水稻和小麥籽實中砷的形態(tài)分布及去除

水稻和小麥籽實中砷的形態(tài)分布及去除

1食品中as的形態(tài)及其與毒性的關(guān)系環(huán)境中的重金屬等有毒元素被植物吸收后，由于其位置和組合的不同，毒性差異很大。食品中的重金屬與生物植株形成復雜的結(jié)合體。進入人體后的代謝活性和毒性也與鉀中毒的形式明顯不同。從20世紀80年代開始，國外開始對植物重量進行深入研究，并取得了許多研究成果。在中國，我們也開始進行初步研究。as是對動植物有強烈毒性作用的主要污染物，可能會導致各種人類疾病。長期接觸as的長期接觸會導致人類急救、as中毒、皮膚癌、肺癌和其他內(nèi)臟病變。因此，人們也非常重視食品中的as和毒性關(guān)系。由于大量優(yōu)質(zhì)海產(chǎn)資源，國外對as的分布和性質(zhì)進行了深入研究。谷物和其他谷物是人們的主要食物。食物中的as中毒和健康效應經(jīng)常發(fā)生。然而，關(guān)于谷物和其他作物種子的分布、形態(tài)和毒性評價的系統(tǒng)研究還不夠。此外，應用程序中的水稻和小麥被收獲，其加工深度對產(chǎn)品質(zhì)量有重大影響，但對植物中等毒元素的去除和保留的影響尚不清楚。在這項工作中，我們選擇了水稻和小麥兩種主要作物，并對它們的種子中的as分布、混合形狀和加工進行了初步研究。從“量”和“質(zhì)”兩個方面評估有毒物質(zhì)的毒性，為控制食物中的as污染和減少人體攝入水平提供基礎(chǔ)。2材料和方法2.1樣本來源試驗所選用的稻谷采自湖北省大冶銅礦區(qū)周圍污染農(nóng)田收獲的水稻,小麥采自云南蘭坪縣鉛、鋅礦山附近的污染農(nóng)田.2.2水稻和小麥種子的形態(tài)結(jié)構(gòu)的區(qū)別將去穎殼的水稻米粒和小麥籽實放入培養(yǎng)皿中加少量去離子水,使其充分吸脹后,用不銹鋼解剖刀和鑷子,將其剝離為種皮、胚和胚乳3部分.2.3脂肪含量的測定先將去穎殼后的米粒和麥粒研碎,然后稱取2.0000g樣品各4份,分別裝入濾紙包中,再按國家標準GB2906-82方法提取水稻和小麥中粗脂肪,并計算粗脂肪的含量.將稱重后的脂肪再次溶于無水乙醚,并轉(zhuǎn)移到三角瓶中,然后消化樣品,待測.2.4蛋白質(zhì)的提取將脫脂谷物樣品自然風干,轉(zhuǎn)移至塑料離心管中,然后按文獻介紹的方法逐級提取谷物中各種組分的蛋白質(zhì).首先加去離子水25ml,攪拌1h后,放4℃冰箱中保存10h,然后離心30min,收集上清液于三角瓶中.在離心管中按上述同樣步驟依次加入5%NaCl、70%乙醇和0.2%NaOH溶液浸提離心,收集上清液,剩余殘渣用去離子水轉(zhuǎn)入三角瓶中.2.5不同的加工方法可以去除谷物中的as2.5.1粗米糠、精米糠、糙米、粗米糠、糙米、粗米糠、大米、粗米糠、大米、粗米糠、糙米、粗米糠、精米糠、糙米、粗米糠、單糠、米糠、自采用NM-A型試驗用碾米機,對污染稻谷進行不同深度加工,加工后的產(chǎn)品分為:粗米糠、精米糠、糙米、粗精米、精米.加工流程如下:稻谷→去穎殼→去穎殼糙米→去粗米糠→去粗米糠粗精米→去精米糠→去精米糠精米2.5.2小麥加工采用瑞士布勒磨粉機對污染麥粒進行不同深度的面粉加工,加工后的產(chǎn)品分為:粗麩、細麩、3皮3心.加工流程見圖1.2.6分析方法及過程對前述各組樣品進行消化,方法按文獻進行,然后利用氫化物-原子吸收方法測定樣品中的As(儀器型號:GBC906,HG3000,澳大利亞).為了保證分析方法的準確性,采用了國家標準物質(zhì)茶葉樣品(GBW07605)進行質(zhì)量控制.3結(jié)果與討論3.1水稻、小麥胚和胚乳中as的含量和分布水稻和小麥籽實不同結(jié)構(gòu)部位中As的濃度和各部位中As的相對百分含量見表1.從表1可知,As在水稻、小麥籽實各結(jié)構(gòu)部位中的分布不均,水稻為胚>種皮>穎殼>胚乳,小麥為胚>種皮>胚乳.