巴基斯坦市售包装果汁中重金属的体外模拟消化生物可及性与健康风险评估

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Bioaccessibility and health risk evaluation of heavy metals in commercial fruit juices of Pakistan using an in vitro simulated digestion model

　　

近年来，由于果汁潜在的健康益处，其全球消费量有所增加。然而，商业果汁中的重金属（heavy metals, HMs）受到关注，并对其消费者构成显著健康风险。当前研究旨在评估巴基斯坦市售包装果汁中HMs的浓度，并通过体外消化模型（in vitro digestion model）评价其潜在健康风险。研究人员从巴基斯坦当地市场采集包装商业果汁样品。开展理化与矿物分析以了解果汁的基本组成。所有采集样品均采用标准方案消化，并检测所选HMs（Al、As、Cr、Cu、Ni、Cd、Zn和Pb）。在若干样品中，Pb、As、Cd和Al水平超过世界卫生组织（WHO）安全阈值。Pearson相关分析显示金属间存在强正相关以及负相关。研究人员采用体外消化模型评估所选HMs的生物可及性（bioaccessibility）（0.0–84.44%）。某些果汁品牌的HMs非致癌风险（non-carcinogenic risk）高于1。对于Pb，致癌风险（cancer risk, CR）低于安全限值。Cr和Cd的CR值介于1.0E^-06和1.0E^-04之间，属于允许范围；而As和Ni的CR值超过美国环境保护署（USEPA）限值（1.0E^-04），表明对两类人群均存在潜在致癌风险。这些结果表明，需要对商业果汁进行定期监测，以确保食品质量并保护公共健康。

研究背景与问题：近年来，果汁因被认为具有健康益处而全球消费增加。果汁可提供维生素、矿物质、抗氧化剂、类胡萝卜素、类黄酮和膳食纤维等营养物质，但商业果汁中重金属（heavy metals, HMs）污染成为食品安全问题。HMs不可生物降解，可在不同器官中蓄积，并可能引起氧化应激、细胞损伤以及神经、肾脏和肝功能损害。巴基斯坦果汁制造和消费增加，但关于商业果汁中HMs污染、生物可及性（bioaccessibility）以及人体健康风险的数据不足。加工、包装、运输和储存条件，以及添加剂、甜味剂、色素、包装材料和水源等均可能影响果汁组成并引入HMs。因此，研究人员开展本研究，评估巴基斯坦市售包装果汁中HMs浓度、体外消化生物可及性和健康风险，以补充该领域数据并保护公共健康。

研究人员开展的研究与结论意义：研究人员采集巴基斯坦本地市场12个最常见品牌的36个Tetra Pak包装芒果味商业果汁样品，每品牌3个独立零售容器（n = 3；总N = 36），在4 °C储存，分析前检查并均质，每个容器分别处理、消化和分析。研究测定了理化性质、矿物元素、8种选定HMs（Al、As、Cr、Cu、Ni、Cd、Zn和Pb）、体外消化生物可及性，并对成人和儿童进行非致癌与致癌健康风险评估。结果表明，若干样品中Al、As、Cd和Pb超过WHO安全限值，As在所有品牌中均超过限值，儿童风险高于成人。该研究强调对商业果汁进行常规监测，以保障食品质量和公共健康。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员从巴基斯坦本地市场采集12个最常见品牌、36个Tetra Pak包装芒果味商业果汁样品，每品牌3个独立零售容器（n = 3；总N = 36），4 °C储存并均质，分别处理、消化和分析。理化分析检测pH、总溶解固体（total dissolved solids, TDS）、总可溶性固形物（total soluble solids, TSS）和浊度；Ca、Na、K用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）测定。HMs总量采用Aqua regia消解，Al、Cr、Cu、Ni、Cd、Zn、Pb用ICP-OES，As用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）。生物可及性采用Aziz et al. (2015a)体外消化流程，并参考Minekus et al. (2014)的INFOGEST框架，模拟胃相和肠相，离心得可溶性部分。健康风险按Fakhri et al.、Dadar et al.和USEPA模型计算慢性每日摄入量（chronic daily intake, CDI）、目标危害商（target hazard quotient, THQ）、危害指数（hazard index, HI）和致癌风险（carcinogenic risk, CR）。统计用R 4.1.1，采用ANOVA/Tukey HSD和Pearson相关，p < 0.05。

