沙特阿拉伯吉赞地区药用植物与香料中天然放射性核素(40K、238U、232Th)的活度浓度及辐射风险评估

《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》：Activity concentrations of natural radionuclides and radiological risk evaluation in medicinal herbs and spices from Jazan, Saudi Arabia

　　

摘要：本研究旨在测定沙特阿拉伯西南部吉赞(Jazan)地区当地市场采集的药用草本植物与香料中天然放射性核素——40K、238U和232Th的活度浓度(Activity Concentration)，并评估其相关的辐射风险(Radiological Risk)。研究人员采集共20份样品(10种药用草本植物和10种香料)，使用经校准的NaI(Tl) γ能谱系统进行分析。依据国际原子能机构(IAEA)及联合国原子辐射效应科学委员会(UNSCEAR)导则，计算镭等效活度(Radium Equivalent Activity, Raeq)、吸收剂量率(Absorbed Dose Rate)、年有效剂量(Annual Effective Dose, AED)、外/内危害指数(External/Internal Hazard Index, Hex/Hin)及γ活度指数(Gamma Activity Index, Iγ)。结果显示40K活度浓度最高，可达153.61 Bq·kg?1，而238U和232Th平均浓度分别为23.5 Bq·kg?1和1.9 Bq·kg?1。所有样品的Raeq远低于370 Bq·kg?1的安全限值；估算的吸收剂量率及相应年有效剂量较低(量级约10 μSv·年?1)，显著低于世界卫生组织(WHO)推荐的公众照射限值1 mSv·年?1(1000 μSv·年?1)。研究发现内照射年有效剂量(AEDin)始终大于外照射年有效剂量(AEDout)，表明食入是主要的暴露途径。正态性检验、参数与非参数检验、效应量评估及主成分分析(PCA)显示药用草本植物与香料间无显著差异，说明二者放射性核素分布及相关辐射风险相似。本研究为吉赞地区常用消费药用草本植物与香料的天然放射性水平提供了新颖的本底数据，结果表明在所设暴露情景与消费假设下，这些产品关联的辐射风险处于低水平，但仍建议持续监测并建立监管导则以确保长期安全及支持沙特阿拉伯公共卫生防护。

沙特阿拉伯吉赞地区药用草本植物与香料中天然放射性核素活度浓度及辐射风险评估的研究解读

研究背景与立题依据：

天然存在的放射性物质(NORMs)，主要包括⁴⁰K(钾-40)、²³⁸U(铀-238)和²³²Th(钍-232)，广泛存在于土壤、岩石及水体中，可被植物根系吸收并富集于可食用或药用的植物组织内。吉赞(Jazan)地区位于沙特阿拉伯西南部红海沿岸，地质构造复杂，含有火山岩(Harrat)及沉积层，且当地居民高度依赖本地种植的药用草本植物与香料，既有研究表明干旱及半干旱区特定地质背景可能导致天然本底辐射偏高。尽管全球已有针对谷物、蔬菜等食品中放射性核素的研究，但针对吉赞这一特殊地质与高消费背景下的药用草本植物与香料的系统性放射性检测及基于本地消费习惯的辐射暴露评估尚属空白。现有沙特国内研究多缺乏结合本地实际摄入量的综合辐射风险评估。因此，研究人员开展了此项首次针对吉赞地区药用草本植物与香料中⁴⁰K、²³⁸U、²³²Th活度浓度测定及全套辐射 hazard参数计算的系统性研究，以填补数据空白，为食品安监与公众健康保护提供基线依据。该论文发表于《Journal of Radiation Research and Applied Sciences》。

主要关键技术与方法概括：

研究人员于2025年1月至3月从沙特吉赞地区不同街区市集采集20份常用样品（10种药用草本植物：园蔓菁菜、薰衣草、罗勒、百里香、绿茶、指甲花、迷迭香、洛神花、薄荷、黑种草Nigella sativa；10种香料：八角、孜然、肉桂、香菜籽、姜黄、芝麻、生姜、小茴香籽、黑胡椒、丁香）。样品经50 ℃烘干、粉碎过筛至约300 μm粒径，各取约80 g装入Marinelli烧杯密封静置60天以实现²²⁶Ra与²³²Th衰变系列久期平衡。采用经¹³⁷Cs、⁶⁰Co等标准源校准的NaI(Tl) γ能谱仪（75 mm × 75 mm晶体，多道分析器MCA，计数时间2700 s，铅室屏蔽）测定各核素特征γ射线峰计算活度浓度。基于测得浓度，按UNSCEAR与IAEA公式计算镭等效活度(Ra_eq)、室外/室内吸收剂量率(E_out、E_in)、年有效剂量(外照AED_out、内照AED_in)、外/内危害指数(H_ex、H_in)及γ活度指数(I_γ)。低于检测限(LD / LOD)的数据以LOD/2替代，采用Shapiro–Wilk正态性检验、单因素方差分析(ANOVA)或Kruskal–Wallis检验进行组间比较，并做主成分分析(PCA)探讨变量关系。

