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文档简介
水稻和小麦籽实中砷的形态分布及去除
1食品中as的形态及其与毒性的关系环境中的重金属等有毒元素被植物吸收后,由于其位置和组合的不同,毒性差异很大。食品中的重金属与生物植株形成复杂的结合体。进入人体后的代谢活性和毒性也与钾中毒的形式明显不同。从20世纪80年代开始,国外开始对植物重量进行深入研究,并取得了许多研究成果。在中国,我们也开始进行初步研究。as是对动植物有强烈毒性作用的主要污染物,可能会导致各种人类疾病。长期接触as的长期接触会导致人类急救、as中毒、皮肤癌、肺癌和其他内脏病变。因此,人们也非常重视食品中的as和毒性关系。由于大量优质海产资源,国外对as的分布和性质进行了深入研究。谷物和其他谷物是人们的主要食物。食物中的as中毒和健康效应经常发生。然而,关于谷物和其他作物种子的分布、形态和毒性评价的系统研究还不够。此外,应用程序中的水稻和小麦被收获,其加工深度对产品质量有重大影响,但对植物中等毒元素的去除和保留的影响尚不清楚。在这项工作中,我们选择了水稻和小麦两种主要作物,并对它们的种子中的as分布、混合形状和加工进行了初步研究。从“量”和“质”两个方面评估有毒物质的毒性,为控制食物中的as污染和减少人体摄入水平提供基础。2材料和方法2.1样本来源试验所选用的稻谷采自湖北省大冶铜矿区周围污染农田收获的水稻,小麦采自云南兰坪县铅、锌矿山附近的污染农田.2.2水稻和小麦种子的形态结构的区别将去颖壳的水稻米粒和小麦籽实放入培养皿中加少量去离子水,使其充分吸胀后,用不锈钢解剖刀和镊子,将其剥离为种皮、胚和胚乳3部分.2.3脂肪含量的测定先将去颖壳后的米粒和麦粒研碎,然后称取2.0000g样品各4份,分别装入滤纸包中,再按国家标准GB2906-82方法提取水稻和小麦中粗脂肪,并计算粗脂肪的含量.将称重后的脂肪再次溶于无水乙醚,并转移到三角瓶中,然后消化样品,待测.2.4蛋白质的提取将脱脂谷物样品自然风干,转移至塑料离心管中,然后按文献介绍的方法逐级提取谷物中各种组分的蛋白质.首先加去离子水25ml,搅拌1h后,放4℃冰箱中保存10h,然后离心30min,收集上清液于三角瓶中.在离心管中按上述同样步骤依次加入5%NaCl、70%乙醇和0.2%NaOH溶液浸提离心,收集上清液,剩余残渣用去离子水转入三角瓶中.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、单糠、米糠、自采用NM-A型试验用碾米机,对污染稻谷进行不同深度加工,加工后的产品分为:粗米糠、精米糠、糙米、粗精米、精米.加工流程如下:稻谷→去颖壳→去颖壳糙米→去粗米糠→去粗米糠粗精米→去精米糠→去精米糠精米2.5.2小麦加工采用瑞士布勒磨粉机对污染麦粒进行不同深度的面粉加工,加工后的产品分为:粗麸、细麸、3皮3心.加工流程见图1.2.6分析方法及过程对前述各组样品进行消化,方法按文献进行,然后利用氢化物-原子吸收方法测定样品中的As(仪器型号:GBC906,HG3000,澳大利亚).为了保证分析方法的准确性,采用了国家标准物质茶叶样品(GBW07605)进行质量控制.3结果与讨论3.1水稻、小麦胚和胚乳中as的含量和分布水稻和小麦籽实不同结构部位中As的浓度和各部位中As的相对百分含量见表1.从表1可知,As在水稻、小麦籽实各结构部位中的分布不均,水稻为胚>种皮>颖壳>胚乳,小麦为胚>种皮>胚乳.