孟加拉国纸质食品包装中微量元素污染特征与健康风险综合评估

《Food Safety and Risk》：Trace element contamination and health risks in paper-based food packaging in Bangladesh

　　

摘要 发展中国家广泛使用非食品级纸张进行食品包装，构成了一项未被充分认识的公共卫生威胁，然而对此类材料中微量元素（Trace Elements, TEs）污染的综合评估仍然匮乏。本研究分析了38份纸样，包括孟加拉国达卡市常用作食品包装纸的报纸（浅色印刷区、粗体印刷区和照片印刷区）、杂志及书籍用纸，以定量分析七种微量元素（As、Pb、Cd、Cr、Ni、Cu和Mn）。铜和锰是含量最丰富的元素（分别高达61.9 ppm和31.7 ppm），而As、Pb、Cd和Cr频繁超出国际安全限值的2至100倍。多变量分析揭示了材料特异性特征：报纸粗体印刷区因高密度油墨而富含As/Pb；报纸照片印刷区因铜酞菁颜料而富含Cu；杂志因镍基催化剂而富含Ni。健康风险评估显示，儿童面临的风险显著高于成人，所有纸张类型的危害指数（Hazard Index, HI）均超过安全阈值（HI>1）（报纸粗体印刷：儿童HI=3.962；杂志：儿童HI=1.774）。四种致癌金属（As、Pb、Cd、Cr）均超出可接受的癌症风险水平（1×10??），其中儿童的风险约为成人的2.3倍。然而，由于缺乏迁移和形态分析数据，这些癌症风险评估结果存在相当大的不确定性。研究结果凸显了一个紧迫的监管空白：孟加拉国缺乏食品接触纸中微量元素含量的国家标准，致使含有有毒元素的可回收及印刷纸张得以持续使用。研究人员建议在考虑禁止非食品级纸张直接用于食品包装之前，应进一步开展包括迁移和形态分析在内的研究，同时实施食品接触材料的强制性认证，并开展摊贩教育活动。

一、研究背景与研究意义

纸基包装因其可生物降解、可回收和成本效益高等特性，被视为塑料包装的环保替代品，约占全球包装市场的31%。然而，在包括孟加拉国、印度、巴基斯坦及多个非洲国家在内的发展中国家中，废弃报纸、书籍用纸和杂志被直接用作食品包装材料的现象十分普遍。这些材料并非为食品接触而设计，其印刷油墨通常不符合安全标准，可能含有不同浓度的微量元素。当这些材料用于包裹热食或油腻食物时，金属可能迁移至食品中，对人体健康构成潜在风险。

这一健康风险在孟加拉国尤为突出。达卡市拥有超过2000万居民，约有20万名街头摊贩，每天为数百万人供餐，尤其在市场、交通枢纽和教育机构附近区域。现有研究存在以下局限：其一，多聚焦于单一纸张类型而非全面类别；其二，较少采用ICP-MS等高灵敏技术；其三，缺乏多变量源解析。此外，孟加拉国缺乏针对常用纸基包装材料中微量元素存在情况的综合研究。本研究通过结合多种食品接触纸材料并采用ICP-MS定量分析，填补了这一空白。

二、研究设计与技术方法

研究人员于2025年3月8日至10日从孟加拉国达卡市当地摊贩处采集了38份纸样，包括10种报纸（分别细分为浅色印刷区、粗体印刷区和照片印刷区）、4份杂志和4份书籍用纸。样品经湿法消解后，采用电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS）定量分析七种微量元素（As、Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Mn）。质量控制遵循ISO/IEC 17025:2017认证标准，采用标准参考物质验证方法准确性。健康风险评估依据美国环保署（US EPA）方法学，采用15%保守迁移因子，分别以成人（70 kg体重、每日200 g食品消费量）和儿童（15 kg体重、每日100 g食品消费量）为评估对象。统计分析采用Kruskal-Wallis非参数检验、Dunn事后检验、层次聚类分析和主成分分析（Principal Component Analysis, PCA）。

三、研究结果

微量元素浓度分析

不同纸张类型间微量元素浓度存在显著差异。Cu和Mn是含量最丰富的元素，报纸照片印刷区Cu平均浓度达45.479 ppm，报纸粗体印刷区Mn达19.912 ppm。Ni在杂志中浓度最高（4.279 ppm），Pb在报纸粗体印刷区最高（3.239 ppm）。As、Cd和Cr浓度相对一致，范围分别为0.055-0.444 ppm、0.070-0.108 ppm和1.972-2.793 ppm。多数微量元素浓度超出美国环保署、欧盟和欧洲委员会设定的标准限值。

