抗生素制药菌渣健康风险评价研究

收稿日期：２０１３ －０４ －１０． 基金项目：国家环保部公益项目（２０１２０９０２４） ． 作者简介：朱 莹（１９８９ －） ，女，硕士，研究方向：环境规划与评价． 通讯作者：孟宪林（１９６１ －） ，男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向：环境规划与评价．
第 １ 期 朱 莹，等：抗生素制药菌渣健康风险评价研究
图 １ 菌渣风险识别体系
其中菌渣产生量、产品的卫生标准、菌渣及产 品成分、菌渣处理处置方式决定着风险源的量的大 小，环境的背景含量、急性毒性、亚急性毒性、三致 作用等决定着风险源的毒性大小，在动物体内的吸 收情况、环境持久性、生物富集系数等影响着风险 因子在环境介质中的传播． １．２ 确定识别体系中各指标的评分标准及综合得 分
相应的环境浓度下，两种抗生素对蚯蚓、弹尾虫和
线蚓均无很 严 重 的 危 害， 并 且 最 低 观 察 效 应 含 量
（ＬＯＡＥＬ）值为 ３ ０００ ｍｇ ／ｋｇ．
其中 ＵＦ 中由动物实验数据向人群外推的不
确定性系数 Ｆ１ 取 １０；人群中的差异不确定系数 Ｆ２ 取 １０；由亚慢性实验数据推导慢性毒性数据时的
（Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ＆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ， Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ， Ｈａｒｂｉｎ １５００９０， Ｃｈｉｎａ）
多环芳烃 ６ ４ ４ ６ １０ ３ ４ ８ — １０ ２ １０ １０
５．２９０ ０ ３．３２６ ８
权重 ０．０７８ ９ ０．３１４ ８ ０．３１４ ８ ０．１６６ ９ ０．０６４ ０ ０．０６４ ０ ０．０１９ ５ ０．０５６ ０ ０．１０７ ０ ０．０５６ ０ ０．０１９ ５ ０．０５８ ５ ０．０５８ ５
＜３ ～１
按 ＲＴＥＣＳ 标准 致肿瘤
＞５０ ～５００
＜５ ～３ 按 ＲＴＥＣＳ 标准
疑致癌
＜２０
＜４０ ～２０
＜６０ ～４０
ＩＶ（４ 分） ＞１ ～４ 痕量
Ｖ（２ 分） ≤１
未检出
代谢物毒性小 代谢物基本没毒性
＞７０ ～９０ 痕量
＞５００ ～５ ０００ ＞５ —
＞９０ 未检出 ＞５ ０００
— 无阳性结果
通过大量查阅关于抗生素及其菌渣性质、环境 行为等的相关文献并结合国内外最新研究现状确 定评分标准，同时依据上述指标选取的原则，将评
分标准划分为 ５ 个等级，每个等级赋予不同的分 值，具体见表 １．
然后依据专家打分法以及层次分析法计算指 标权重，权重计算结果见表 ２．本文以石家庄某中 型土霉素制造厂为例，经过调查该厂的抗生素菌渣 的主要风险 物 质 是 土 霉 素 及 其 代 谢 物 残 留、 重 金 属、多环芳烃等物质．根据调查得到的土霉素菌渣 的相关指标的数据资料以及上述分级标准和各个 指标的权重计算综合得分值，从而筛选出对环境危 害大的污染因子，评价结果见表 ２．
康风险水平很小．
关键词：菌丝废渣；健康风险评价；处理处置；风险水平
中图分类号：Ｘ７０５ 文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２ －０９４６（２０１４）０１ －００５０ －０６
Ｈｅａｌｔｈ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ ｂａｃｔｅｒｉａｌ ｒｅｓｉｄｕｅ
ＺＨＵ Ｙｉｎｇ， ＭＩＡＯ Ｙａｎｇ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｈｏｎｇ， ＭＥＮＧ Ｘｉａｎ－ｌｉｎ
点是通过计算参考剂量（ ＲｆＤ） 进行剂量 －效应评
估［５］ ．
ＲｆＤ 的计算公式为：
ＲｆＤ（ｍｇ ／ｋｇ ／ｄ） ＝ＵＮＦＯ×ＡＥＭＬＦ
（１）
其中：ＭＦ 为调整因子，通常取 １ ～１０，用来表征资
料库完整性；ＵＦ 为不确定性因子即安全系数，计算
公式为 ＵＦ ＝Ｆ１ ×Ｆ２ ×Ｆ３ ，Ｆ１ 、Ｆ２ 分别是种间、种内 不确定性系数，取值分别为 １ ～１０；Ｆ３ 为毒性性质 不确定性系数，取值范围为 １ ～１００．
· ５１·
带来的环境风险进行评价．本文主要以四环素类菌 渣为例，按 照 抗 生 素 的 处 理 率 把 处 置 技 术 分 为 两 类，处置率为 ０％和 ９０％以上，采用健康风险评价 模型对经过不同处置途径的四环素类抗生素对人 体健康风险评价进行研究．
１ 抗生素制药菌渣的风险识别
风险识别是判别菌渣在经过一定的处置后对 人体健康的危害，本文是通过构建层次分析法构建 风险识别体系来完成的，依据以下原则［３］ 进行了 指标体系的构建．
＜９０ ～６０
≥９０