若以胚乳浓度为1,As在水稻、小麦籽实各结构部位中的浓度比值分别为:4.56ue5fe3.6ue5fe2.2ue5fe1和2.04ue5fe1.55ue5fe1.As在水稻、小麦的胚中浓度最高,但胚和胚乳中As的比例,水稻(4.56ue5fe1)明显高于小麦(2.04ue5fe1).另外,水稻、小麦籽实各形态结构部位在籽实中所占比重不同,都以胚乳为主,分别占籽实的81.9%和93.4%,水稻籽实颖壳占13.1%,种皮和胚占的比例很小.由于各形态结构部位所占比重不同,虽然水稻和小麦胚中As的浓度最高,但总的累积量较少,而胚乳中As的浓度虽低,但累积量最多.As在胚乳中的累积量分别占稻谷和麦粒总量的62.3%和89.1%.水稻颖壳中As积累量占稻谷总量的22.3%,水稻和小麦种皮和胚中的累积量相对较少.根据已有研究成果,谷物各形态结构部位的化学成分不同,颖壳主要由粗纤维组成,皮层也主要由纤维素组成,还含有一些矿物质等其它组分,胚中主要以蛋白质为主,还含有糖类、脂肪等,胚乳是谷物类籽实的主要部位,以淀粉类物质为主,此外有少量的蛋白质和脂肪.另外,糙米中蛋白质主要集中在胚,麦粒中蛋白质在胚、胚乳中都有分布,皮层中也有少量蛋白质.水稻、小麦籽实中As在胚中浓度明显高于胚乳,说明As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.其次,种皮中有较高的As浓度,也说明As易与纤维素结合.另外,水稻、小麦籽实胚和胚乳中As的比例不同,可能与蛋白质在胚和胚乳中的分布状况有关.3.2以水稻和小麦为原料的混合形态3.2.1废水中as的形态分布通过提取稻米和麦粒中的脂肪和蛋白质,分析各营养成分中As的含量.从图2可以看出,在水稻、小麦籽实的蛋白质提取组分中As的含量最高,分别占总量的74.1%和70.7%,脂肪中的As分别为8.9%和4.8%.若分别按籽实中蛋白质和脂肪的重量计算,水稻籽实中蛋白质和脂肪结合态As浓度分别为6.060和2.803μg·g-1,小麦籽实中蛋白质和脂肪结合态As分别为2.720和1.009μg·g-1(表2).抽提脂肪和蛋白质后,剩余残渣主要为淀粉,还有少量纤维素、半纤维素和矿物质等.水稻、小麦残渣部分中As含量分别占总量的17%和24.5%.该结果可以进一步说明稻米、麦粒中As主要以蛋白质相结合的形态为主,与As在稻米和小麦各形态结构部位中的分布结果相一致.3.2.2玉米中as的分布和形成禾谷类籽实中脂肪含量较少,主要存在于胚和糊粉层的细胞里.待测水稻和小麦的脂肪含量分别为2.18%和2.20%,脂肪抽提液中所测定的As浓度,按稻米和麦粒重量计算分别为61.1和22.2ng·g-1,只占稻米和麦粒中总As的很小一部分(<9%),这部分As是与脂肪结合的,它们随脂肪的提取而溶解出来.另外,根据日本山内等人的研究结果,稻米中的As可以无机和有机砷形态存在.因有机砷(如一甲基胂和二甲基胂)是脂溶性的,随脂肪溶解一起被抽提出来.关于As在脂肪中的结合形式,有待进一步研究.3.2.3模拟水体中as的结合态蛋白质的分离采用连续提取法,对脱脂后的籽实进行蛋白质分离提取.根据蛋白质在各种溶剂中溶解度的不同,可分为清蛋白、球蛋白、谷醇溶蛋白和谷蛋白等几种.清蛋白,在谷物种子中含量很少,易溶于水;球蛋白含量也很少,不溶于水,但溶于盐类溶液,谷醇溶蛋白不溶于水和盐类溶液,但溶于70%的乙醇;谷蛋白不溶于水、盐溶液和酒精溶液,但易溶于稀碱或稀酸溶液.