牛奶中不仅含有优质的脂肪、蛋白质、碳水化合物等营养物质，还含有多种微量元素，对人体生长发育、机体代谢等有重要作用^[1]。由于环境污染的加剧，导致饲养用水及饲料中有害重金属含量不断增加，通过重金属的生物迁移，也会影响到农产品中重金属的含量，其中牛奶中重金属的含量也越来越受到重视^[2-3]。目前对于牛奶中重金属元素含量的研究较少，对于国产品牌和进口品牌之间以及不同产地牛奶中金属元素含量情况亦不明确^[4]。

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术具有灵敏度高、分析速度快、样品处理简单等特点，已广泛应用于环境、食品、药品、生物医药等行业中^[5-9]。Llorent-Martinez和Potortì等^[10-12]通过ICP-MS检测了豆奶和牛奶、驴奶以及酸奶中的多种元素。本研究采用ICP-MS法对国内外常见品牌的32种牛奶中的5种重金属元素进行测定，以了解国内外不同品牌牛奶中金属元素含量，为牛奶选购提供参考，并采用美国环保局推荐的健康风险评价模型^[13]对牛奶中5种重金属的公众健康危害风险度进行探讨和研究。

1 材料与方法 1.1 材料 1.1.1 样品

选取国内外32种不同品牌的牛奶。其中国内16种，国外16种，SQ、JB、YAT纯牛奶购于济宁本地超市，其余样品均通过电商渠道(淘宝网、京东商城)购买。见表 1。

1.1.2 主要仪器与试剂

Agilent 7700x型电感耦合等离子体质谱仪购于美国安捷伦科技有限公司；MDS-6微波消解仪购于上海新仪微波化学科技有限公司。Sartorius arium pro超纯水系统购于德国赛多利斯集团；铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、砷(As)各元素标准溶液(10μg/ml)购于美国安捷伦科技有限公司；硝酸(优级纯)购于德国Merck公司；双氧水(分析纯)购于上海远大过氧化物有限公司；超纯水为Sartorius arium pro超纯水系统制备。

实验用水均为超纯水，所有用于实验的器皿均在20% HNO₃中浸泡12h以上，使用前用超纯水洗涤。

1.2 方法 1.2.1 样品的制备

准确量取1ml牛奶样品于微波消解罐中，加入3ml HNO₃，4ml H₂O₂，充分摇匀，室温静置8h，盖好弹片并旋紧微波消解罐外盖，于微波消解仪中消解，如表 2所示。消解后的样品用超纯水转移并定容至50ml，置于4℃保存，待测，平行做3个样品^[5-7]。同时做加标回收样品。

1.2.2 标准溶液的配制

分别量取一定体积的各元素标准储备液，Pb、Hg、Cd、Cr元素以用2% HNO₃，As元素以10% HNO₃，配制成标准工作曲线溶液。见表 3。

1.2.3 样品测定

样品开始测定前，ICP-MS开机预热30min，ICP-MS工作参数及设定值如表 4，内标管在线导入内标溶液，样品管导入标准曲线溶液和待测样品，绘制元素标准曲线，定量分析各样品中各元素含量。

1.3 牛奶中重金属的健康风险评价模型

本文主要对化学致癌物Cr、Cd、As和非致癌污染物Pb、Hg所致人体健康的风险进行评价^[13]。

$ {\rm{R}}_{{\rm{ig}}}^{\rm{C}} = \left[ {1 - \exp \left( { - {{\rm{D}}_{{\rm{ig}}}}{{\rm{q}}_{{\rm{ig}}}}} \right)} \right]/70 $

(1)

式中，R_ig^C为化学致癌物i(共k种化学致癌物质)经食入途径产生的平均个人致癌年风险(a^-1)；D_ig为化学致癌物i经食入途径的单位体重日均暴露剂量(mg/kg·d)；q_ig为化学致癌物i的食入途径致癌强度系数(mg/kg·d)；70为人类平均寿命(a)。

$ {\rm{R}}_{{\rm{ig}}}^{\rm{C}} = \left( {{{\rm{D}}_{\rm{i}}}{\rm{g}} \times {{10}^{ - 6}}} \right)/\left( {{\rm{PA}}{{\rm{D}}_{\rm{i}}}{\rm{g}} \times 70} \right) $

(2)

式中，R_ig^C为非致癌污染物i(共i种非致癌物质)经食入途径所致健康危害的个人平均年危险(a^-1)；D_ig为非致癌污染物i经食入途径的单位体重日均暴露剂量(mg/kg·d)；PAD_ig为通过食入途径非致癌污染物i的调整剂量(mg/kg·d)；70为人类平均寿命(a)。

牛奶通过食入途径的单位体重日均暴露剂量Dig可按下式计算：

$ {{\rm{D}}_{{\rm{ig}}}} = [0.5 \times \Delta {\rm{C}}({\rm{x}})]/70 $

(3)

