随着工业和农业的快速发展，大量的重金属随着废水排放到天然水体，导致水体重金属污染。重金属难降解、毒性大并易于在食物链中积累[1-3]。大量研究表明，水生生物对环境污染物尤其是重金属具有较强的富集作用[4-5]，媒体报道的水产品中重金属超标屡见不鲜，重金属已然成为水生生态系统最危险的物质之一[6-10]。
近年来，柳州螺蛳粉以其独特的口感一跃成为网红产品，市场需求量巨大。而螺蛳作为柳州螺蛳粉的主要原料，其受重金属的污染状况及安全性研究未见报道。螺蛳中重金属易结合人体酶蛋白，使蛋白质失去活性，进而损伤组织细胞，在食用含有重金属污染的食材后会对人体器官造成伤害，也会对柳州螺蛳粉品牌质量造成影响，有损口碑。因此，为保证柳州螺蛳粉行业的健康发展，同时为政府监管部门提供监管依据，研究其原料螺蛳中的重金属元素具有重要意义。
本文以不同来源螺蛳为研究对象，采用电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma massspectrometry，ICP-MS)法测定其中铅、砷、汞、镉、铬5种重金属元素含量，并运用相关性分析、聚类分析、主成分分析和正交偏最小二乘判别分析对重金属元素进行统计分析，再运用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属元素进行安全性评价，以期为科学评价螺蛳食用安全性提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
硝酸(优级纯)，德国默克公司；试验用水,自制一级纯化水；铅(批号19C045-8)、砷(批号19C028-8)、汞(批号18B012-2)、镉(批号203006-2)、铬(批号20C008-8)标准溶液(质量浓度均为1 000 μg/mL)国家有色金属及电子材料分析中心；ICP-MS混合内标液(批号50-025CRY2,质量浓度100 μg/mL)，美国安捷伦科技有限公司。
1.2 仪器与设备
7700x型电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦科技有限公司；MARS-6型微波消解仪，美国CEM公司；BHW-09C型赶酸仪，上海博通化学科技有限公司；XS205型电子分析天平，瑞士梅特勒-托利多公司；明澈24UV型超纯水器，德国默克密理博公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品来源及制备
20批螺蛳样品由13家柳州螺蛳粉生产企业提供，来源分布于柳州市市区、柳城县以及湖北省洪湖市等螺蛳养殖基地。以其鲜品去壳，取可食用部位，绞碎，置于冰箱中冷冻保存。
1.3.2 仪器条件
ICP-MS射频功率1 320 W；载气流速1.15 L/min；采样深度8 mm；蠕动泵转速0.45 r/s；重复次数3次；碰撞反应池模式。微波消解从室温经20 min升至180 ℃，保持25 min，然后经15 min降至室温。
1.3.3 测定方法
采用GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》进行前处理及测定。以扇贝标准物质(GBW10024)为质控样品对检测过程进行随行质量控制(包括精密度试验、重复性试验及准确度试验)。
1.3.4 多元统计分析方法
将不同来源螺蛳中5种重金属测定结果导入SPSS及SIMCA软件，按样品对重金属测定值进行变换处理，再进行相关性分析、聚类分析、主成分分析和正交偏最小二乘判别分析。
1.3.5 安全性评价方法
以GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》作为评价依据，即铅≤0.5 mg/kg，砷≤0.5 mg/kg，汞≤0.5 mg/kg，镉≤0.5 mg/kg，铬≤2 mg/kg。采用单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法对重金属污染进行评价。单因子污染指数计算方法如公式(1)所示：
Pi=Ci/Si
(1)
式中:Pi为污染物i的单因子指数，Ci为污染物i的实测值，Si为污染物i的评价标准值。内梅罗综合污染指数计算方法如公式(2)所示：
P综
(2)
式中:P综为综合污染指数，Pave为单因子污染指数平均值，Pmax为所有单因子污染指数最大值。污染评价等级标准[11-13]见表1。
表1 污染评价等级标准
Table 1 Standard for rating of pollution assessment
分级单因子污染指数内梅罗综合污染指数指数评价等级 指数评价等级 1 Pi≤0.7安全级 P综≤0.7安全级 20.7
2 结果与分析
2.1 质量控制结果
取质控样品溶液1份，重复测定6次，作为精密度试验，结果各元素RSD为1.57%～3.74%，表明精密度良好；取质控样品，平行制备6份质控样品溶液，测定，作为重复性试验，结果各元素RSD为2.66%～4.89%，表明重复性良好；以重复性试验结果考察准确度，结果见表2。由表2可知，准确度良好。
表2 标准物质测定结果 单位：mg/kg