研究结果：
3 Results and discussion（结果与讨论）：研究人员围绕理化性质、矿物、HMs浓度、相关性、生物可及性和健康风险进行讨论。

3.1 Physicochemical properties of packaged commercial fruit juices（包装商业果汁的理化性质）：12个品牌果汁pH为1.95–3.5，原文称其处于FAO 2.2–5.8可接受范围；TDS为910–1,460 mg/L，Brand 6最高；TSS为665–2,405 mg/L，Brand 2最高；浊度为0.26–4.87 NTU，原文指出果汁浊度尚无标准。

3.2 Mineral analysis（矿物分析）：Ca为46.22–94.47 mg/L，Na为10.31–48.64 mg/L，K为5.23–53.12 mg/L，Brand 5的Ca最高，Brand 6的Na最高，Brand 2的K最高。Na和Ca最大允许限为200 mg/L；K无国际饮料标准上限，主要作为反映天然水果含量的质量指标。K/Na比对控制高血压和动脉硬化重要。包装商业果汁中K可能还受acesulfame K、苯甲酸钾E212或山梨酸钾E202等添加物影响。

3.3 HM concentrations in packaged commercial fruit juices（包装商业果汁中HMs浓度）：不同品牌HMs浓度差异显著，Cd除外。Al为0.09–0.48 mg/L，Brand 2最高，8/12样品超过0.2 mg/L；As为0.03–0.21 mg/L，所有样品超过0.01 mg/L；Cd为0.001–0.007 mg/L，Brand 4、6、7、9、12超过0.003 mg/L；Cr低于安全限；Cu为0.007–0.09 mg/L，Zn为0.20–0.58 mg/L，均低于2和3 mg/L限值；Ni为0.003–0.07 mg/L，多数低于限值，Brand 5和6为0.07 mg/L；Pb在7个品牌中超过Codex 0.03 mg/kg，Brand 2和Brand 12最高为0.05 mg/kg。总体表明若干品牌Al、As、Cd和Pb升高。

3.4 Correlation analysis of HMs in packaged commercial fruit juices（包装商业果汁中HMs相关分析）：
3.4.1 Pearson correlation analysis（Pearson相关分析）：Cu–Ni强正相关（r = 0.84，p < 0.001）；Cr–Ni（r = 0.69，p = 0.01）和Cr–Cu（r = 0.58，p = 0.05）中等正相关；Cd–Cu（r = 0.22）、Cd–Ni（r = 0.16）、Al–Zn（r = 0.26）、Al–Pb（r = 0.19）较弱且不显著；Cd–Zn（r = ?0.50）和As–Pb（r = ?0.44）为不显著负相关。相关性可提示共同来源或行为，但不能确定污染来源；本研究未进行包装浸出实验。

3.4.2 Bioaccessibility of HMs in packaged commercial fruit juices（包装商业果汁中HMs生物可及性）：生物可及性范围为Al 6.25–84.44%、As 0–58.33%、Cd 0–50.00%、Cr 0–40%、Cu 0–50.0%、Ni 0–50.0%、Pb 0–50%、Zn 23.08–74.36%。Al一般最高，其次Zn；Cr较低，部分品牌为0.00%。0.00%表示肠可溶部分未测得，不代表金属不存在，可能存在于残留物或形成难溶形态。该体外模型不模拟肠上皮转运、细胞摄取、代谢或系统吸收，因此生物可及性不等同于人体实际吸收剂量。