若以胚乳濃度為1,As在水稻、小麥籽實各結(jié)構(gòu)部位中的濃度比值分別為:4.56ue5fe3.6ue5fe2.2ue5fe1和2.04ue5fe1.55ue5fe1.As在水稻、小麥的胚中濃度最高,但胚和胚乳中As的比例,水稻(4.56ue5fe1)明顯高于小麥(2.04ue5fe1).另外,水稻、小麥籽實各形態(tài)結(jié)構(gòu)部位在籽實中所占比重不同,都以胚乳為主,分別占籽實的81.9%和93.4%,水稻籽實穎殼占13.1%,種皮和胚占的比例很小.由于各形態(tài)結(jié)構(gòu)部位所占比重不同,雖然水稻和小麥胚中As的濃度最高,但總的累積量較少,而胚乳中As的濃度雖低,但累積量最多.As在胚乳中的累積量分別占稻谷和麥?？偭康?2.3%和89.1%.水稻穎殼中As積累量占稻谷總量的22.3%,水稻和小麥種皮和胚中的累積量相對較少.根據(jù)已有研究成果,谷物各形態(tài)結(jié)構(gòu)部位的化學成分不同,穎殼主要由粗纖維組成,皮層也主要由纖維素組成,還含有一些礦物質(zhì)等其它組分,胚中主要以蛋白質(zhì)為主,還含有糖類、脂肪等,胚乳是谷物類籽實的主要部位,以淀粉類物質(zhì)為主,此外有少量的蛋白質(zhì)和脂肪.另外,糙米中蛋白質(zhì)主要集中在胚,麥粒中蛋白質(zhì)在胚、胚乳中都有分布,皮層中也有少量蛋白質(zhì).水稻、小麥籽實中As在胚中濃度明顯高于胚乳,說明As易聚集在蛋白質(zhì)含量較高的部位,呈現(xiàn)與蛋白質(zhì)相結(jié)合的形態(tài).其次,種皮中有較高的As濃度,也說明As易與纖維素結(jié)合.另外,水稻、小麥籽實胚和胚乳中As的比例不同,可能與蛋白質(zhì)在胚和胚乳中的分布狀況有關(guān).3.2以水稻和小麥為原料的混合形態(tài)3.2.1廢水中as的形態(tài)分布通過提取稻米和麥粒中的脂肪和蛋白質(zhì),分析各營養(yǎng)成分中As的含量.從圖2可以看出,在水稻、小麥籽實的蛋白質(zhì)提取組分中As的含量最高,分別占總量的74.1%和70.7%,脂肪中的As分別為8.9%和4.8%.若分別按籽實中蛋白質(zhì)和脂肪的重量計算,水稻籽實中蛋白質(zhì)和脂肪結(jié)合態(tài)As濃度分別為6.060和2.803μg·g-1,小麥籽實中蛋白質(zhì)和脂肪結(jié)合態(tài)As分別為2.720和1.009μg·g-1(表2).抽提脂肪和蛋白質(zhì)后,剩余殘渣主要為淀粉,還有少量纖維素、半纖維素和礦物質(zhì)等.水稻、小麥殘渣部分中As含量分別占總量的17%和24.5%.該結(jié)果可以進一步說明稻米、麥粒中As主要以蛋白質(zhì)相結(jié)合的形態(tài)為主,與As在稻米和小麥各形態(tài)結(jié)構(gòu)部位中的分布結(jié)果相一致.3.2.2玉米中as的分布和形成禾谷類籽實中脂肪含量較少,主要存在于胚和糊粉層的細胞里.待測水稻和小麥的脂肪含量分別為2.18%和2.20%,脂肪抽提液中所測定的As濃度,按稻米和麥粒重量計算分別為61.1和22.2ng·g-1,只占稻米和麥粒中總As的很小一部分(<9%),這部分As是與脂肪結(jié)合的,它們隨脂肪的提取而溶解出來.另外,根據(jù)日本山內(nèi)等人的研究結(jié)果,稻米中的As可以無機和有機砷形態(tài)存在.因有機砷(如一甲基胂和二甲基胂)是脂溶性的,隨脂肪溶解一起被抽提出來.關(guān)于As在脂肪中的結(jié)合形式,有待進一步研究.3.2.3模擬水體中as的結(jié)合態(tài)蛋白質(zhì)的分離采用連續(xù)提取法,對脫脂后的籽實進行蛋白質(zhì)分離提取.根據(jù)蛋白質(zhì)在各種溶劑中溶解度的不同,可分為清蛋白、球蛋白、谷醇溶蛋白和谷蛋白等幾種.