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(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大大學(xué)煙臺(tái)研究院,山東煙臺(tái) 264670; 2.山東海洋資源與環(huán)境研究院,山東煙臺(tái) 264000)

近年來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí),也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。礦石開(kāi)采冶煉、工業(yè)“三廢”以及農(nóng)藥化肥的使用,引發(fā)了環(huán)境污染,其中重金屬污染尤為嚴(yán)重。已有研究表明,人類(lèi)活動(dòng)排放的重金屬已成為海洋環(huán)境中重金屬的主要來(lái)源[1]。利用海洋生物對(duì)金屬的蓄積情況評(píng)價(jià)海洋環(huán)境中金屬的污染是可行的,特別是藻類(lèi),由于其特殊的結(jié)構(gòu)性質(zhì),在海洋環(huán)境中,對(duì)金屬的富集性較高,是各種元素天然、高效的富集器。元素中鋅(Zn),硒(Se)被認(rèn)為是必需元素,而鉛(Pb)和鎘(Cd)屬于有害金屬[2-3]。

目前,藻類(lèi)中各種重金屬的檢測(cè)主要集中在總濃度的變化,然而,污染物的總量并不能直接反映出存在的健康風(fēng)險(xiǎn),很可能高估了風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)槭澄锍煞衷谙^(guò)程中被釋放,僅僅有部分被機(jī)體吸收。生物利用度(Bioaccessibility)是指污染物進(jìn)入機(jī)體后,能夠被消化吸收的量[4-5]。針對(duì)生物利用度的測(cè)定,目前已有幾種方法應(yīng)用于不同的食品評(píng)價(jià)中[6-9]?？紤]到體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的成本以及動(dòng)物福利問(wèn)題,具有成本低、快速以及可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)的體外消化(invitro)模型應(yīng)用越來(lái)越廣泛[10-11]。金屬的生物利用度不僅與其吸附形式有關(guān),也與食品的物理化學(xué)性質(zhì)以及加工方式有很大關(guān)系[12]。目前已經(jīng)有一些報(bào)道關(guān)于加工方式對(duì)水產(chǎn)品中金屬濃度以及生物利用度的影響,研究表明,不同的加工方式對(duì)不同金屬元素的吸收利用影響很大[13-15]。很多學(xué)者對(duì)不同地區(qū)的海帶中重金屬的含量進(jìn)行了調(diào)查報(bào)告[16-17]。然而,絕大多數(shù)的結(jié)果都是針對(duì)鮮海帶或干海帶,加工過(guò)程對(duì)海帶中重金屬含量的影響報(bào)道較少?；诤?duì)金屬元素的強(qiáng)富集性,有必要研究常用烹飪方式對(duì)海帶中元素吸收利用的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮海帶(Laminariaochroleuca) 采自山東威海榮成海域;胃蛋白酶(1∶3000,純度>99%)、胰酶(純度>99%)、牛膽粉(純度>99%)、豬黏蛋白(分析純) 購(gòu)自Sigma公司;4種元素標(biāo)準(zhǔn)液購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化物質(zhì)中心;尿素、尿酸、葡萄糖醛酸、牛血清蛋白、葡萄糖胺鹽酸鹽、濃硝酸 分析純,購(gòu)自上海生物工程有限公司;氯化鉀、氯化鈉、碳酸氫鈉、磷酸二氫鈉、硫酸鈉、磷酸二氫鉀、二水氯化鈣、氯化銨、鹽酸 均為分析純,購(gòu)自煙臺(tái)三和化工有限公司;唾液、胃消化液、膽汁及腸液 配方參考Oomen[19]。

