《Food Control》：Accumulation and Transfer Behavior of Typical Heavy Metals in
Spirulina Products: Implications for Risk Assessment
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摘要本研究探讨了在以螺旋藻为原料的食品供应链中，铅、镉、汞和砷的暴露情况、生物积累、迁移过程以及相关风险。共检测了83份市售螺旋藻粉样本，采用电感耦合等离子体质谱法进行分析，随后通过蒙特卡洛模拟进行膳食风险评估。研究还建立了控制性暴露系统，以评估培养过程中重金属的生物积累情况，并
摘要
本研究探讨了在以螺旋藻为原料的食品供应链中，铅、镉、汞和砷的暴露情况、生物积累、迁移过程以及相关风险。共检测了83份市售螺旋藻粉样本，采用电感耦合等离子体质谱法进行分析，随后通过蒙特卡洛模拟进行膳食风险评估。研究还建立了控制性暴露系统，以评估培养过程中重金属的生物积累情况，并追踪了叶绿素铜钠盐生产过程中的金属重新分布情况。研究结果表明，这四种重金属在所有市售样本中都有检出，其中总砷的浓度和超标率最高，其次是汞。在人群平均摄入量假设下，综合危害指数低于1。然而，根据消费者实际摄入量重新计算后发现，在中度到高剂量或高剂量补充情况下，该指数可能接近或超过1。在本研究控制的单一金属暴露条件下，螺旋藻对铅和镉的生物富集系数明显高于对砷和汞的富集系数，且可溶性成分是重金属在细胞内的主要储存形式。在加工过程中，重金属会在粗提取、硫酸铵沉淀和透析等步骤中发生重新分布，最终约有30%-40%的重金属留在最终的叶绿素铜钠盐产品中。等温滴定量热法进一步证实，这四种金属可通过放热反应与叶绿素铜钠盐结合。本研究揭示了重金属在“水-藻类生物量-藻类粉-叶绿素铜钠盐”这条路径上的转移规律，为螺旋藻衍生产品的全链条安全控制和风险评估提供了科学依据。
引言
随着全球人口持续增长，对高质量蛋白质的需求日益增加，同时食品系统也亟需向绿色低碳方向转型，因此，开发兼具高营养价值与可持续性的未来食品已成为食品科学研究的重要焦点。微藻因其较高的光合作用效率、快速的生物量积累速度、较低的土地占用率以及相对较小的环境足迹，被广泛视为未来食品系统的理想新型生物资源（Schneider等人，2025；Williamson等人，2024；Yang、Fan等人，2024；Yang、Wang等人，2024）。其中，螺旋藻是最为广泛研究且商业化程度最高的可食用微藻之一。它富含蛋白质、必需氨基酸、维生素、矿物质以及多种生物活性物质，因此在营养强化和功能性食品开发方面具有巨大潜力（AlFadhly等人，2022；Luo等人，2024；Spínola等人，2024）。目前，螺旋藻已纳入较为成熟的商业生产和加工体系，其主要产品形式包括粉末、片剂、胶囊以及各种配方食品，其中螺旋藻粉仍是最主要的商品形态（García-Encinas等人，2025；Ibrahim等人，2026；Musa等人，2025；Prates，2025）。而叶绿素铜钠盐作为螺旋藻最具代表性的功能性成分，不仅具有天然的蓝色，还具备抗氧化、抗炎等潜在生物活性（Mini?等人，2024；Usai等人，2024；Yu等人，2024）。因此，它被广泛用作饮料、糖果、乳制品、甜点及烘焙食品中的天然着色剂和功能成分（Citi等人，2024；Fernandes等人，2023；Nikolova等人，2024）。随着消费者对天然成分、清洁标签产品以及功能性食品需求的不断增加，螺旋藻粉及其加工产物叶绿素铜钠盐正逐渐从传统的营养补充品转变为未来食品产业中的重要功能成分（Gunes等人，2024；Lauceri等人，2025；Lwin等人，2025；Sánchez-Laso等人，2023）。