Table 2 The detection results of reference materials
元素标准值实测平均值铅0.12±0.030.11砷3.6±0.63.4汞0.040±0.0070.043镉1.06±0.101.01铬0.28±0.070.24
2.2 样品测定结果
20批样品测定结果见表3。由表3可知，不同产地铅、砷、汞、镉、铬含量分别为0.10～0.25、0.01～0.06、0.01～0.02、0～0.02、0.11～0.35 mg/kg，平均含量分别为0.18、0.03、0.01、0.01、0.20 mg/kg，不同重金属元素含量差异较大，样品中各重金属元素含量均符合相关标准要求。
表3 不同产地螺蛳中重金属测定结果 单位：mg/kg
Table 3 The detection results of heavy metals in snails from different places of origin
样品编号产地铅砷汞镉铬1广西柳州市0.24 0.05 0.01 — 0.19 2广西柳州市0.25 0.06 0.01 0.01 0.23 3广西柳州市0.23 0.04 0.01 0.01 0.20 4广西柳州市0.22 0.04 0.01 0.01 0.21 5广西柳州市0.23 0.05 0.01 0.01 0.25 6广西柳州市0.22 0.05 0.01 0.01 0.18 7广西柳州市0.23 0.03 0.01 0.01 0.20 8广西柳州市0.24 0.04 0.01 0.01 0.19 9广西柳州市0.22 0.03 0.02 0.01 0.18 10广西柳城县0.15 0.03 0.01 0.01 0.29 11广西柳城县0.18 0.02 0.01 0.01 0.32 12广西柳城县0.18 0.03 0.01 0.01 0.33 13广西柳城县0.17 0.03 0.01 0.02 0.35 14湖北洪湖市0.12 0.02 0.01 0.01 0.13 15湖北洪湖市0.14 0.02 0.01 0.02 0.15 16湖北洪湖市0.11 0.03 0.01 0.01 0.15 17湖北洪湖市0.10 0.03 0.01 0.01 0.13 18湖北洪湖市0.13 0.02 0.01 0.02 0.14 19湖北洪湖市0.11 0.01 0.01 0.01 0.13 20湖北洪湖市0.10 0.02 0.01 0.01 0.11 平均值0.18 0.030.01 0.01 0.20
注：—表示未检出
2.3 多元统计分析
2.3.1 相关性分析
采用IBM SPSS Statistics 23.0软件对20个不同来源的螺蛳中铅、砷、汞、镉、铬5种重金属含量进行相关性分析，Pearson相关系数结果见表4。由表4可知，铅与砷呈显著正相关，表明铅与砷有互相协同的作用，其余重金属元素之间相关性不显著。
表4 重金属元素相关性分析
Table 4 Correlation analysis of heavy metal elements
重金属元素铅砷汞镉铬铅 1 0.780∗∗ 0.180 -0.3410.387砷0.780∗∗1 -0.046-0.4100.230汞0.180 -0.046 1-0.053-0.076镉-0.341 -0.410 -0.05310.072铬0.387 0.230 -0.0760.0721
注：**表示在 0.01 级别(双尾)，相关性显著
2.3.2 聚类分析
采用IBM SPSS Statistics 23.0软件对20个不同来源的螺蛳中铅、砷、汞、镉、铬5种重金属含量进行分析，采用离差平方和法，平方Euclidean距离，进行系统聚类，结果见图1。由图1可知，当平方Euclidean距离为25时，20个样品共分为两大类，1～13号为第一类，此类样品均来源于广西柳州本地；14～20号为第二类，此类样品均来源于湖北洪湖市。对样品进一步细分，柳州市区(1～9号)与县份(10～13号)样品各自聚为一类。聚类分析结果与产地来源基本一致，表明螺蛳的重金属含量与地域、环境等因素有一定相关性。
图1 不同产地螺蛳中重金属聚类分析结果
Fig.1 The cluster analysis results of heavy metals in snails from different places of origin
2.3.3 主成分分析
以样品铅、砷、汞、镉、铬测定结果导入SIMCA 14.1软件，进行主成分分析，结果见表5、图2、图3。由表5可知，前2个主成分累积方差贡献率为93.2%，且特征值均大于1，因此，选择前2个主成分进行分析。由图2可知，不同产地螺蛳在主成分空间位置上能够分散开。其中，柳州市区、柳城县及湖北洪湖市螺蛳按照产地在主成分空间位置上各自较为集中，各自特征分别为：柳州市区螺蛳铅、砷、汞含量相对较高；柳城县螺蛳铬含量相对较高；湖北洪湖市螺蛳镉含量相对较高，此结果与聚类分析结果一致。由图3可知，引起差异贡献最大的重金属元素是铬，其次是铅、砷、镉、汞。
表5 主成分分析结果
Table 5 The PCA results
主成分特征值方差贡献率/%累积方差贡献率/%PC13.1963.7%63.7%PC21.4729.5%93.2%
