基于微藻的可持续食品中的新兴污染物：出现模式与膳食风险影响

《Journal of Hazardous Materials》：Emerging Contaminants in Microalgae-Based Sustainable Foods: Occurrence Patterns and Dietary Risk Implications

　　

• •
  微藻食品中检出对羟基苯甲酸酯类（parabens）、全氟和多氟烷基物质（PFASs）以及轮胎衍生的对苯二胺（PPDs）。
• •
  77个中国市售样本显示出具有类别特征的污染物分布概况。
• •
  PFASs的风险主要由痕量PFDA、PFHxS、PFOA和PFHpA驱动。
• •
  实现微藻食品的可持续发展需要开展风险监测。

引言

全球粮食体系正面临越来越大的压力，需要供应充足、营养丰富且具有环境可持续性的蛋白质来源。预计到2050年，全球人口将接近98亿，而粮食产量可能需要从目前水平增加56%–70%才能满足未来需求。[1]、[2] 膳食蛋白质需求也预计将大幅上升，这受到人口增长、膳食结构转变以及消费者对营养和健康的关注度提高的驱动。[3]、[4] 然而，传统食品生产的持续扩张受到土地转化、水资源需求、温室气体排放及其他环境压力的制约。[5] 动物源性蛋白质在营养方面仍然具有重要意义，但其生产往往与资源转化效率低和环境负担高有关。[6] 近期的全球性冲击事件，包括COVID-19大流行，进一步暴露了食品供应链的脆弱性。[7] 这些挑战加速了对替代蛋白质来源的关注，这些来源需要营养充足、经济可行，并且能够与低足迹的粮食体系相兼容。

微藻因其兼具高营养价值与有利的生产特性，已成为有前景的可持续食品原料。[8]、[9] 其蛋白质含量可达30%–60%，且必需氨基酸组成与动物蛋白质相当。[10]、[11] 微藻生长迅速，无需占用耕地，耗水量相对较少，并可在多种水生系统中培养，包括淡水系统和基于废水的培养平台。[12]、[13]、[14] 除蛋白质外，微藻还提供类胡萝卜素、维生素、多不饱和脂肪酸以及其他具有潜在营养和功能性益处的生物活性化合物。[15]、[16]、[17]、[18] 微藻培养还可为碳固定作出贡献，在生产体系得到妥善管理的情况下，可能支持循环生物经济战略。[19]、[20] 具有重要商业价值的藻类，包括螺旋藻和小球藻，已被广泛添加到粉末、保健品、饮料、零食及其他食品产品中。[21]、[22] 与许多传统蛋白质来源相比，微藻具有较高的土地利用效率，不需要使用农药，并且对不同生产环境具有很强的适应性。[23]、[24] 这些特征使微藻成为未来可持续粮食体系中一个引人注目的组成部分。

然而，支撑微藻环境应用的同一生物学特性也可能引发食品安全方面的担忧。作为水生生态系统中的初级生产者，微藻具有较大的比表面积、活跃的吸附位点，并与溶解态和颗粒态污染物之间存在强烈的相互作用。微藻积累金属和有机污染物的能力已被广泛应用于废水处理和环境修复领域。[25]、[26] 当微藻被用于食品生产或收获时，这种生物富集能力可能成为水borne污染物进入可食用生物质并最终进入人体膳食的途径。这一问题对于商业微藻基食品尤为重要，因为其生产体系可能涉及不同的水源、培养方式、加工步骤和配料组合。因此，微藻基可持续食品的安全性评估不应仅限于其营养价值、生产成本或消费者接受度，还应包括对化学污染物的系统监测以及基于膳食暴露的风险评估。[12]、[17]、[27]