元素分布模式

雷达图分析显示，Cu和Mn在所有样品中占主导地位，其次为Pb、Ni和Cr，As和Cd比例相对较低。报纸粗体印刷区As和Pb归一化值最高（均为1.0），报纸照片印刷区Cu最高（1.0），杂志Ni最高（1.0），书籍Cr最高（1.0）。Cd分布相对均匀（0.65-0.99），提示其来源于背景污染而非油墨特异性来源。

类别特异性微量元素浓度模式

Kruskal-Wallis检验显示As、Pb、Ni、Cu和Mn在纸张类别间存在显著差异（p<0.05）。Dunn事后检验表明，杂志中As和Pb浓度显著低于报纸粗体印刷区；Ni在杂志中显著低于报纸浅色印刷区；Cu在报纸照片印刷区最高，杂志显著低于报纸粗体和照片印刷区；Mn在报纸各类印刷区均显著高于杂志。Cd和Cr在五类纸张间无显著差异。

微量元素谱多变量分析

层次聚类分析将38个纸样分为五类：Cluster 1为混合通用簇（n=23），代表大多数纸样的基线污染特征；Cluster 2为报纸粗体和照片印刷簇（n=9），Cu浓度最高（49.09 ppm）；Cluster 3为单一异常值（Samakal_Bold），As浓度达2.81 ppm，超过总体均值六倍以上；Cluster 4为高Pb/Mn簇（n=3），Pb均值5.87 ppm；Cluster 5为杂志簇（n=2），Ni浓度最高（6.24 ppm）。微量元素聚类分析显示Cu和Mn聚为一簇，As、Pb、Cd、Cr和Ni形成另一簇。PCA分析中前两个主成分解释77.7%总方差，PC1主要区分报纸粗体印刷与杂志及书籍，PC2进一步区分纸张类型，杂志沿正PC2分离，报纸照片印刷区与高Cu浓度相关。

非致癌健康风险评估

危害商数（Hazard Quotient, HQ）分析显示，报纸粗体印刷区As对儿童HQ值最高（1.482），超过安全阈值，其次为报纸照片印刷区Cu（1.137）。Pb和Cr接近但未超过儿童阈值。累积危害指数（Hazard Index, HI）显示，儿童在所有纸张类型中均超过安全阈值（HI>1），其中报纸粗体印刷区最高（HI_Child=3.962），杂志最低（HI_Child=1.774）。成人HI值范围为0.836（杂志）至1.704（报纸粗体印刷区）。

癌症风险评估

在最坏情况下假设所有Cr均为六价铬[Cr(VI)]，四种优先致癌金属（As、Pb、Cd、Cr）在所有纸张类别和人群组中均超出可接受风险阈值（1×10??）。Cr的癌症风险最高，范围从杂志成人组的3.46×10?2至书籍儿童组的1.15×10?1；其次为As，从杂志成人组的3.52×10??至报纸粗体印刷区儿童组的6.67×10??。儿童风险约为成人的2.3倍。Cr风险值代表上限估计，因未进行形态分析，实际Cr可能主要为三价铬[Cr(III)]，其致癌潜力显著较低。

四、讨论与结论

讨论部分指出，Cu和Mn的主导地位归因于印刷油墨配方中铜酞菁颜料和锰基干燥剂的广泛使用。As和Pb在报纸粗体印刷区的高浓度反映高密度油墨中铅基颜料和含砷着色剂的使用，而杂志采用精炼低金属颜料等级。杂志中Ni特征信号可能源于镍基催化剂或特定绿色颜料，书籍中Cr高浓度可能来源于染料、回收纸浆残留物或纸张填料。Cd的均匀分布提示其来源于回收纸浆基质或基础涂层等普遍性来源。

区域比较显示，斯里兰卡和印度纸张中微量元素水平显著低于本研究，而尼日利亚和英国研究结果与本研究相当，反映印刷油墨配方、回收实践和监管执行力的区域差异。

研究结论指出，孟加拉国缺乏食品接触纸中微量元素含量的国家标准构成监管空白。研究建议在实施监管干预前，应开展迁移实验和形态分析等确证性研究；若确证显著风险，则需采取紧急监管干预，包括禁止非食品级纸张直接接触食品、采用国际对齐的安全基准以及投资可负担的认证替代品。通过采取预防性且基于科学的方法，孟加拉国可以保护数百万街头食品消费者，赋能摊贩采用更安全实践，并将这一珍贵的文化传统转变为可供全球发展中国家借鉴的可持续、健康导向模式。