运动蛋白补充剂中的重金属和微塑料暴露：综合健康风险建模与情景分析

《Environmental Research》：Heavy Metal and Microplastic Exposure from Sports Protein Supplements: Integrated Health Risk Modeling and Scenario Analysis

中国市售30种运动蛋白粉中检出重金属砷、镉、铅及微塑料，植物基产品重金属含量显著高于乳基产品，最高检出值达0.60 mg/kg Pb，汞含量普遍低于0.01 mg/kg。全样本均含微塑料（2-19粒/30g），以纤维和碎片为主（占比70%）。联合风险评估显示重金属与微塑料暴露呈独立性，需分别采取原料管控和加工卫生等措施。

　　

陈美通|董瑞青|赖文洲

中国广东省广州市广州商学院体育学院，邮编511363

摘要

本研究通过结合针对性的分析测量与基于情景和概率的健康风险建模，对中国市场上30种市售运动蛋白补充剂中的有毒金属和微塑料的联合暴露情况进行了评估。砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）和汞（Hg）通过密闭容器微波消化法和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）进行定量分析，并通过重复分析和参考物质进行了验证。虽然所有样本都含有至少一种目标金属，但植物来源的产品平均铅含量（0.18 mg/kg）和镉含量（0.05 mg/kg）高于乳制品来源的产品（分别为0.06 mg/kg和0.01 mg/kg；P < 0.01）。值得注意的是，一种糙米和可可口味的产品表现出异常值（铅含量0.60 mg/kg；镉含量0.15 mg/kg；砷含量0.30 mg/kg），而汞含量大多低于0.01 mg/kg，仅有一种胶原蛋白样本的汞含量为0.02 mg/kg）。微塑料颗粒通过过氧化物-碱消化法分离，并通过微傅里叶变换红外光谱（μFTIR）和微拉曼光谱（μRaman）进行鉴定。所有样本中都检测到了微塑料颗粒，每30克份量的样本中含有的颗粒数量在2到19个之间（平均8 ± 5个）；这些颗粒主要由纤维（40–50%）和碎片（约30%）组成，典型尺寸为100–500微米，聚合物包括聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯。**关于暴露风险**，确定性建模显示每天摄入30克产品的危害指数（HI）为0.45，每天摄入90克产品的危害指数为0.90（主要受砷和镉的影响），而蒙特卡洛模拟（10,000次迭代）在高摄入量条件下的第95百分位危害指数为1.28；预测的血液铅增量保持在3微克以下。

引言

近年来，人们对运动营养补充剂受到有害物质污染的担忧日益增加，尤其是有毒重金属和微塑料。据报道，蛋白粉补充剂中经常含有可检测到的重金属，如铅（Pb）、砷（As）、镉（Cd）和汞（Hg）[1]。例如，2010年《消费者报告》的一项调查显示，每天摄入三种蛋白饮料可能导致砷、镉或铅的日摄入量超过美国药典规定的限值[2]。具体来说，一种测试产品（Muscle Milk巧克力粉）每份含有13.5微克铅和5.6微克镉，略高于安全指南[3]。最近，2023年《消费者报告》对23种流行蛋白粉的分析发现，三分之二的产品每份含有超过0.5微克的铅，超过了加利福尼亚州 Proposition 65 法规要求的警告标签阈值。尽管这些微量水平不会引起急性毒性，但健康专家强调，目前尚无已知的安全铅暴露水平[4]。即使是低剂量的长期积累也可能导致系统损伤，引发神经系统损伤、肾脏功能障碍和高血压[5],[6]。同样，镉也令人担忧，因为它会在肾脏中积累，半衰期长达数十年。医学毒理学家认为，日常使用的补充剂中存在任何可避免的镉或铅都是不可接受的[7]。这些发现引发了关于所谓“纯净”蛋白产品长期安全性的严重质疑，并促使人们呼吁加强对补充剂行业的质量控制[8]。