图2 不同产地螺蛳中重金属主成分分析得分图
Fig.2 The PCA score plot of heavy metals in snails from different places of origin
图3 五种重金属元素载荷图
Fig.3 Loading plot of five heavy metals
2.3.4 正交偏最小二乘判别分析
在主成分分析的基础上，对数据进行正交偏最小二乘判别分析，结果见图4、图5。由模型验证参数可知，数据矩阵的解释率参数R2X=0.932，模型区分参数R2Y=1，模型预测参数Q2=0.927，均大于0.5，表明建立的数学模型稳定且预测能力较强。根据变量重要性投影值(variable importance in the projection，VIP)筛选出引起差异的主要标志性成分，以VIP>1的成分确定为贡献较大的成分。由图5可知，VIP>1的成分有2个，按照大小依次为铬和铅，表明这2种重金属元素是产生差异的主要标志性成分，该结果与主成分分析结果一致。
图4 不同产地螺蛳中重金属正交偏最小二乘判别 分析得分图
Fig.4 The OPLS-DA score plot of heavy metals in snails from different places of origin
图5 不同重金属元素VIP图
Fig.5 The VIP plot of different heavy metals
2.4 安全性评价
20批样品安全性评价表见表6。由表6可知，各重金属元素单因子污染指数为0～0.50，内梅罗综合污染指数为0.15～0.37，评价等级均为安全级，表明螺蛳所受重金属污染较小，食用安全性高。
表6 不同产地螺蛳中重金属安全性评价结果
Table 6 The safety evaluation results of heavy metals in snails from different places of origin
样品编号产地Pi铅砷汞镉铬P综评价等级1广西柳州市0.480.100.020.000.100.35安全级2广西柳州市0.500.120.020.020.120.37安全级3广西柳州市0.460.080.020.020.100.34安全级4广西柳州市0.440.080.020.020.110.33安全级5广西柳州市0.460.100.020.020.130.34安全级6广西柳州市0.440.100.020.020.090.33安全级7广西柳州市0.460.060.020.020.100.34安全级8广西柳州市0.480.080.020.020.100.35安全级9广西柳州市0.440.060.040.020.090.32安全级10广西柳城县0.300.060.020.020.150.23安全级11广西柳城县0.360.040.020.020.160.27安全级12广西柳城县0.360.060.020.020.170.27安全级13广西柳城县0.340.060.020.040.180.26安全级14湖北洪湖市0.240.040.020.020.070.18安全级15湖北洪湖市0.280.040.020.040.080.21安全级16湖北洪湖市0.220.060.020.020.080.17安全级17湖北洪湖市0.200.060.020.020.070.15安全级18湖北洪湖市0.260.040.020.040.070.19安全级19湖北洪湖市0.220.020.020.020.070.16安全级20湖北洪湖市0.200.040.020.020.060.15安全级
3 结论
本研究通过对不同来源的螺蛳进行重金属含量测定，发现螺蛳中铅、砷、汞、镉、铬含量均符合相关标准要求。相关性分析表明，铅与砷呈显著正相关，其余重金属元素之间相关性不显著。聚类分析、主成分分析和正交偏最小二乘判别分析能将螺蛳的各产地区分开，并筛选出特征元素。各重金属元素单因子污染指数和内梅罗综合污染指数均小于0.7，为安全级，表明各产地螺蛳所受重金属污染较小，安全等级高。
螺蛳中重金属含量主要受三方面因素影响。(1)自身因素，主要取决于螺蛳的生理特征、生活习性、对重金属的富集和代谢机理;(2)人文因素，主要是人员在饲养螺蛳过程中所投喂的饵料所带来的的影响;(3)环境因素，水源是螺蛳生长的物质基础，水质、泥沙、空气等环境因素对螺蛳的生长及重金属的积累有一定影响。从本次结果来看，湖北螺蛳所受重金属污染较柳州本地小，整体质量较优，再加上价格及供求关系等因素，致使部分生产企业更倾向于购买湖北螺蛳。建议相关部门从以上三方面出发，加强对螺蛳中重金属的持续监测，以保证螺蛳的安全性，继而从源头上保障柳州螺蛳粉行业的高质量发展。
[1] 邓琳静, 刘艳霖, 幸嘉瑜, 等.水体重金属污染处理研究进展[J].广东化工, 2020, 47(19):104-106.
DENG L J, LIU Y L, XING J Y, et al.Research progress in treatment of heavy metal pollution in water[J].Guangdong Chemical Industry, 2020, 47(19):104-106.