Agilent 7500a電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS) 美國(guó)Agilent公司;MARS微波消解儀 美國(guó)CEM公司;GZX-9023MBE鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊生物儀器公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 海帶的預(yù)處理 海帶采用漂燙和干燥復(fù)水兩種加工方式進(jìn)行處理。海帶漂燙:大約100 g鮮海帶置于2000 mL煮沸雙蒸水中5 min;海帶干燥復(fù)水:鮮海帶置于鼓風(fēng)干燥箱60 ℃烘干4 h至恒重;將烘干后的干海帶置于蒸籠中,保持蒸鍋中的水一直處于沸騰狀態(tài),蒸40 min,直至干海帶綿軟可食用。鮮海帶原料及經(jīng)過(guò)兩種熱處理的樣品,分別于12000 r/min均質(zhì)1 min,每份均質(zhì)液樣品分為兩組,一組進(jìn)行體外模擬消化實(shí)驗(yàn)后,再采用ICP-MS測(cè)定其金屬濃度;另一組直接采用ICP-MS測(cè)定其元素濃度。

1.2.2 ICP-MS測(cè)定元素濃度 將1.2.1得到的原料及兩種熱處理均質(zhì)液樣品,置于60 ℃干燥箱烘干4 h至恒重,分別準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2 g放入消解管中,加入5 mL濃硝酸,浸泡12 h,將消解管置于消解儀上,逐步升溫到190 ℃并保持,直到消化液完全澄清且無(wú)白煙冒出。冷卻后,用超純水定容至25 mL,然后用ICP-MS測(cè)定樣品中元素濃度,每個(gè)樣品重復(fù)三次[18]。

1.2.3 生物利用度的測(cè)定 體外模擬消化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥⒖糘omen等[19]。稱(chēng)取1 g均質(zhì)液樣品(三個(gè)重復(fù))加入9 mL唾液,混合物在37 ℃、55 r/min振蕩5 min,接著加入14 mL胃消化液,相同條件振蕩2 h后,27 mL腸液和9 mL膽汁同時(shí)加入,混合液相同條件繼續(xù)振蕩反應(yīng)2 h?；旌弦?000 r/min離心10 min,上清液過(guò)0.45 μm濾膜,-20 ℃保存,濾液直接進(jìn)行ICP-MS測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較分析,結(jié)果采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料及加工后樣品中元素濃度

原料及加工后海帶中各元素濃度見(jiàn)表1。原料中Zn的濃度為3.42 mg/kg,兩種加工處理均顯著提高其濃度,其中干燥-復(fù)水組Zn的濃度顯著高于漂燙處理(p<0.05)。海帶中的Cd經(jīng)過(guò)兩種熱處理后,其濃度也均顯著高于原料(p<0.05);而Pb正好相反,兩種加工處理后其濃度均降低。海帶經(jīng)過(guò)漂燙處理后,Se的濃度顯著降低(p<0.05)。

一般認(rèn)為食品原料加工過(guò)程中,有一部分元素進(jìn)入水中,從而降低了其濃度,然而結(jié)果并不是完全如此。

2.2 原料及加工后樣品中元素生物利用度

原料及熱處理后海帶樣品中4種元素的生物利用度見(jiàn)圖1。加工前后Pb、Cd、Se、Zn的生物利用度分別為39.28%～105.88%、34.88%～55.32%、86.24%～97.67%和59.35%～98.76%,其中原料海帶中Pb的生物利用度超過(guò)100%。以往的研究報(bào)道中,也有學(xué)者得出海產(chǎn)品中重金屬的生物利用度超過(guò)100%,這可能是與樣品的不均一性有關(guān)[11,21]。Cd的生物利用度在所有的樣品中都較低,這意味著僅以總量來(lái)判斷海帶中Cd的危害性,會(huì)高估風(fēng)險(xiǎn)。而加工前后樣品中Se的生物利用度均較高,說(shuō)明熱處理對(duì)海帶中Se的吸收利用影響很小。

圖1 兩種熱處理對(duì)海帶中Pb,Cd,Se,Zn生物利用度的影響Fig.1 Effects of two heat treatments on bioaccessibility of Pb,Cd,Se,Zn in seaweed