清蛋白,在谷物種子中含量很少,易溶于水;球蛋白含量也很少,不溶于水,但溶于鹽類溶液,谷醇溶蛋白不溶于水和鹽類溶液,但溶于70%的乙醇;谷蛋白不溶于水、鹽溶液和酒精溶液,但易溶于稀堿或稀酸溶液.各種蛋白質(zhì)組分中As的相對含量見圖3.由圖3可知,稻谷和小麥各種溶劑所提取的As的相對百分含量基本一致,其中堿提取的部分中As最高,稻米和小麥分別占43%和47%,其余各部分均小于20%.Ⅰ.脂肪Fat,Ⅱ.蛋白質(zhì)Protein,Ⅲ.其余組分Othercomponent.已有研究表明,谷物類種子中蛋白質(zhì)的含量大約占10%,都是一些簡單蛋白質(zhì),少量的復合蛋白質(zhì).谷類中的簡單蛋白質(zhì)以谷蛋白為主,如水稻占80%,它們?nèi)苡趬A溶液.從上述結(jié)果可以推測水稻、小麥中與As結(jié)合的蛋白質(zhì)可能以谷蛋白為主.據(jù)吉田等人的研究,他們從海帶中提取了一種與生物大分子結(jié)合的As,分子量大約500～1000.Bogdan也從兔肝細胞中分離出3種As結(jié)合態(tài)蛋白質(zhì),說明As能夠與蛋白質(zhì)分子結(jié)合.至于水稻、小麥籽實中As結(jié)合態(tài)蛋白質(zhì)的特征,有待進一步鑒定.3.3各結(jié)構(gòu)部位中as的收獲的稻谷和小麥通過一系列的加工處理,成為人們食用的大米和面粉.稻谷去穎殼為糙米,去粗米糠成為粗精米,然后去細米糠,加工成精米.小麥加工成粗麩、細麩、3皮和3心后按不同比例混配成各種級別的面粉.不同加工方式和加工深度對產(chǎn)品質(zhì)量有很大影響.存留在谷物各部位中的污染物質(zhì)隨著加工深度的增加,對重金屬等污染物物質(zhì)的去除和存留也產(chǎn)生一定影響.圖4、圖5列出了稻谷和小麥加工后各組分中As的濃度分布.結(jié)果表明,隨著加工深度的升級,在大米各組分中存留的As濃度逐漸降低,其濃度順序為糙米>粗精米>精米,去除的米糠部分濃度為:精米糠>粗米糠,并且,米糠部分中As的濃度比糙米、粗精米和精米中濃度高.去除的米糠主要由種皮、果皮、外胚乳、糊粉層和部分脫落的胚等部分組成,根據(jù)各形態(tài)結(jié)構(gòu)部位中As的濃度分布狀況,水稻籽實胚和皮層中As的濃度高,使得米糠中As的濃度高,所以,二者結(jié)果相一致.根據(jù)出米率可計算出各加工階段對As的去除率,在去穎殼、去粗米糠、去精米糠的過程中,可分別去除As16.51%、12.41%和10.26%.小麥也隨著加工深度的升級,隨粗麥麩和細麥麩的去除,小麥加工的各組分中存留的As濃度降低.在3皮和3心中As濃度都低于麥粒,而粗麥麩和細麥麩中As的濃度高于麥粒.小麥麩皮占麥粒的1/5,主要包括果皮、種皮以及糊粉層等部分,蛋白質(zhì)含量達16%左右,另外含有較高的纖維素,根據(jù)各結(jié)構(gòu)部位中As的分布結(jié)果,As在這些組分中存留的濃度較高,因此去除的麥麩中As濃度高于3皮和3心.根據(jù)瑞士布勒磨粉機加工小麥的出粉率(40%),可計算不同加工深度對As的去除率,隨著粗麩和細麩的去除,可分別去除麥粒中總As的22.0%和45.6%.比較麥粒和稻谷在加工過程中對As的去除,去As率麥粒高于稻谷,可分別去除谷物總As的67.6%和39.2%.4小麥和麥粒中as的去除4.1As在谷物各結(jié)構(gòu)部位中的分布不均,在水稻籽實中濃度分布順序為胚>種皮>穎殼>胚乳,小麥中As濃度分布順序為胚>種皮>胚乳.4.2As在水稻、小麥籽實里主要與蛋白質(zhì)組分結(jié)合,分別占總量的74.1%和70.7%,脂肪中的As分別為8.9%和4.8%,其余組分中As的相對含量為17%和24.5%.在蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài)As中以谷蛋白最高,稻米和小麥分別占43%和47%,其余蛋白組分中均小于20%.4.3在谷物