香菇、竹荪、三七中镉的去除、形态分析及其毒性评价

摘要

近年来，随着栽培环境的恶化以及基质材料的滥用，食材重金属污染问题越来越突出，不仅严重影响其食用安全性，给消费者的身体健康带来危害，同时也阻碍了其被进一步的开发利用。食材重金属超标引起的食品安全问题日渐成为国内外关注的焦点，寻求一种简单、安全的方法有效去除其中的超标重金属具有十分重要的意义。
　　本文以香菇、竹荪和三七为原料，首先对原料中铅、镉、砷、汞及主要功效成分含量进行了分析检测，确定原料中重金属的超标情况；然后研究溶剂络合萃取法和水提法对原料中镉的最佳去除工艺条件，进一步考察了联合溶剂络合萃取法-水提法-壳聚糖吸附三种方法连续的去除技术的去镉效果，利用形态分析方法考察了原料中镉的存在形态、三种去除方法的去镉机理以及经连续去除技术处理前后竹荪中高级形态镉的含量变化；最后利用秀丽隐杆线虫模型对经连续去除技术处理前后的竹荪、溶剂络合萃取液、有机态镉和无机态镉的毒性进行了系统的评价。具体研究内容和所得结果如下：
　　（1）三种原料中重金属及主要功效成分的含量检测。经微波消解后，采用石墨炉-原子吸收光谱法测定样品中铅、镉含量，原子荧光光谱法测定砷、汞含量，所得标准曲线相关系数均大于0.9990，加标回收率在84.86％~103.87%之间，符合定量分析的要求。检测结果表明，三种原料中镉超标严重，竹荪、三七中铅、砷轻微超标，而三种原料中汞均未超标。因此确定镉作为后续试验的重点研究对象。主要功效成分检测结果表明，香菇、竹荪中粗多糖含量分别为5.98%和5.08%，三七中总皂苷含量为7.09%。
　　（2）溶剂络合萃取法去除香菇、竹荪和三七中镉的研究。溶剂络合萃取最佳工艺条件为：混合溶剂（正己烷：无水乙醇）比3:7，萃取时间3 h，萃取温度30℃，络合剂（EDTA-2Na）用量2.5 g时，香菇中镉去除率可达55.9%；混合溶剂比3:7，萃取时间5 h，萃取温度30℃，EDTA-2Na用量2.5 g时，竹荪中镉去除率可达29.4%；混合溶剂比7：3，萃取时间2 h，萃取温度30℃，EDTA-2Na用量1.5 g时，三七中镉去除率可达53.7%。经溶剂络合萃取法处理后，香菇、竹荪、三七中镉含量分别降低至471.5μg/kg、4589.7μg/kg和289.4μg/kg。与此同时，香菇、竹荪中粗多糖保留率分别为90.2%和95.5%，保留率理想；三七总皂苷保留率为61.4%，受萃取去除的影响较大，其保留率主要取决于萃取温度。
　　（3）水提法去除香菇、竹荪中镉的研究。以去离子水为提取溶剂，水提法最佳工艺条件为：料液比1:30，提取时间2 h，提取温度40℃时，香菇中镉去除率可达66.8%；料液比1:20，提取时间3 h，提取温度40℃时，竹荪中镉去除率可达59.4%；水提后香菇水提液和竹荪水提液中镉含量分别降低至353.4μg/kg和2786.5μg/kg（折算为25%固形物计算）。与此同时，香菇、竹荪中粗多糖提取率分别为87.1%和89.3%。
　　（4）连续去除技术去除香菇、竹荪、三七中镉的研究。香菇经溶剂络合萃取、水提处理后镉含量降低至155.8μg/kg（折算为25%固形物计算）；竹荪经溶剂络合萃取、水提并结合壳聚糖吸附处理后镉含量降低至266.1μg/kg（折算为25%固形物计算）；三七经溶剂络合萃取后镉含量降低至289.4μg/kg。经连续去除技术处理后，三种原料中镉含量均达到食品安全标准的限量（≤300μg/kg）要求。
　　（5）镉的形态分析。将元素形态分为初级形态、次级形态和高级形态，首先采用水提法得出初级形态镉的分布，利用树脂分离出不同次级形态的镉，进一步利用HPLC-ICP-MS技术分析竹荪中高级形态镉的分布。考察了原料中镉的存在形态、三种去除方法的去镉机理和经连续去除技术处理后竹荪中高级形态镉的分布和含量变化。结果表明：镉在三种原料中主要以无机态、游离态和不稳定态存在。溶剂络合萃取法去除的主要是三种原料中非游离态、不稳定态和无机态镉；水提法去除的主要是香菇和竹荪中游离态和有机态镉；壳聚糖吸附去除的主要是竹荪水提液中游离态、无机态和稳定态镉。三种去除方法所去除的镉形态取决于方法本身，与原料种类无关。高级形态分析结果表明竹荪中存在4种有机态镉，经连续去除技术处理后，4种高级形态镉的含量均有不同程度的下降。
　　（6）利用秀丽隐杆线虫模型评价不同形态镉的毒性。以秀丽隐杆线虫为评价模型，寿命、半数致死时间（LT50）、产卵量、身体弯曲频率、头部摆动频率和移动力为评价指标，考察了经连续去除技术处理前后的竹荪、溶剂络合萃取液、有机态镉和无机态镉的毒性。结果表明：与竹荪原料相比，经连续去除技术处理后的竹荪对线虫的LT50（p<0.05）、头部摆动频率（p<0.05）、身体弯曲频率（p<0.01）、产卵量和移动力均有不同程度的提高，表明竹荪经连续去除技术处理后毒性下降；溶剂络合萃取液与竹荪原料相比，LT50有显著性下降（p<0.05），头部摆动频率、产卵量、移动力和身体弯曲频率有极显著下降（p<0.01），说明萃取出的这部分形态的镉对线虫具有很强的毒性；与有机态镉相比，竹荪无机态镉的LT50（p<0.05）、产卵量（p<0.05），头部摆动频率、身体弯曲频率和移动力均有不同程度的下降，说明无机态镉毒性强于有机态镉。

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1 前言

1.1 香菇、竹荪、三七概述

1.2 食品中有害重金属概述

1.3 食材中重金属去除方法的研究进展

1.4 元素形态分析研究进展

1.5 秀丽隐杆线虫简介及在毒性学中的应用

1.6 本课题研究的目的意义

1.7 本课题研究的主要内容

2 材料与方法

2.1 试验材料

2.2 实验试剂

2.3 主要仪器与设备

2.4 技术路线

2.5 试验方法

3 结果与分析

3.1 重金属含量测定

3.2 主要功效成分含量测定

3.3 溶剂络合萃取法去除香菇、竹荪、三七中镉的研究

3.4 水提法去除香菇、竹荪中镉的研究

3.5 连续去除技术处理原料中镉的研究

3.6 镉的形态分析

3.7 秀丽线虫模型毒性评价

4 结论与讨论

4.1 讨论

4.2 结论

4.3 本研究创新之处

4.4 展望

致谢

参考文献

附录A 研究生期间发表的论文情况

附录B 相关实验照片