不同學(xué)者研究報(bào)道顯示,水產(chǎn)品中元素的生物利用度很難進(jìn)行比較,原料品種的差異甚至同一品種不同規(guī)格大小對(duì)同一種元素生物利用度均有影響。He等[22]研究了不同大小規(guī)格的同一種魚(yú)類(lèi)中Cd、Cu和Se的生物利用度,分別為73.7%～93.2%、81.4%～85.4%和48%～61%。Laird等[11]調(diào)查了魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)以及海藻中Cd、Se和Cu的生物利用度,分別為18%～107%、50%～98%和59%～117%。

兩種加工方式均降低了海帶中Pb和Cd的生物利用度,而Se和Zn的濃度經(jīng)過(guò)加工后反而升高。這個(gè)結(jié)果表明熱處理確實(shí)能影響海帶中元素的吸收利用,而且針對(duì)不同的元素,這種變化趨勢(shì)是不同的。一般認(rèn)為,海帶的質(zhì)地結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)熱處理后要比原料更加柔軟、易消化,因此各元素很容易被釋放到消化液中,進(jìn)而生物利用度升高。然而經(jīng)過(guò)熱處理后,Pb和Cd的生物利用度降低,原因可能是水分以及一些可溶性成分的損失,導(dǎo)致重量減輕,從而影響生物利用度[23];此外,不同金屬在海帶中的累積形式以及吸附機(jī)制不同,Pb和Cd可能主要與一些不容易降解、難消化的復(fù)合物結(jié)合,經(jīng)過(guò)熱處理后,這些復(fù)合物的難溶性加劇,導(dǎo)致其生物利用度下降。

兩種加工方式相比,干制復(fù)水處理后四種元素的生物利用度基本高于漂燙處理,這可能是因?yàn)楦芍茝?fù)水操作相比漂燙處理,加工過(guò)程更加復(fù)雜,對(duì)原料結(jié)構(gòu)的破壞更大,因此其元素生物利用度更高。元素的生物利用度不僅與元素的吸附形式有關(guān),而且與食品的物理化學(xué)形態(tài),加工方式有關(guān)。Almela等[24]發(fā)現(xiàn)紫菜經(jīng)過(guò)烘烤后,提高了As的生物利用度,而羊棲菜中的As經(jīng)過(guò)浸泡后,含量降低了60%[21]。

2.3 元素濃度與生物利用度的相關(guān)性

由表2可以看出,除了Cd和Zn的生物利用度沒(méi)有相關(guān)性以外,其他幾種元素濃度、生物利用度以及濃度和生物利用度之間都存在顯著相關(guān)性。Pb的濃度和生物利用度之間,Pb和Zn以及Se和Zn的生物利用度之間呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)。這些結(jié)果表明海帶中四種元素的吸收不僅與元素自身有關(guān),而且與其他元素的濃度以及生物利用度有關(guān)。

目前關(guān)于海產(chǎn)品中元素的濃度以及生物利用度的相關(guān)性分析有一些研究報(bào)道。He等[25]發(fā)現(xiàn)貝類(lèi)中Se的生物利用度和濃度之間沒(méi)有相關(guān)性。Gao等[26]研究表明牡蠣中Cd的濃度與生物利用度之間呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān),與本文結(jié)果相反。而Laird等[11]對(duì)魚(yú)類(lèi)和貝類(lèi)中Se的研究發(fā)現(xiàn),其濃度和生物利用度呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系,這與本文的研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本文對(duì)海帶中Pb、Cd、Se、Zn四種元素利用情況,通過(guò)體外模擬消化模型進(jìn)行研究。結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)兩種熱處理后,海帶中Pb的濃度及生物利用度均降低,而Zn的濃度及生物利用度均有提高;兩種加工方式相比,干制復(fù)水處理后樣品中四種元素的生物利用度更高。此外,一種元素的吸收利用與原料中其他元素的濃度有顯著相關(guān)性。