污染稻麦籽的组织化学及生物分析化学

污染稻麦籽的组织化学及生物分析化学

近年来，人们非常重视环境（水体和土壤）中重金属的存在形式，并进行了许多研究，但关于食品中重金属形式和毒性的报道很少。食品中重金属的存在形式与环境中明显不同。一般来说，作为一种帮助剂，人体通过食物摄入的重金属的吸收、代谢活性和毒性物质与金属无产阶级菌的作用有显著差异。目前，国外对鱼类、紫贝、考贝、牡蛎、虾等原材料的分布、化合物和毒性进行了深入研究。然而，作为食物的主要来源，食物中重金属的分布、化合物的性质和毒性没有系统的报告。笔者用组织化学和生物化学分析方法,对受金属污染的稻麦籽实中Cd和Pb的分布及存在形态进行了初步研究,以揭示食品中重金属形态与毒性的关系,并为制定食品卫生标准提供科学依据.1材料和方法1.1样本来源采自湖北省大冶铜矿区周围农地及模拟污染土壤的盆栽样品.1.2不同种子结构组成的区别取水稻和小麦籽实,先剥离颖壳,将颖果放入少量去离子水中使其充分吸水膨胀8h,在解剖镜下将剥离区分为皮层、胚乳和胚,风干后备用.1.3脂肪提取方法见文献.1.4提取方法的确定粉碎、脱脂后的样品自然风干.采用连续提取法区分清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白和谷蛋白.按顺序分别用去离子水,5%NaCl,70%乙醇和0.2%NaOH溶液提取.方法是,称取2g样品,加提取剂25mL,搅拌1h后放置冰箱(4℃)保存10h,离心30min(4000r·min-1),收集上清液,沉淀部分按同样方法进行下一提取剂的提取.1.5离心+冷冻离心脱脂样品经浓度为50mmol·L-1Tris-HCl溶液(pH值7.5)提取1h,放置冰箱(4℃)10h后离心30min(4000r·min-1),取上清液,在20000g的高速冰冻离心机中再离心1h,其上清液再冷冻干燥,浓缩至原体积的1/5;然后经SephadexG75柱层析(流速4mL(20min)-1,按4mL·管-1分部收集),在200～300nm下扫描,测定紫外吸收值.1.6小麦加工小麦采用NM-A型试验用碾米机加工水稻,加工后的产品为糙米、粗精米和精米.采用瑞士布勒磨粉机加工小麦,加工后的产品为粗麸、细麸、3皮和3心.1.7方法的检验样品用硝酸、高氯酸消化,用原子吸收分光光度计(日立180-80)测定其含量.为保证分析方法的准确性,采用了国家标准物茶叶样品(GBW07605)进行质量控制,实验重复2次.2结果与讨论2.1cd和pb在稻麦籽实中的质量分布从表1看出:Cd和Pb在稻麦籽实中并非呈均一分布,各形态结构中的质量有明显差异.Cd在2种作物的皮层和胚中质量含量明显高于胚乳和颖壳;Pb在稻谷中的分布与Cd类似,在麦粒中则颖壳和皮层中的质量含量明显高于胚乳.若除去颖壳和皮层,仅看其可食部分——胚和胚乳,Cd和Pb在稻麦籽实中的质量分布均为胚显著高于胚乳;但由于胚乳是组成籽实最主要的部分,通常可占其总质量的70%～80%,因此就金属的总量分布而言,胚乳中所占比例具有绝对优势.从籽实各形态结构的化学组成看,颖壳以粗纤维为主.皮层中矿物质含量较高,此外还含有粗纤维、维生素、脂肪等.胚中含有较高的蛋白质,还有脂肪和可溶性的碳水化合物.胚乳主要由淀粉组成,此外还有少量的蛋白质和脂肪.对照表1可初步判断Cd和Pb易聚集在蛋白质含量较高的部位,呈现与蛋白质相结合的形态,并在粗纤维中也有一定分布.2.2水稻品种的组成：c和pb2.2.1cd和pb含量的测定,其比pb含量测定cd和pb时蛋白质量比的确定表2示出稻米和麦粒主要营养成分中Cd与Pb的分布,其中蛋白质中Cd和Pb为清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白和谷蛋白中重金属的质量含量之和.可以看出,Cd和Pb在蛋白质中的质量含量最高,而脂肪和残渣中的较低.尽管蛋白质质量仅占籽实的10%左右,但由于Cd和Pb的含量高,故从其总量分布看,60%以上的Cd,80%以上的Pb都蓄积在蛋白质中,呈现与蛋白质结合的形态;残渣中Cd的蓄积量约占总Cd量的30%,Pb占15%.