式中，0.5为世界卫生组织推荐的每日牛奶食入量(L)；△C(x)为污染物年均浓度增量(mg/L)；70为人均体重(kg)。

调整剂量PAD_ig可按下式计算：

$ {\rm{PA}}{{\rm{D}}_{{\rm{ig}}}} = {\rm{Rf}}{{\rm{D}}_{{\rm{ig}}}}/安全因子 $

(4)

式中，RfD_ig是通过食入途径非致癌污染物i参考剂量(mg/kg/d)，本研究中安全因子取值为10。

假定各有毒物质对人体健康的影响作用为加和作用，而不是协同和拮抗作用，可以得到混合物综合健康风险评价的模型。

$ {{\rm{R}}_{\rm{1}}} = {{\rm{R}}^{\rm{a}}} + {{\rm{R}}^{\rm{b}}} + \cdots + {{\rm{R}}^{\rm{n}}} $

(5)

根据国际癌症研究机构(IARC)和世界卫生组织(WHO)通过全面评价基因毒物质致癌性可靠程度而编制的分类系统^[13-14]，化学致癌物Cr、Cd和As的致癌强度系数q_ig分别为41.0mg/kg·d、6.1mg/kg·d和15mg/kg·d。根据美国环保局(EPA)为多种非致癌污染物计算出的关暴露途径的参考剂量值，非致癌污染物Pb、Hg的参考剂量RfD_ig分别为1.4×10^-3mg/kg·d、1×10^-4mg/kg·d。

1.4 统计分析

所有数据统计使用SPSS 18.0完成。

2 结果与分析 2.1 样品5种金属方法线检出限和精密度

见表 5。

2.2 加标回收率试验

准确量取1ml牛奶样品两份，其中一份加入不同浓度的各元素标准溶液(Pb、Cr、As加入10ng/L，Hg、Cd加入5ng/L)，经与样品同样方法消解后测定计算加标回收率，每个样品测定6次，结果表明各元素加标回收率在94.6%(Hg)~105.4%(As)之间。

2.3 样品检测结果

测定样品中5种重元素含量。见表 6。

所有国产品牌与进口品牌牛奶样品中，5种重金属元素Pb、Hg、Cr、Cd和As均全部检出，Hg的最大检出值出现在国产品牌牛奶中(4.12μg/kg)，Pb、Cr、Cd和As的最大检出值出现在进口品牌牛奶中(12.43μg/kg，4.56μg/kg，5.06μg/kg，5.89μg/kg)。通过统计分析，国产牛奶与进口牛奶中5种重金属元素平均含量t值小于t_0.05/2，30，P＞0.05，差异不显著。

《食品安全国家标准-食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中规定，生乳、巴氏杀菌乳、灭菌乳、调制乳、发酵乳中的Pb、Hg、Cr、As的限量分别为0.05mg/kg、0.01mg/kg、0.3mg/kg、0.1mg/kg，标准中没有给出乳制品Cd含量限值，但乳粉中Cd的限量值为0.1mg/kg，按照Pb乳粉限值是灭菌乳的10倍，以0.01mg/kg作为灭菌乳Cd含量参考限值。根据标准我们可以看出，国产牛奶和进口牛奶中，所测5种重金属元素含量均未超标。

2.4 牛奶健康风险评价

将表 6中化学致癌物Cr、Cd和As的平均浓度及两者的致癌强系数代入(1)式，将非致癌污染物Pb、Hg的平均浓度及参考剂量代入(2)式，见表 7。

由表 7可知，所测牛奶中Pb、Hg元素所致健康风险水平均在10^-9/a，远远低于国际防辐射委员会(ICRP)所规定的可接受健康风险水平5×10^-5/a。由致癌物(Cr、Cd和As)通过饮入牛奶途径所引起的健康危害的个人年风险以Cr最大，As次之，致癌风险水平主要集中在10^-6/a。但综合风险值在国际防辐射委员会(ICRP)所规定的可接受健康风险水平5×10^-5/a范围内。

3 讨论

乳制品的安全问题一直广泛受到社会关注，在乳制品行业生产中，牛奶品牌多，产量大，销售区域广阔，因此其安全性更要格外重视。牛奶的加工过程一般不会涉及接触到重金属，其中含有的重金属一般来源于原料奶，与奶牛的生长环境和饲养条件有关，为了保证产品的安全性，要格外加强原料奶的验收与检测，并从根源上改善牧场环境和喂养条件，以生产优质原料。

通过本研究我们可以发现，所涉及的国产品牌与进口品牌牛奶样品中，5种重金属元素检出率均为100%，虽然各品牌牛奶中所测重金属含量各不相同，但国内和国外不同品牌的牛奶中5种重金属含量并无显著差异，且均未超过国家限量值。近年来我国在食品的生产和监管上加大了力度，相继出台了一系列法律法规，国内食品安全形势趋稳向好，广大消费者应树立对国产食品安全性的信心。通过健康风险评价可以得出，5种重金属元素带来的风险水平都很低，处于可接受水平，即使长期慢性暴露也不会对人造成健康危害。