多种因素导致了蛋白粉中的重金属负担。主要原因是，许多植物基蛋白粉的重金属浓度高于乳清或牛奶基产品[9]。植物在生长过程中会自然从土壤和水中吸收铅（Pb）和砷（As）等金属[10]。此外，特定的农业实践会进一步提高豌豆、大米和绿叶蔬菜等作为补充剂原料的金属含量[11]。值得注意的是，非营利组织Clean Label Project在2024-2025年进行的广泛测试显示，植物基蛋白粉中的铅含量平均是乳清基产品的三倍，镉含量是五倍[12]。有机标签产品也不例外；有机蛋白粉的平均铅含量是传统产品的三倍，这可能反映了“天然”农业投入和植物来源中的重金属含量[13]。此外，调味成分（如可可粉）也可能引入金属；巧克力口味的蛋白粉中的镉含量比香草味的蛋白粉高得多（高达110倍[14]。制造过程和设备也可能引入微量金属污染[15]。因此，虽然重金属可能是“天然”存在的，但由于缺乏严格的联邦法规或强制性的补充剂检测，这些污染物可能会“无意中”被引入并留在最终产品中而未被检测到[16],[17]。这种监管空白凸显了独立监测和风险评估的必要性。

同时，另一个新兴的污染问题是微塑料，即直径小于5毫米的塑料颗粒，它们已经渗透到我们的环境中[18]。估计表明，普通人每年通过食物和饮用水摄入数万个微塑料颗粒[19]。值得注意的是，一项分析预测，美国成年人每年摄入74,000至121,000个微塑料颗粒，还不包括通过吸入途径的额外暴露[20]。这些颗粒已在人类血液、肺组织甚至胎盘中被发现，引发了关于潜在健康影响的担忧[21]。历史上，关于食品中微塑料的研究主要集中在海产品上（这是已知的污染源[22]。然而，2024年Ocean Conservancy和多伦多大学的一项关键研究表明，微塑料污染不仅限于海产品[11]。研究人员在所有16种测试的蛋白产品中都发现了微塑料，包括野生捕捞的鱼类、市售的鸡肉、猪肉、牛肉和植物基肉类替代品。这些产品每份平均含有74个微塑料颗粒，因此美国成年人仅从蛋白质来源摄入的微塑料颗粒数量每年约为11,000个。对于高蛋白摄入者（例如，经常食用肉类或频繁饮用蛋白奶昔的人），每年的微塑料摄入量可能达到380万个[23]。主要的微塑料类型是微纤维（约44%），这些微纤维可能来自纺织品或过滤器；其次是硬塑料碎片（约30%）、薄膜和珠子[24]。值得注意的是，高度加工的蛋白产品（如裹面包屑的鱼、鸡块或植物基汉堡）中的微塑料浓度显著高于低度加工的产品（如生鱼片或未调味的肉），这表明食品加工和包装步骤会引入额外的污染[25]。这与其他研究结果一致，即微塑料可以通过接触机械（传送带、碎纸机）、合成储存袋甚至生产设施中的空气中的灰尘进入食品供应链[26]。包装是另一个关键污染源；由于几乎所有商业蛋白粉都装在塑料容器或袋子里，分装过程中的摩擦可能会将微塑料颗粒引入产品中[27]。

蛋白质补充剂中同时存在重金属和微塑料，需要对其联合暴露风险进行评估。虽然这些污染物来自不同的来源——重金属主要来自农业和环境，而微塑料来自无处不在的塑料材料[28]——但它们的共存表明可能存在协同效应，即同时暴露于多种有毒物质可能会加剧生理伤害[29]。例如，由于镉和铅都会影响肾脏，它们的共同存在可能会在低浓度下累积损害肾功能。此外，微塑料可能作为重金属和其他化学污染物的载体。在环境基质中，微塑料颗粒已知会吸附铅（Pb）和汞（Hg）等重金属，从而有效地作为毒素的载体[30]。因此，如果补充剂中的微塑料含有残留金属，或者与金属污染物同时被摄入，它们可能会促进金属在胃肠道中的传输（例如，通过延长与肠上皮的接触或在消化条件下释放吸附的金属[31]。此外，微塑料通常含有添加剂化学物质（如增塑剂、阻燃剂和含有有毒金属的颜料），这些物质在摄入后可能会渗出。尽管关于这种复杂相互作用的研究尚处于起步阶段[32]，但“综合健康风险”的概念在安全评估中变得越来越重要[33]。

