污染稻麥籽的組織化學(xué)及生物分析化學(xué)

污染稻麥籽的組織化學(xué)及生物分析化學(xué)

近年來，人們非常重視環(huán)境（水體和土壤）中重金屬的存在形式，并進(jìn)行了許多研究，但關(guān)于食品中重金屬形式和毒性的報(bào)道很少。食品中重金屬的存在形式與環(huán)境中明顯不同。一般來說，作為一種幫助劑，人體通過食物攝入的重金屬的吸收、代謝活性和毒性物質(zhì)與金屬無產(chǎn)階級(jí)菌的作用有顯著差異。目前，國(guó)外對(duì)魚類、紫貝、考貝、牡蠣、蝦等原材料的分布、化合物和毒性進(jìn)行了深入研究。然而，作為食物的主要來源，食物中重金屬的分布、化合物的性質(zhì)和毒性沒有系統(tǒng)的報(bào)告。筆者用組織化學(xué)和生物化學(xué)分析方法,對(duì)受金屬污染的稻麥籽實(shí)中Cd和Pb的分布及存在形態(tài)進(jìn)行了初步研究,以揭示食品中重金屬形態(tài)與毒性的關(guān)系,并為制定食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù).1材料和方法1.1樣本來源采自湖北省大冶銅礦區(qū)周圍農(nóng)地及模擬污染土壤的盆栽樣品.1.2不同種子結(jié)構(gòu)組成的區(qū)別取水稻和小麥籽實(shí),先剝離穎殼,將穎果放入少量去離子水中使其充分吸水膨脹8h,在解剖鏡下將剝離區(qū)分為皮層、胚乳和胚,風(fēng)干后備用.1.3脂肪提取方法見文獻(xiàn).1.4提取方法的確定粉碎、脫脂后的樣品自然風(fēng)干.采用連續(xù)提取法區(qū)分清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白和谷蛋白.按順序分別用去離子水,5%NaCl,70%乙醇和0.2%NaOH溶液提取.方法是,稱取2g樣品,加提取劑25mL,攪拌1h后放置冰箱(4℃)保存10h,離心30min(4000r·min-1),收集上清液,沉淀部分按同樣方法進(jìn)行下一提取劑的提取.1.5離心+冷凍離心脫脂樣品經(jīng)濃度為50mmol·L-1Tris-HCl溶液(pH值7.5)提取1h,放置冰箱(4℃)10h后離心30min(4000r·min-1),取上清液,在20000g的高速冰凍離心機(jī)中再離心1h,其上清液再冷凍干燥,濃縮至原體積的1/5;然后經(jīng)SephadexG75柱層析(流速4mL(20min)-1,按4mL·管-1分部收集),在200～300nm下掃描,測(cè)定紫外吸收值.1.6小麥加工小麥采用NM-A型試驗(yàn)用碾米機(jī)加工水稻,加工后的產(chǎn)品為糙米、粗精米和精米.采用瑞士布勒磨粉機(jī)加工小麥,加工后的產(chǎn)品為粗麩、細(xì)麩、3皮和3心.1.7方法的檢驗(yàn)樣品用硝酸、高氯酸消化,用原子吸收分光光度計(jì)(日立180-80)測(cè)定其含量.為保證分析方法的準(zhǔn)確性,采用了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物茶葉樣品(GBW07605)進(jìn)行質(zhì)量控制,實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次.2結(jié)果與討論2.1cd和pb在稻麥籽實(shí)中的質(zhì)量分布從表1看出:Cd和Pb在稻麥籽實(shí)中并非呈均一分布,各形態(tài)結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量有明顯差異.Cd在2種作物的皮層和胚中質(zhì)量含量明顯高于胚乳和穎殼;Pb在稻谷中的分布與Cd類似,在麥粒中則穎殼和皮層中的質(zhì)量含量明顯高于胚乳.