然而，从螺旋藻食品安全的角度来看，作为一种典型的水生生物资源，其安全性不仅取决于养殖水和原材料的质量，还与收获、干燥、提取、纯化以及后续加工环节的控制密切相关（Ampofo & Abbey，2022；Tan等人，2024）。先前的研究表明，螺旋藻细胞通过细胞表面和细胞内成分，具有很强的吸附、络合和积累金属离子的能力。当养殖环境、加工介质或设备受到污染时，铅、镉、砷、汞和铬等常见重金属可能通过“水-藻类生物量-最终产品”这条路径进入食物链。近期对市售微藻食品和膳食补充剂的检测显示，其中经常能检测出有毒金属和稀土元素，部分样本的膳食暴露量和概率风险水平表明，这些产品所带来的健康风险不容忽视（Sochacka等人，2025；Varrà等人，2024；Wu等人，2024）。此外，针对分离出的叶绿素铜钠盐产品的研究也发现其中存在砷、镉、汞和铅等重金属，这说明后续加工并不一定能完全消除金属污染（Galinyt?等人，2023）。由于螺旋藻产品通常以粉末、片剂、胶囊或功能成分的形式被长期、定期摄入，即便微量污染物也可能导致累积性膳食暴露和慢性健康风险，因此有必要对其展开系统研究（Cepoi等人，2022；Diaconu等人，2023；Nath等人，2024）。
尽管以往的研究分别报道了市售微藻或螺旋藻产品中的金属污染情况及其风险评估，但关于螺旋藻在养殖过程中面临金属胁迫时的重金属吸附和积累行为，以及叶绿素铜钠盐的提取、纯化、理化性质和食品应用等方面的研究还不够充分，缺乏关于“养殖水-螺旋藻生物量-螺旋藻粉-叶绿素铜钠盐产品”整个产业链上重金属积累、分配和转移的完整证据。因此，本研究系统地分析了螺旋藻食品生产链中常见重金属的积累和转移规律。首先，调查了市售螺旋藻产品中常见重金属的暴露水平，并进行了膳食风险评估，以明确当前螺旋藻消费带来的潜在健康风险。随后，研究了螺旋藻生物量在养殖过程中的重金属积累特征，以此探讨培养环境对原材料安全的影响。最后，追踪了螺旋藻粉加工成叶绿素铜钠盐过程中的重金属迁移和分布情况，阐明加工过程如何影响重金属的去除、保留或重新富集。通过构建一个将商业产品、养殖过程和下游加工联系起来的综合研究框架，本研究旨在为螺旋藻类食品的原材料安全控制、基于流程的风险识别以及质量标准提升提供理论依据，同时为微藻基未来食品的全链条风险评估和监管管理提供科学支持。
章节节选
市售螺旋藻粉产品中重金属的暴露水平与风险评估
2023年3月至2025年8月期间，共收集了83份食品级螺旋藻粉样本。这些样本均通过线上平台或中国境内的零售店购买。样品经过研磨或均质处理后，被储存在4℃的黑暗环境中，以防止其降解。样本中铅、镉、汞和总砷的浓度是通过电感耦合等离子体质谱法，按照国家标准方法（GB
螺旋藻粉中的重金属暴露水平与风险评估结果
表1总结了螺旋藻粉样本中四种重金属的分析结果。这四种重金属在所有藻类粉样本中均有检出。铅、镉和总砷的检出率分别为97.59%、100.00%和98.80%，远高于汞的63.86%。从浓度水平来看，汞的含量最低，其平均值和中位数仅为0.0235毫克/千克干重和0.0016毫克/千克干重，远低于其他三种重金属的浓度
结论
本研究在控制性的单一金属养殖条件和加工实验背景下，系统地分析了螺旋藻基食品供应链中常见重金属的富集和迁移规律。在市售螺旋藻粉产品中，不同程度的铅、镉、汞和总砷均有检出，其中总砷的浓度和超标风险最为突出。从人群平均摄入量来看，整体风险较低，但若考虑个体差异
CRediT作者贡献说明
龚志勇：写作——审阅与编辑，指导。 刘欣：写作——审阅与编辑，指导，项目管理，资金获取。 王乔：写作——审阅与编辑，可视化，验证，资源准备，方法设计。 郑志强：写作——审阅与编辑，可视化，研究实施。 方子伟：写作——初稿撰写，验证，软件使用，正式分析，概念构思。 宋文辉：写作——初稿撰写，方法设计，研究实施，正式分析，数据整理
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
数据可用性
所收集的市售螺旋藻样本的原始数据包含产品及来源识别信息，为保护商业敏感信息，这些数据并未公开存档。如需获取用于支持本研究结论的去标识化处理后的数据，可向相应作者提出合理请求。共享的数据将使用匿名化的样本代码，且不会包含能够识别具体产品、制造商、供应商或购买方的信息
资助情况
本研究得到了中国国家重点研发计划的资助（编号：2022YFF1102500）。
利益冲突声明
? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。
刘岩|杜世杰|宋文辉|方子伟|郑志强|王乔|刘欣|龚志勇
中国武汉430023，武汉理工大学食品科学与工程学院