4 Human health risk assessment（人体健康风险评估）：研究人员计算CDI、THQ、HI和CR。
4.1 Chronic daily intake（慢性每日摄入量）：Zn的CDI最高，其次Al，第三为As；成人和儿童顺序均为Zn > Al > As > Cu > Ni > Cr > Pb > Cd。儿童CDI高于成人，反映其单位体重暴露更高。
4.2 Non-carcinogenic risk（非致癌风险）：As的THQ最高，成人为3.57E^-01–2.50E⁺⁰⁰，儿童为1.00E⁺⁰⁰–7.00E⁺⁰⁰；其他HMs的THQ较低。成人HI为4.93E^-01–2.55E⁺⁰⁰，Brand 2最低，Brand 10最高；Brand 1、3、4、5、6、7、8、9、10、11的成人HI > 1，Brand 2和12低于1。儿童所有品牌HI > 1，范围为1.38E⁺⁰⁰–7.14E⁺⁰⁰。非致癌风险贡献顺序为As > Zn > Al > Ni/Cu/Pb/Cr/Cd，As是主要贡献者。
4.3 Cancer risk assessment（致癌风险评估）：Cd的CR在1.0E^-06–1.0E^-04可接受范围内；Cr多数在可接受范围，部分略超1.0E^-04；Pb均低于1.0E^-06，可忽略。As的CR均超过1.0E^-04，成人为1.61E^-04–1.13E^-03，儿童为4.50E^-04–3.15E^-03；Ni也有多个值超过1.0E^-04，成人和儿童为1.82E^-05–4.25E^-04。总体CR顺序为As > Ni > Cr > Cd > Pb，As最重要，其次Ni，儿童更易受风险影响。

5 Mitigation and control measures（缓解与控制措施）：研究人员建议采用从源头到消费者的预防性措施，包括使用优质水果、未污染灌溉水和加工水，适当清洗、分选和加工，使用食品级设备与包装材料以减少加工和储存中的金属浸出。应常规监测原料水果、加工水和成品果汁中HMs；高金属浓度产品应下架并采取监管措施。对总金属浓度高且胃肠生物可及性高的果汁应特别关注。加强常规监督和食品安全标准合规，以减少消费者HMs暴露。

讨论部分总结：原文讨论指出，金属差异可来自原料、地下水化学、土壤组成、水果生长和采收季节天气、加工方法与设备。As和Pb可能来自进口干果、添加糖或用于复原果汁的污染水；高Al可能来自含Al食品添加剂、生产用水以及由纸、聚乙烯和铝箔组成的Tetra Pak/Tetra Briks容器。为改善风味、外观和货架期，商业果汁常使用添加剂、稳定剂、甜味剂和色素，其中可能含As、Pb和Cd；例如苯甲酸钠E211、磷酸E338、柠檬酸E330可能含痕量As，糖精可能与铅污染有关，人工色素可能含Pb和Cd。原文还指出，巴氏杀菌会破坏热敏维生素、去除不溶性纤维并加糖；完整水果优于新鲜果汁，因纤维可降低糖吸收、降低胰岛素抵抗风险，并提供果皮和果肉中的抗氧化剂。与全球研究比较，本研究中Cd和As高于伊朗研究，Zn和Cd水平与波兰研究相近，Pb和Cr低于某些研究，Zn和Cu低于限值；既往巴基斯坦商业果汁研究也支持HMs存在。

6 Conclusion（结论）翻译：本研究评估了巴基斯坦12个商业品牌包装果汁中选定HMs的浓度、生物可及性以及相关人体健康风险。若干果汁样品中Al、As、Cd和Pb浓度超过WHO标准限值。As在所有果汁品牌中浓度最高且超过允许限值，而Zn、Cr、Ni和Cu浓度在允许限内。K、Na和Ca浓度在不同果汁品牌间差异显著。Pearson相关结果显示Cu–Ni、Cr–Ni和Cr–Cu之间强正相关，表明其共同污染来源；Cd–Zn和As–Pb呈负相关。体外消化分析显示，HMs生物可及性在果汁品牌和金属间差异显著，一些金属显示中等至高生物可及性，另一些显示很低或无检测到生物可及性。这些结果表明，果汁中总金属浓度不一定直接指示潜在可供胃肠吸收的比例。健康风险评估显示，部分样品中成人和儿童HI值大于1，表明两类人群存在非致癌风险。Pb致癌风险可忽略，Cr和Cd为中等风险。儿童经As和Ni暴露的致癌风险高于1.0E^-04。因此，建议限制商业包装果汁摄入，尤其是儿童，以降低健康风险。