[2] 池丽娜. 水环境中重金属污染的现状及检测技术探讨[J].世界有色金属, 2020(19):197-198.
CHI L N.Present situation of heavy metal pollution in water environment and discussion on detection technology[J].World Nonferrous Metals, 2020(19):197-198.
[3] 潘俊璆, 罗茜文, 黄祯晶, 等.广西西江流域镉污染情况分析[J].科技创新与应用, 2020(2):61-63.
PAN J Q, LUO X W, HUANG Z J, et al.Analysis of cadmium pollution in Xijiang River Basin of Guangxi[J].Technology Innovation and Application, 2020(2):61-63.
[4] 王志芳, 肖俊, 罗永巨.水环境镉污染对养殖鱼类的影响研究进展[J].广西科学院学报, 2019, 35(3):166-171.
WANG Z F, XIAO J, LUO Y J.A review of the effects of cadmium on aquaculture[J].Journal of Guangxi Academy of Sciences, 2019, 35(3):166-171.
[5] 白晨, 郝天琦, 赵心悦, 等.辽西沿海地区4种海鱼重金属富集特征与污染风险评价[J].现代畜牧兽医, 2021(3):70-73.
BAI C, HAO T Q, ZHAO X Y, et al.Bioaccumulation characteristics and pollution risk assessment of four marine fishes in the coastal area of western Liaoning[J].Modern Journal of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, 2021(3):70-73.
[6] 王玲, 马志凯, 陈锋.三门湾海域水产品重金属污染现状及对人体健康风险分析[J].海洋开发与管理, 2016, 33(8):39-46.
WANG L, MA Z K, CHEN F.Current pollution status and health risk assessment of heavy metals in aquatic products of Sanmen Bay，Zhejiang Province[J].Ocean Development and Management, 2016, 33(8):39-46.
[7] 高志杰, 汪娌娜, 郑海波, 等.宁波市2012年市售海产品中重金属铅、汞、镉、铬污染状况分析[J].中国食品卫生杂志, 2014, 26(1):76-78.
GAO Z J, WANG L N, ZHENG H B, et al.Analysis on concentration of heavy metals lead, mercury, cadmium, chromium in seafood in Ningbo in 2012[J].Chinese Journal of Food Hygiene, 2014, 26(1):76-78.
[8] 杨妙峰,郑盛华, 席英玉, 等.福建东山湾养殖贝类重金属污染状况及健康风险评价[J].生态毒理学报, 2019, 14(5):308-317.
YANG M F, ZHENG S H, XI Y Y, et al.Pollution status and health risk assessment of heavy metals in shellfishes cultured in Dongshan Bay, Fujian province[J].Asian Journal of Ecotoxicology, 2019, 14(5):308-317.
[9] 徐轶肖, 张腾, 赵鹏, 等.北部湾贝类重金属污染特征及健康风险评价[J].环境科学与技术, 2019, 42(S2):38-44.
XU Y X, ZHANG T, ZHAO P, et al.Heavy metal contamination and health risk assessment of shellfish in the beibu guif[J].Environmental Science & Technology, 2019, 42(S2):38-44.
[10] 黄徽, 朱晓玲, 余婷婷, 等.湖北省水产品重金属污染状况分析[J].食品工业, 2020, 41(1):284-287.
HUANG H, ZHU X L, YU T T, et al.Analysis of heavy metal pollution status of aquatic products in Hubei province[J].The Food Industry, 2020, 41(1):284-287.
[11] 王燕云, 林承奇, 黄华斌, 等.厦门市售蔬菜、茶叶重金属含量及健康风险评价[J].食品工业, 2018, 39 (12):190-195.
WANG Y Y, LIN C Q, HUANG H B, et al.Concentrations and health risk evaluation of heavy metals in vegetables and teas in Xiamen markets[J].The Food Industry, 2018, 39 (12):190-195.
[12] 崔广林, 李隆云, 谭均, 等.不同产地川佛手中重金属含量测定及安全性评价[J].热带作物学报, 2018, 39 (12):2 491-2 498.
CUI G L, LI L Y, TAN J, et al.Assay and safety evaluation of heavy metals in Citrus medica var.sarcodactylis from different areas of Sichuan Province[J].Chinese Journal of Tropical Crops, 2018, 39 (12):2 491-2 498.
[13] 刘雪芳, 闫兆凤.某地市售蔬菜重金属污染状况及其健康风险分析[J].中国卫生产业, 2018, 15 (21):150-152.
LIU X F, YAN Z F.Analysis of heavy metal pollution status and its health risk of marketed vegetables in some place[J].China Health Industry, 2018, 15 (21):150-152.