研究结果：

3.1. Radiological evaluation（放射性核素活度浓度评价）：

NaI(Tl) γ能谱测得⁴⁰K活度浓度范围为草本植物46.15～153.61 Bq·kg^?1（均值76.14 Bq·kg^?1）、香料44.87～126.63 Bq·kg^?1（均值78.48 Bq·kg^?1），部分样品低于检测限；²³⁸U均值分别为23.50 Bq·kg^?1与23.06 Bq·kg^?1，范围21.08～27.60 Bq·kg^?1；²³²Th均值约1.98 Bq·kg^?1与1.96 Bq·kg^?1，均＜3 Bq·kg^?1。所有核素浓度均低于UNSCEAR/IAEA推荐的食品参考限值（⁴⁰K＜412 Bq·kg^?1，²³⁸U＜33 Bq·kg^?1，²³²Th＜45 Bq·kg^?1）。结论：⁴⁰K因是植物必需宏量元素而贡献最大，²³²Th生物可利用性与根吸收极低，吉赞地区样品放射性活度处于低水平。

3.2. Distribution pattern of radioactivity（放射性分布模式 / 镭等效活度分布）：

草本植物Ra_eq为62.25～185.74 Bq·kg^?1（均值103.48 Bq·kg^?1），香料为64.64～140.52 Bq·kg^?1（均值102.94 Bq·kg^?1），均远低于370 Bq·kg^?1安全上限。两组Ra_eq相近且变异小，反映区域内农业实践与土壤环境较均一，且草本与香料对放射性核素的累积能力无显著差异；Ra_eq主要由⁴⁰K主导。

3.3. Environmental gamma exposure and protection（环境γ外照射与防护评估）：

室外吸收剂量率(E_out)草本为26.71～35.93 nGy·h^?1（均值31.23 nGy·h^?1），香料为27.71～33.36 nGy·h^?1（均值30.60 nGy·h^?1）；室内吸收剂量率(E_in)略高。总年有效剂量(AED_total)草本为8.84～11.84 μSv·年^?1（均值10.32 μSv·年^?1），香料为9.19～10.94 μSv·年^?1（均值10.10 μSv·年^?1）。所有AED_in＞AED_out，内照射贡献约为外照射两倍，确认食入为主要暴露途径。全部剂量值远低于ICRP公众限值1000 μSv·年^?1。

3.4. Environmental safety（环境安全 / 辐射危害指数评价）：

外危害指数(H_ex)草本0.17～0.22（均值0.19），香料0.17～0.20（均值0.19）；内危害指数(H_in)草本0.33～0.42（均值0.37），香料0.34～0.39（均值0.36）；γ活度指数(I_γ)草本0.42～0.56（均值0.49），香料0.43～0.52（均值0.48）。三项指标均＜1（IAEA/EC推荐限值），表明样品无显著内外照射危害，且数值集中反映区域放射性本底均匀。

3.5. International comparison（国际对比）：

吉赞地区⁴⁰K、²³⁸U、²³²Th活度浓度及Ra_eq普遍低于加纳、伊拉克、孟加拉国、埃及、巴基斯坦及尼日利亚已发表同类研究中位数或均值，尤其²³²Th(~2 Bq·kg^?1)为全球报道最低水平之一，佐证当地土壤Th生物有效性低。

3.6. Descriptive statistics（描述性统计学分析）：

Shapiro–Wilk检验显示²³⁸U、²³²Th及Ra_eq近似正态分布，⁴⁰K非正态（受个别高值影响）。ANOVA与Kruskal–Wallis检验均显示草本组与香料组间无统计学显著差异(p＞0.05)，效应量η²＜0.01、Cohen's |d|＜0.3为可忽略。PCA前两个主成分解释总方差85%（PC1=71.90 %关联Ra_eq及剂量参数，PC2=16.95 %关联²³⁸U/²³²Th地质差异），得分图显示Mh与Sp样本重叠无聚类分离，再次验证两类样品放射学特征无实质差别。

讨论与结论翻译总结：

研究人员使用NaI(Tl) γ能谱测定了吉赞地区药用草本植物与香料中天然放射性核素(⁴⁰K、²³⁸U、²³²Th)的活度浓度。鉴于吉赞地区的战略农业地位及对草药与香料的高消费依赖，本研究提供了重要的区域性食品安保全与辐射防护证据。结果表明⁴⁰K具最高活度浓度，²³⁸U与²³²Th在所有样品中极低；所有样品的核素浓度处于国际报道的食品浓度范围内。计算所得镭等效活度(Ra_eq)、吸收剂量率、年有效剂量(AED)、危害指数(H_ex、H_in、I_γ)均低于国际关注阈值；估算年有效剂量低于公众照射限值1 mSv·年^?1(1000 μSv·年^?1)，表明在研究的消费情景假设下辐射风险低。此外结果一致显示内照射年有效剂量(AED_in)超过外照射年有效剂量(AED_out)，证实食入为主要暴露途径。整合统计分析确认所观测差异无实际意义，强化了结果的可靠性并重申所分析组别间辐射风险差异可忽略。与国际研究相比，吉赞样品通常含较低水平的放射性核素。总体而言，分析产品的消费关联低水平辐射暴露；但实际暴露可因饮食习惯、消费率及长期累积摄入而异，需注意个体差异。部分样品²³⁸U略高可能源于当地土壤地球化学及植物吸收特性，需进一步研究明确关系。本研究建立了用于持续监测与区域食品放射性评估的初步基线数据，建议在符合国际规定措施下建立持续监测计划以保护消费者。局限含地理覆盖与小样本量、缺乏消费行为数据及多元分析不足；未来研究宜扩大样本、纳入季节变化及更完善统计框架以深化对放射性核素行为与暴露风险的认知。