若除去穎殼和皮層,僅看其可食部分——胚和胚乳,Cd和Pb在稻麥籽實(shí)中的質(zhì)量分布均為胚顯著高于胚乳;但由于胚乳是組成籽實(shí)最主要的部分,通?？烧计淇傎|(zhì)量的70%～80%,因此就金屬的總量分布而言,胚乳中所占比例具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì).從籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)的化學(xué)組成看,穎殼以粗纖維為主.皮層中礦物質(zhì)含量較高,此外還含有粗纖維、維生素、脂肪等.胚中含有較高的蛋白質(zhì),還有脂肪和可溶性的碳水化合物.胚乳主要由淀粉組成,此外還有少量的蛋白質(zhì)和脂肪.對(duì)照表1可初步判斷Cd和Pb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),并在粗纖維中也有一定分布.2.2水稻品種的組成：c和pb2.2.1cd和pb含量的測(cè)定,其比pb含量測(cè)定cd和pb時(shí)蛋白質(zhì)量比的確定表2示出稻米和麥粒主要營(yíng)養(yǎng)成分中Cd與Pb的分布,其中蛋白質(zhì)中Cd和Pb為清蛋白、球蛋白、醇溶谷蛋白和谷蛋白中重金屬的質(zhì)量含量之和.可以看出,Cd和Pb在蛋白質(zhì)中的質(zhì)量含量最高,而脂肪和殘?jiān)械妮^低.盡管蛋白質(zhì)質(zhì)量?jī)H占籽實(shí)的10%左右,但由于Cd和Pb的含量高,故從其總量分布看,60%以上的Cd,80%以上的Pb都蓄積在蛋白質(zhì)中,呈現(xiàn)與蛋白質(zhì)結(jié)合的形態(tài);殘?jiān)蠧d的蓄積量約占總Cd量的30%,Pb占15%.由此推測(cè),Cd和Pb主要呈現(xiàn)與蛋白質(zhì)結(jié)合的形態(tài),但在纖維素中也有一定含量.2.2.2稻米和麥粒脂肪的理化性質(zhì)通常禾谷類籽實(shí)中脂肪的含量?jī)H占2%左右,主要存在于胚和糊粉層的細(xì)胞里.本文所取稻米和麥粒的脂肪質(zhì)量含量分別為2.80%和2.20%.從表2看出,稻米和麥粒脂肪中都含有Cd與Pb,但Cd的質(zhì)量含量極低,Pb則占有一定量.其形態(tài)是與脂肪的結(jié)合體,還是與其他脂溶性生物大分子的結(jié)合體還難以準(zhǔn)確判斷.2.2.3蛋白質(zhì)和醇溶性谷蛋白籽實(shí)中的蛋白質(zhì)根據(jù)其在不同溶劑中的溶解性,可分為4類: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,但溶于鹽類溶液;醇溶性谷蛋白不溶于水和鹽類溶液,但溶于體積分?jǐn)?shù)為70%的酒精;谷蛋白不溶于水、鹽類溶液和酒精溶液,但溶于稀堿或稀酸溶液.各種蛋白質(zhì)組分中Cd和Pb的質(zhì)量含量見圖1.從圖中看出,Cd和Pb在稻麥籽實(shí)中均以與球蛋白結(jié)合的量最多,其次為谷蛋白和清蛋白,結(jié)合量最少的是醇溶谷蛋白.2.2.4cd和pb與cd和pb的結(jié)合為進(jìn)一步研究Cd和Pb與蛋白質(zhì)結(jié)合體的性質(zhì),采用凝膠層析法對(duì)Tris-HCl可溶性蛋白質(zhì)進(jìn)行分離分析.圖2為糙米、麥粒的凝膠層析結(jié)果.糙米樣品的凝膠層析結(jié)果,一共分離得到3個(gè)紫外吸收峰.根據(jù)蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線,推定其表觀相對(duì)分子質(zhì)量分別約為54.50×103,16.04×103和5.50×103.