新兴关注污染物现已广泛存在于水生环境中，为在淡水系统中生长或从淡水系统中收获的生物体创造了潜在的暴露途径。[28]、[29] 其中，对羟基苯甲酸酯类（parabens）、全氟和多氟烷基物质（PFASs）以及对苯二胺类抗氧化剂（PPDs）代表了三个化学性质不同的群体，它们具有不同的来源、环境行为特征和毒理学特征。对羟基苯甲酸酯类是常用的防腐剂，已在水生环境和水生生物中被检出。PFASs是持久性、可迁移性和生物累积性化学物质，受到高度监管关注，某些同系物在极低暴露水平下即与不良健康结局相关。PPDs及其转化产物近期作为轮胎相关的新兴污染物受到关注，具有水生毒性并可能在食物链中传递。尽管这些化合物在水、沉积物、鱼类、贝类及其他水生基质中的研究日益增多，但关于其在微藻基食品中存在的信息仍然有限。更重要的是，目前尚不清楚浓度最高的化合物是否也是膳食风险的主要贡献者。

为弥补这一知识空白，我们调查了中国81个零售样本单元所代表的77个商业微藻基食品样本中对羟基苯甲酸酯类、PFASs和PPDs的存在模式及其膳食风险意义，这些样本包括螺旋藻粉、小球藻粉和微藻加工食品产品。采用超高效液相色谱串联质谱法对目标污染物进行定量分析。对各产品类别的浓度分布概况、同系物分布及相关性进行了表征。利用蒙特卡洛模拟进一步评估了概率膳食暴露和非致癌风险，以识别风险驱动化合物。本研究表征了商业微藻基食品中对羟基苯甲酸酯类、PFASs和PPDs的存在概况、同系物分布、统计关联以及筛查级别的膳食风险意义。

章节摘要

样品与标准品

2023年3月至12月期间，共在中国采集了81个零售样本单元，代表77个微藻基食品样本，其中包括47个螺旋藻粉样本、10个小球藻粉样本和24个微藻加工食品产品（主要为片剂和蛋白粉）。样本的相关信息汇总于表S9中。样本购自在线平台和当地零售市场。采集后，所有样本均被研磨或均质化处理、密封并储存于

微藻食品中目标污染物的浓度分布

目标污染物的浓度分布、检出频率和汇总统计量见表S5和表S6。总体而言，对羟基苯甲酸酯类、PFASs和PPDs在分析的微藻基食品样本中均被广泛检出，表明商业微藻基产品中存在多类污染物的共存。不同污染物类别和产品类别间观察到明显的同系物分布概况差异。

对于对羟基苯甲酸酯类，甲酯对羟基苯甲酸酯（MeP）和乙酯对羟基苯甲酸酯（EtP）是

环境意义与局限性

微藻基食品的发展与可持续蛋白质体系和循环生物经济战略的推进密切相关。然而，本研究发现表明，微藻生产的环境效益应与化学安全性考量一并评估。由于微藻在水生系统中培养，并与溶解态和颗粒态污染物存在强烈的相互作用，它们可能充当受污染水环境与

关联内容

无

支持信息

分析标准品、仪器方法、方法验证、污染物存在情况以及膳食风险评估的详细信息见支持信息部分。表格内容包括对羟基苯甲酸酯类、PFASs和PPDs的原生和同位素标记内标信息（表S1）、UPLC梯度洗脱程序（表S2）、目标分析物的优化质谱参数（表S3），以及方法验证参数，包括校准方程、线性关系、限值和

说明

作者声明不存在竞争性经济利益关系。

CRediT作者贡献声明

李冰：写作–审阅与编辑。曾山：写作–审阅与编辑。吴迪：写作–审阅与编辑、监督指导。李禹之：形式分析、数据整理。吴永宁：写作–审阅与编辑、监督指导。刘鑫：写作–审阅与编辑、写作–初稿撰写、调查研究、经费获取、概念构思。刘艳：写作–初稿撰写、资源提供、项目管理、数据整理、概念构思。王巧：可视化、验证、软件，

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本研究由中国国家重点研发计划（2022YFF1102500）资助。

意义声明

微藻基食品被推广为可持续蛋白质来源，但其对水生污染物的积累能力创造了一条尚未得到充分表征的食品安全路径。本研究呈现了中国商业螺旋藻、小球藻及含微藻食品中对羟基苯甲酸酯类、PFASs和对苯二胺类抗氧化剂的多类别概况。研究结果表明，基于存在情况的优先排序可以

李禹之 | 宋文慧 | 杜世杰 | 方子玮 | 王巧 | 曾山 | 李冰 | 吴迪 | 刘艳 | 刘鑫 | 吴永宁