环境持久性 ／ｄ
＞８０
＞３０ ～８０
＞１０ ～３０
＞０．１ ～１０
＜０ ．１
生物富集系数 ／ｌｇＢｃｆ
＞３
＞１．５ ～３
＞１ ～１．５
＞０．５ ～１
≤０ ．５
表 ２ 菌渣中危害因子的指标得分
指标层
土霉素及代谢物
重金属（ 锌）
菌渣产生量
６
６
产品的卫生标准（处置前）
１０
４
产品的卫生标准（处置后）
第２３００１４卷年第２ 月１ 期 Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ
哈尔
Ｈａｒｂｉｎ
滨商业
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ
大
ｏｆ
学 学 报（自然科学版）
Ｃｏｍｍｅｒｃｅ （Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．１
Ｅｄｉｔｉｏｎ）
Ｆｅｂ．２０１４
抗生素制药菌渣健康风险评价研究
朱 莹，苗 杨，王晓红，孟宪林
（哈尔滨工业大学 市政环境工程学院 城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨 １５００９０）
抗生素菌渣是抗生素制药生产企业在生产过 程中的固体废弃物，是发酵菌种在葡萄糖、大豆等 营养丰富的培养基上进行发酵，发酵液经酸化、过 滤后的滤渣［１］ ．经过调查发现菌渣中含有残留抗 生素、重金属、多环芳烃等一定的有毒有害物质，还 被国家列为危险性废弃物，必须经过一定的处置方
案防治二次污染［２］ ．然而目前由于对菌渣中抗生 素的研究才刚刚开始，缺乏二次利用安全数据，加 之对抗生素菌渣作为危险性物质的管理体系也不 完善，导致许多企业的菌渣处理不彻底甚至不处理 就直接二次利用，这样必将给生态系统带来潜在的 风险隐患，因此有必要对经过不同处置方式的菌渣
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哈 尔 滨 商 业 大 学 学 报 （ 自 然 科 学 版 ） 第 ３０ 卷
指标层
菌渣产生量（ 万 ｔ ／ａ） 产品的卫生标准 菌渣及产品成分 （与母体相较）
菌渣处理处置方式 （ 处置率 ／％） 环境背景含量
急性毒性（经口 ／ （ ｍｇ· ｋｇ －１ ） ）
亚急性毒性（ 蓄积系数）
个细菌，因 此 研 究 抗 生 素 在 肠 道 中 的 作 用 意 义 很
大，美国兽药管理中心（ ＦＤＡ －ＣＶＭ） 在评价含兽
药残留的食品安全时，抗生素对人体肠道菌群的影
响也加以考虑．Ｃａｒｍａｎ 等［８］ 利用离体恒化器模式
研究四环素对人体肠道菌群的影响，结果表明四环
摘 要：以四环素类抗生素为例，对经过不同处置途径进入环境中的菌渣进行了人体健康风险评价研
究．运用层次分析法建立了菌渣风险因子识别指标体系，确定抗生素及其代谢产物为本研究的风险因
子，采用美国 ＥＰＡ 的人体健康风险评价框架分别对不同处置途径的菌渣中抗生素进行风险评价，发
现菌渣中四环素处置前后儿童和成年人的健康风险均 ＜１０ －８ ／ａ，表明该类抗生素制药菌渣引起的健
四环素类抗生素的毒理学数据有：虽然 １９９８
年欧盟已经把兽药抗生素的风险评价提上了日程，
但是抗生素的生态风险这方面的数据比较少，并且
集中在新发现与合成的抗生素上，而已经存在的抗
生素的研究很少［６］ ．Ｂａｇｕｅｒ 等［７］ 通过测定常用的
两种兽药抗生素即土霉素和泰乐菌素对土壤动物
的影响来研究抗生素的生态风险评价．结果表明在
根据计算得到的处置前后菌渣中危害因子的 综合得分，可知菌渣中的主要环境风险因子是残留 的抗生素及代谢物，其次是多环芳烃和重金属．在 调查中发现菌渣中多环芳烃和重金属都低于相应
的控制标准［４］ ，因此本研究考虑的菌渣中的风险 因子是菌渣中的残留抗生素及其代谢产物．下面就 以四环素菌渣为例对抗生素菌渣进行环境风险评 价．
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｏｆ ｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｄｅ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｈｅａｌｔｈ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ｏｆ ＥＰＡ ．Ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｅｔ ｕｐ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｒｉｓｋ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ ａｎｄ ａｎｔｉｂｉｏｔｉｃ ａｎｄ ｉｔｓ ｍｅｔａｂｏｌｉｎｓ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｆａｃｔｏｒｓ， ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ ｈｅａｌｔｈ ｒｉｓｋ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｙｓ ｆｏｒ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ ｄｉｓ － ｐｏｓａｌ ｗｅｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｓｏｍｅ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅ ｏｆ ｆｅｒ － ｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｍｅａｎ ．Ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｖａｌｕｅｓ ｗｅｒｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ １０ －８ ， ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｔｒａｃｙｃｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｉｄｕｅ ｖｉａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｉｓｐｏｓａｌ ｗａｙｓ ｗａｓ ｓｍａｌｌ ｆｏｒ ａｄｕｌｔｓ ａｎｄ ｃｈｉｌ － ｄｒｅｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｙｃｅｌｉｕｍ ｒｅｓｉｄｕｅ；ｈｕｍａｎ ｈｅａｌｔｈ ｒｉｓｋ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ； ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｉｓｐｏｓａｌ ； ｒｉｓｋ ｌｅｖｅｌ
第 １ 期 朱 莹，等：抗生素制药菌渣健康风险评价研究
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２ 抗生素制药菌渣剂量 －效应研究
健康风险评价的剂量 －效应评估方法按照化
学物质的毒性效应分为无阈效应（ 如致癌效应） 和
有阈效应（ 如非致癌） 两种，由于四环素类抗生素
是非致癌物质，应该按照非致癌物的程序完成，特
不确定性系数 Ｆ３ 取 １０．同时由于四环素类抗生素 对生物的毒 性 资 料 非 常 少， 外 推 时 有 很 大 的 局 限
性，因此修正系数（ ＭＦ） 取值为 １０．因此从土壤动
物实验向人群外推计算的土霉素的 ＲｆＤ 值为 ０．３
ｍｇ ／（ｋｇ· ｄ）．
由于抗生素主要是抑制细菌的活性，而人体肠
道菌群约有 ４００ ～５００ 个不同品种的总数达 １ ０１３
１） 相对固定原则 评分标准的制定要有合理的依据和清晰地界 定，能够表征指标间的差异，要尽量选择容易获取
的、量化简单的指标． ２） 全面与概括原则 由于目标污染物质在筛选过程中涉及到多方
面的因素，因此要尽可能考虑各项影响因素，不能 遗漏任何一方面，此外还要把指标分类，使选中的 指标具有代表性．
３） 通用原则 指标选择要有普遍性，在实际应用是方便作调 整． １．１ 建立风险识别指标体系 以菌渣风险因子识别为最终目标，根据查阅的 相关文献，选择风险源性质、危害性、扩散性等三个 方面的 １１ 个指标作为风险因子识别的依据，建立 的风险因子识别体系如图 １ 所示．
三致作用
在动物体内中的 吸收情况 ／％
表 １ 菌渣风险识别指标评分标准
指标分级准则
Ｉ（１０ 分）
ＩＩ（８ 分）
ＩＩＩ（６ 分）
＞１０
＞７ ～１０
＞４ ～７
严重超标
超标
未超标
代谢物毒性显著大 代谢物毒性大
Fra Baidu bibliotek基本相同
≤１０ 严重超标
＞１０ ～５０ 超标
＞５０ ～７０ 未超标
≤５
＞５ ～５０
＜１
按 ＲＴＥＣＳ 标准致癌 或对人疑致癌
４
３
菌渣及产品成分
１０
６
菌渣处理处置方式（ 处置前）
１０
１０
菌渣处理处置方式（ 处置后）
４
４
环境背景含量
４
５
急性毒性
４
８
亚急性毒性
６
—
三致作用
２
４
在动物及人体中的吸收情况
８
４
环境持久性
６
１０
生物富集系数
６
８
综合得分（处置前）
７．６１５ ４
５．０５０ ５
综合得分（处置后）
３．８２７ ４
３．１５１ ３
注：处置前即抗生素处置率为 ０％，处理后即抗生素处置率 ９０％