由此推测,Cd和Pb主要呈现与蛋白质结合的形态,但在纤维素中也有一定含量.2.2.2稻米和麦粒脂肪的理化性质通常禾谷类籽实中脂肪的含量仅占2%左右,主要存在于胚和糊粉层的细胞里.本文所取稻米和麦粒的脂肪质量含量分别为2.80%和2.20%.从表2看出,稻米和麦粒脂肪中都含有Cd与Pb,但Cd的质量含量极低,Pb则占有一定量.其形态是与脂肪的结合体,还是与其他脂溶性生物大分子的结合体还难以准确判断.2.2.3蛋白质和醇溶性谷蛋白籽实中的蛋白质根据其在不同溶剂中的溶解性,可分为4类:清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白和谷蛋白.清蛋白溶于水;球蛋白不溶于水,但溶于盐类溶液;醇溶性谷蛋白不溶于水和盐类溶液,但溶于体积分数为70%的酒精;谷蛋白不溶于水、盐类溶液和酒精溶液,但溶于稀碱或稀酸溶液.各种蛋白质组分中Cd和Pb的质量含量见图1.从图中看出,Cd和Pb在稻麦籽实中均以与球蛋白结合的量最多,其次为谷蛋白和清蛋白,结合量最少的是醇溶谷蛋白.2.2.4cd和pb与cd和pb的结合为进一步研究Cd和Pb与蛋白质结合体的性质,采用凝胶层析法对Tris-HCl可溶性蛋白质进行分离分析.图2为糙米、麦粒的凝胶层析结果.糙米样品的凝胶层析结果,一共分离得到3个紫外吸收峰.根据蛋白质标准曲线,推定其表观相对分子质量分别约为54.50×103,16.04×103和5.50×103.洗脱液中Cd和Pb的质量浓度分布趋势与蛋白质吸收峰有相似之处,在第1和第3个蛋白质紫外吸收峰处出现Cd和Pb的峰值,因此可以推定这些元素主要与相对分子质量为54.50×103和5.50×103的蛋白质结合.麦粒Tris-HCl提取成分的柱层析分离得到3个紫外吸收峰,根据蛋白质标准曲线,推定它们的表观相对分子质量依次为54.50×103,20.17×103和5.50×103.与洗脱液中Cd和Pb的测定结果相对照,第Ⅰ,Ⅲ紫外吸收峰与含Cd和Pb峰重叠,由此推定麦粒中Cd和Pb-蛋白质结合体的表观相对分子质量约为54.50×103和5.50×103.紫外吸收的第Ⅱ峰处虽然没有出现含Cd和Pb高峰,但仍有部分Cd和Pb与其结合,呈现出Cd和Pb与蛋白质结合态.2.3在谷物加工过程中，重金属的去除和保留2.3.1稻米重金属含量与去除率从表3看出,Cd和Pb在水稻加工产品中的质量含量随着加工深度的升级而递减,其含量顺序为糙米>粗精米>精米,Pb尤为明显,米糠中Pb的含量显著高于糙米、粗精米和精米.根据表1结果,水稻籽实胚和皮层(糙米皮层由果皮、种皮、外胚乳和糊粉层组成)中Pb的含量高,而米糠为种皮、果皮、外胚乳、糊粉层和部分脱落胚的混合物,故米糠中Pb的含量比糙米、粗精米和精米中的高,2个试验结果一致.采用NM-A型试验用碾米机加工稻米,出糙米率为78.4%,出粗精米率为72.5%,出精米率为68.6%.根据质量含量和出米率计算重金属去除率,其结果示于表4.稻谷经不同深度加工后可除去一定量的Cd和Pb,加工成精米后,其去除率分别为24.10%和56.93%.2.3.2粗麸加工中cd和pb含量的变化从小麦各加工产品中Cd和Pb的质量分布(图3)看出,Cd和Pb在粗麸中的质量大多高于3皮和3心.麸皮层系糊粉层、珠心层、种皮、果皮和脱落的麦胚组成.根据表1数据,Cd和Pb在小麦胚、皮层(包含表皮、外果皮、内果皮、种皮、珠心层和糊粉层)中的质量含量较高,在加工中被磨入麸皮中,从而造成麸皮中Cd和Pb质量含量高于3皮和3心.根据瑞士布勒磨粉机加工小麦的出粉率(40%)可计算不同加工深度的Cd和Pb的去除率(表4),其结果如下:去除粗麸后,Cd和Pb随粗麸的去除率分别为24.35%和52.22%;随细麸的去除率分别为37.31%和19.05%.3cd和pb的结合1)Cd和Pb在稻麦籽实中的分布呈现不均一状态,它们在各形态结构中的质量含量具有明显差异:胚中含量显著高于胚乳,且皮层和颖壳中含量也较高;但从单位质量籽实中的Cd和Pb总量分布看,胚乳中占绝对优势.对照各形态结构的营养化学成分推测,这2种元素以与蛋白质相结合的形态存在为主,并在粗纤维中也有一定分布.2)脂肪、蛋白质提取试验证实,Cd和Pb在稻麦籽实中以与蛋白质相结合的形态为主,其中与谷蛋白、