值法被广泛应用于判定PAHs的来源。特征化合物比值法判定PAHs的来源，主要依据不同污染源中PAHs浓度比值有明显差异。由于气相中的PAHs不稳定，波动较大，比值法主要根据吸附在颗粒物上的PAHs数据推断可能的来源。目前，主要根据baa/(baa+chry)、ant/(ant+phe)、flt/(flt+pyr)和indp/(indp+bghip)的比值判定PAHs的来源[19,20,21]。PAHs的来源主要根据四个比值的大小来区分，即原油污染、汽油燃烧、生物质燃烧和煤燃烧。PAHs特征比值判断标准见表4。

为了系统全面地评价中药材根及根茎中PAHs的来源，本研究选择了ant/(ant+phe)、flt/(flt+pyr)、baa/(baa+chry)和indp/(indp+bghip)四种比值相结合的方法，定性判定中药材根及根茎中PAHs的来源。46批次根茎中PAHs异构体比值来源分析统计图如图2所示。从图中可以看出，除少部分ant/(ant+phe)比值小于0.1外，其余的都大于0.1，说明PAHs可能来自原油污染，主要来源为生物质与化石燃料的燃烧； 1个样品的flt/(flt+pyr)比值达到0.5，说明部分样品来自原油污染，少部分来自石油燃烧，大部分为生物质或煤燃烧；从baa/(baa+chry)和indp/(indp+bghip)比值来看，除2个样品外，baa/(baa+chry)均为0.35，说明部分样品来自原油污染，少部分来自石油燃烧，大部分为生物质或煤燃烧；indp/(indp+bghip)比值均大于0.5，说明生物质和化石燃料的燃烧是PAHs的主要来源。 结合ant/(ant+phe)、flt/(flt+pyr)、baa/(baa+chry)和indp/(indp+bghip)的比值判断根茎类中药材PAHs污染来源大部分来自生物质或煤的燃烧,小部分来自石油燃烧,部分样品还可能受到原油的污染。

表4 常见PAHs特征比例及来源

图2 17个品种46批次中药材根及根茎中PAHs异构体比例来源分析

3 风险评估 3.1 毒性当量因子（TEF）的估算

TEF法通常用于PAHs的健康风险评价，估算16种优先PAHs相对于苯并（a）芘的总毒性当量浓度（TEQbap，μg·kg-1）。TEF法由世界卫生组织（WHO）制定，是一种基于剂量加和性的多物质暴露风险评估方法，通过比较混合物中各组分与指示化合物的毒性来计算其暴露量。该方法以苯并（a）芘为标准参比，将其TEF值设为1，将其他PAHs的毒性与等量苯并（a）芘的毒性进行比较，得到各PAH的TEF值。根据公式（1）计算16种优先PAHs相对于苯并（a）芘的TEQbap。Nisbet等[22]提出的各PAH相对于BaP的TEF值被广泛接受。 各PAH相对于BaP的TEF值如表1所示。

式中，Ci为第i种PAHs的质量浓度（μg·kg–1）；TEFi为第i种PAHs对应的TEF值。

3.2 致癌风险评估

PAHs属于致癌物，PAHs的终生致癌风险增量以“个体一生中因暴露于潜在致癌物（如PAHs）而增加的罹患癌症的概率”为评估标准[23]。终生致癌风险增量（ILCR）是指个体暴露于潜在致癌物时罹患癌症的风险增量。ILCR值是指个体一生中因暴露于潜在致癌物而增加的罹患癌症的概率，可用公式（2）估算。

式中，TEQbap按公式（1）计算；DR为中药材摄入量（g·d-1），按20 g·d计算；EF为暴露频率，每年90 d[24]；SF为苯并（a）芘致癌危险因子口服暴露值，7.3 kg·d-1·mg-1[25]；换算系数（CF）为1×10-6 kg·mg-1；ED为暴露年限（a）；BW为平均体重，按60 kg计算；AT为人口预期寿命（a）。选取USEPA推荐的参数值：非致癌物的ED为30年，致癌物的ED为70年；非致癌物的AT为30年（10950天），致癌物的AT为70年（25550天）[26，27]。

按照美国环境保护署对ILCR提出的潜在致癌风险范围，当ILCR≤1×10-6时，表示不具有致癌风险或其致癌风险可忽略不计，不需要采取进一步措施；当ILCR>10-4时，表示具有较高的致癌风险，已超过可容忍的致癌风险水平的上限，风险不可接受，必须采取适当的措施；当ILCR介于二者之间时，表示具有较低的致癌风险或潜在的致癌风险，但尚未达到优先风险水平[28]。

3.3 结果分析

根据公式（1）计算不同种类根及根茎类中药材中16种优先控制PAHs相对于苯并（a）芘（BaP）的TEQbap，再根据公式（2）计算根及根茎类中药材中PAHs污染潜在致癌风险评价结果，结果见表5。从评价结果可以看出，各品种的ILCR均小于1×10–4，不具有重大致癌风险。 但玉竹、牛膝、郁金、巴戟天、当归、党参、干姜、菖蒲、百合、浙贝母等部分品种的ILCR值在1×10–6至1×10–4之间，说明一些根及根茎类中药材仍存在潜在的致癌风险，需要引起重视。

表5 17个品种46批次中药材根及根茎中PAHs风险评估结果

4 讨论与结论

本次研究涉及的桔梗、泽泻、川芎、黄精、牛膝、郁金、巴戟天、当归、党参、干姜、菖蒲、百合、一枝花、板蓝根、沙参、浙贝母等17种根茎类中药材中均不同程度地检出了PAHs，其中以2环、3环和4环轻PAHs为主，典型致癌物苯并（a）芘的检出率达69%，平均检出值为2.3μg·kg–1。 按照限量5μg·kg–1计算，有6批次样品超标，超标率为13.0%；PAH4的检出率达89%，根及根茎类中药材中PAHs平均质量分数为255.1μg·kg–1。

中药不同于食品，针对特定人群有特定的用法和用量。本研究系统地将人类平均寿命中中药的使用频率、暴露年限等参数应用于中药根及根茎中PAHs的风险评估。服用中药根及根茎引起的PAHs暴露健康风险值为7.52×10–8～1.16×10–5。中药在现有剂量下存在潜在致癌风险或无致癌风险，风险基本可控。