在此背景下，我们进行了全面的研究，以定量评估运动蛋白补充剂中的重金属和微塑料污染，并在统一的暴露-风险框架内评估这些共同存在的压力因素。这种多污染物范式的科学依据与风险科学中的广泛共识一致，即有效的健康保护需要累积/联合暴露评估，因为不同的污染物可能有共同的暴露途径，但受不同的来源和缓解策略的影响。我们的目标是：（1）量化运动员可购买的蛋白粉产品中关键有毒重金属（砷、镉、铅、汞）的浓度；（2）表征这些产品中微塑料颗粒的丰度和物理化学性质（大小、聚合物类型）；（3）进行基于情景的健康风险评估，将（i）特定金属的定量风险指标（HQ/HI；概率变异性）与（ii）基于证据的微塑料暴露指标（每份/年的颗粒数量）结合起来，这种方法不同于那些将任一类污染物视为整体产品安全代理的方法。与仅关注重金属的风险评估不同，后者可以在假设的摄入量下识别主要金属（例如砷和镉），但无法确定“可接受”的金属谱型是否与较低的颗粒暴露量相符，我们的框架表明，在产品层面，金属驱动的风险和微塑料暴露是独立变量，从而改变了产品的缓解优先级。相比之下，仅关注微塑料的研究虽然量化了颗粒负担并涉及加工/包装因素，但缺乏基于情景的化学风险边际，我们的方法显示高摄入量情景会缩小重金属的安全边际（HI接近1），而微塑料数量仍然较多但普遍存在。在我们的数据集中，联合暴露-风险空间（图4）表明微塑料丰度和HI之间没有系统性的共变；因此，单一污染物筛查可能会错误地将产品归类为“低风险”，因为假设低金属浓度意味着总体污染较低。相反，综合评估支持双轨缓解策略：金属风险管理应侧重于原料来源和生物累积控制，而微塑料缓解应侧重于加工卫生和包装/接触途径。这些发现将指导消费者、监管机构和行业了解当前产品是否在安全范围内，以及当存在多种污染物时风险如何叠加。最终，我们的研究强调了加强对运动补充剂中污染物的审查和缓解的必要性，以确保它们带来益处而不造成意外伤害[34]。

部分摘录

材料与方法

仪器和试剂：为确保可重复性和便于实验室间比较，本研究使用的主要仪器和支持设备如下所述。微波消化使用密闭容器系统进行，操作符合EPA Method 3052参数。重金属定量通过电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS；Agilent 7900，Agilent Technologies）进行。对于部分样本的交叉验证，

蛋白补充剂中的重金属浓度

在所有30种蛋白粉样本中都检测到了至少一种有毒重金属的可检测水平，尽管浓度存在显著差异。表2总结了按蛋白质来源类别（乳清基 vs. 植物基）分层的重金属含量，并将这些水平与相关安全限值进行了对比。植物来源的蛋白粉显示出显著更高的平均重金属浓度，与

结论

本研究通过结合实证测量和健康风险建模，描述了运动蛋白补充剂受到重金属和微塑料的双重污染。我们的发现表明，许多蛋白粉中存在低但可测量的有毒重金属，尤其是那些来自植物成分的蛋白粉，而微塑料颗粒在粉剂中普遍存在，每份的数量从几个到几十个不等。通过综合风险评估，

作者贡献声明

赖文洲：软件、资源、方法论、调查、数据管理。董瑞青：写作——审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。陈美通：写作——初稿撰写、软件、方法论、正式分析、数据管理

未引用参考文献

[39]。

数据可用性

本研究生成的数据集（包含产品描述符和匿名标识符；测量的砷、镉、铅和汞浓度；每份的微塑料颗粒数量及其大小/形态和聚合物识别结果；以及程序空白摘要）作为补充文件提供。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。