洗脫液中Cd和Pb的質(zhì)量濃度分布趨勢(shì)與蛋白質(zhì)吸收峰有相似之處,在第1和第3個(gè)蛋白質(zhì)紫外吸收峰處出現(xiàn)Cd和Pb的峰值,因此可以推定這些元素主要與相對(duì)分子質(zhì)量為54.50×103和5.50×103的蛋白質(zhì)結(jié)合.麥粒Tris-HCl提取成分的柱層析分離得到3個(gè)紫外吸收峰,根據(jù)蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線,推定它們的表觀相對(duì)分子質(zhì)量依次為54.50×103,20.17×103和5.50×103.與洗脫液中Cd和Pb的測(cè)定結(jié)果相對(duì)照,第Ⅰ,Ⅲ紫外吸收峰與含Cd和Pb峰重疊,由此推定麥粒中Cd和Pb-蛋白質(zhì)結(jié)合體的表觀相對(duì)分子質(zhì)量約為54.50×103和5.50×103.紫外吸收的第Ⅱ峰處雖然沒有出現(xiàn)含Cd和Pb高峰,但仍有部分Cd和Pb與其結(jié)合,呈現(xiàn)出Cd和Pb與蛋白質(zhì)結(jié)合態(tài).2.3在谷物加工過程中，重金屬的去除和保留2.3.1稻米重金屬含量與去除率從表3看出,Cd和Pb在水稻加工產(chǎn)品中的質(zhì)量含量隨著加工深度的升級(jí)而遞減,其含量順序?yàn)椴诿?gt;粗精米>精米,Pb尤為明顯,米糠中Pb的含量顯著高于糙米、粗精米和精米.根據(jù)表1結(jié)果,水稻籽實(shí)胚和皮層(糙米皮層由果皮、種皮、外胚乳和糊粉層組成)中Pb的含量高,而米糠為種皮、果皮、外胚乳、糊粉層和部分脫落胚的混合物,故米糠中Pb的含量比糙米、粗精米和精米中的高,2個(gè)試驗(yàn)結(jié)果一致.采用NM-A型試驗(yàn)用碾米機(jī)加工稻米,出糙米率為78.4%,出粗精米率為72.5%,出精米率為68.6%.根據(jù)質(zhì)量含量和出米率計(jì)算重金屬去除率,其結(jié)果示于表4.稻谷經(jīng)不同深度加工后可除去一定量的Cd和Pb,加工成精米后,其去除率分別為24.10%和56.93%.2.3.2粗麩加工中cd和pb含量的變化從小麥各加工產(chǎn)品中Cd和Pb的質(zhì)量分布(圖3)看出,Cd和Pb在粗麩中的質(zhì)量大多高于3皮和3心.麩皮層系糊粉層、珠心層、種皮、果皮和脫落的麥胚組成.根據(jù)表1數(shù)據(jù),Cd和Pb在小麥胚、皮層(包含表皮、外果皮、內(nèi)果皮、種皮、珠心層和糊粉層)中的質(zhì)量含量較高,在加工中被磨入麩皮中,從而造成麩皮中Cd和Pb質(zhì)量含量高于3皮和3心.根據(jù)瑞士布勒磨粉機(jī)加工小麥的出粉率(40%)可計(jì)算不同加工深度的Cd和Pb的去除率(表4),其結(jié)果如下:去除粗麩后,Cd和Pb隨粗麩的去除率分別為24.35%和52.22%;隨細(xì)麩的去除率分別為37.31%和19.05%.3cd和pb的結(jié)合1)Cd和Pb在稻麥籽實(shí)中的分布呈現(xiàn)不均一狀態(tài),它們?cè)诟餍螒B(tài)結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量含量具有明顯差異:胚中含量顯著高于胚乳,且皮層和穎殼中含量也較高;但從單位質(zhì)量籽實(shí)中的Cd和Pb總量分布看,胚乳中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì).對(duì)照各形態(tài)結(jié)構(gòu)的營(yíng)養(yǎng)化學(xué)成分推測(cè),這2種元素以與蛋白質(zhì)相結(jié)合的形態(tài)存在為主,并在粗纖維中也有一定分布.2)脂肪、蛋白質(zhì)提取試驗(yàn)證實(shí),Cd和Pb在稻麥籽實(shí)中以與蛋白質(zhì)相結(jié)合的形態(tài)為主,其中與谷蛋白、