各种蛋白质组分中As的相对含量见图3.由图3可知,稻谷和小麦各种溶剂所提取的As的相对百分含量基本一致,其中碱提取的部分中As最高,稻米和小麦分别占43%和47%,其余各部分均小于20%.Ⅰ.脂肪Fat,Ⅱ.蛋白质Protein,Ⅲ.其余组分Othercomponent.已有研究表明,谷物类种子中蛋白质的含量大约占10%,都是一些简单蛋白质,少量的复合蛋白质.谷类中的简单蛋白质以谷蛋白为主,如水稻占80%,它们溶于碱溶液.从上述结果可以推测水稻、小麦中与As结合的蛋白质可能以谷蛋白为主.据吉田等人的研究,他们从海带中提取了一种与生物大分子结合的As,分子量大约500~1000.Bogdan也从兔肝细胞中分离出3种As结合态蛋白质,说明As能够与蛋白质分子结合.至于水稻、小麦籽实中As结合态蛋白质的特征,有待进一步鉴定.3.3各结构部位中as的收获的稻谷和小麦通过一系列的加工处理,成为人们食用的大米和面粉.稻谷去颖壳为糙米,去粗米糠成为粗精米,然后去细米糠,加工成精米.小麦加工成粗麸、细麸、3皮和3心后按不同比例混配成各种级别的面粉.不同加工方式和加工深度对产品质量有很大影响.存留在谷物各部位中的污染物质随着加工深度的增加,对重金属等污染物物质的去除和存留也产生一定影响.图4、图5列出了稻谷和小麦加工后各组分中As的浓度分布.结果表明,随着加工深度的升级,在大米各组分中存留的As浓度逐渐降低,其浓度顺序为糙米>粗精米>精米,去除的米糠部分浓度为:精米糠>粗米糠,并且,米糠部分中As的浓度比糙米、粗精米和精米中浓度高.去除的米糠主要由种皮、果皮、外胚乳、糊粉层和部分脱落的胚等部分组成,根据各形态结构部位中As的浓度分布状况,水稻籽实胚和皮层中As的浓度高,使得米糠中As的浓度高,所以,二者结果相一致.根据出米率可计算出各加工阶段对As的去除率,在去颖壳、去粗米糠、去精米糠的过程中,可分别去除As16.51%、12.41%和10.26%.小麦也随着加工深度的升级,随粗麦麸和细麦麸的去除,小麦加工的各组分中存留的As浓度降低.在3皮和3心中As浓度都低于麦粒,而粗麦麸和细麦麸中As的浓度高于麦粒.小麦麸皮占麦粒的1/5,主要包括果皮、种皮以及糊粉层等部分,蛋白质含量达16%左右,另外含有较高的纤维素,根据各结构部位中As的分布结果,As在这些组分中存留的浓度较高,因此去除的麦麸中As浓度高于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对As的去除率,随着粗麸和细麸的去除,可分别去除麦粒中总As的22.0%和45.6%.比较麦粒和稻谷在加工过程中对As的去除,去As率麦粒高于稻谷,可分别去除谷物总As的67.6%和39.2%.4小麦和麦粒中as的去除4.1As在谷物各结构部位中的分布不均,在水稻籽实中浓度分布顺序为胚>种皮>颖壳>胚乳,小麦中As浓度分布顺序为胚>种皮>胚乳.4.2As在水稻、小麦籽实里主要与蛋白质组分结合,分别占总量的74.1%和70.7%,脂肪中的As分别为8.9%和4.8%,其余组分中As的相对含量为17%和24.5%.在蛋白质结合态As中以谷蛋白最高,稻米和小麦分别占43%和47%,其余蛋白组分中均小于20%.4.3在谷物
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