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加工精度对稻谷籽粒中重金属含量的影响

时间:2018-01-11 12:53来源:《粮油食品科技》 , 2016 , 24 ( 作者:丁哲慧,鞠兴荣,袁 点击:
研究了稻谷籽粒不同的组织结构中Cd、Pb、As的含量分布,以及不同加工精度对重金属去除率的影响。结果表明,研究样品中Pb的浓度最高,米糠层重金属含量最高。随着加工精度的增加,重金属去除率也随之增加,当碾米120s后,As总去除率最高,为42.57%,而Cd和Pb的
丁哲慧,鞠兴荣,袁 建,何 荣
( 南京财经大学食品科学与工程学院,南京 210023)
 
摘 要:研究了稻谷籽粒不同的组织结构中Cd、Pb、As的含量分布,以及不同加工精度对重金属去除率的影响。结果表明,研究样品中Pb的浓度最高,米糠层重金属含量最高。随着加工精度的增加,重金属去除率也随之增加,当碾米120s后,As总去除率最高,为42.57%,而Cd和Pb的去除率分别为24.38%和41.38%。因此通过砻谷和提高碾米精度,可以去除稻谷中部分重金属。
关键词:稻谷;重金属;加工精度 
随着我国工业发展,重金属污染越来越严重,重金属污染是指密度不低于5g/cm3金属过量累积引起的污染,包括含有汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)、铅(Pb)及砷(As)等生物毒性显著的重金属元素及其化合物对环境的污染,其中As虽然不是金属元素,但其来源及危害都与重金属相似,所以通常也将其列为污染重金属的范畴。水稻是对重金属镉富集能力较强的粮食作物,水稻重金属污染对大米生产、加工以及质量安全构成了潜在威胁[1~3]。监测和防治重金属的污染已成为世界各国普遍关注的问题。据初步统计,我国受重金属污染的耕地多达2000万hm[2,4]。2002年对全国市场稻米安全性抽检结果表明,稻米中超标最严重的重金属是Pb,超标率为28.4%,其次是Cd,超标率为10.3%,As超标率相对较低,超标率为2.8%。因此研究减少水稻籽粒中重金属含量的方法,降低大米的重金属污染,具有重要的理论意义和实际价值。本实验研究受污染的稻谷中重金属含量的分布,以及不同加工精度对重金属的去除率的影响,以期为降低大米重金属污染提供技术支持。
 
1 材料与方法
1.1 材料和试剂
稻谷:产自江苏高淳。
试剂:硝酸(65%,优级纯);H2O2(30%优级纯);Pb、Cd、As元素标准溶液:国家标准物质中心;生物标准参考物质大米GBW10010:地质矿产部物化探研究所。
1.2 实验仪器
MARS微波消解仪:美国培安公司;7700xICPMS:安捷伦科技有限公司;JGMJ8098砻米机:上海嘉定粮油仪器有限公司;JNMJ6碾米机:江苏省台州市仪器厂;SQP电子天平:赛多利斯科学仪器公司;BHW-09C电加热器:上海博通化学材料科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 稻谷加工方法
稻谷经砻谷得糙米和颖壳。糙米经碾米得精米和米糠。
1.3.2 样品消解
样品经粉碎机粉碎,过100目筛,精确称取0.5g置于消解罐内,并加入5mL硝酸,静置1h,加入2mL过氧化氢。按表1条件进行微波消解。微波消解完毕后,将消解液冷却后取出,放置加热板加热至160℃赶酸,直至黄烟冒尽,转移至25mL容量瓶内,用2.0%硝酸定容待测,同时做空白,为保证分析方法准确性,采用国家标准样品大米GBW10010进行实验对照[5~6]。
表1 CEM MARS微波消解条件
条件 消解程序
1 2 3 4
控制温度/℃ 120 120 160 160
加热时间/min 6 2 5 15
功率/kW 1550 1550 1600 1600
 
 
1.3.3 重金属含量测定
样品As、Cd、Pb含量采用ICP~MS测定,ICP~MS工作参数设置参照SN/T 0448-2011[7]。
1.3.4 重金属去除率计算
重金属去除率按下式计算:
 
式中,D去除率,%;w去除部位重量,g;c去除部位浓度,mg/kg;w0总重量,g;c0总浓度,mg/kg。
1.4 数据处理
采用SAS对数据进行单因素方差分析、Duncan多重比较。每组实验重复3次,结果均采用平均值±标准差表示。
 
2 结果与分析
2.1 国家标准样品测试值比对
由表2可知,标样测量值在标准样品大米标定值误差范围内。
        表2 国家标准大米测试值比对      μg·kg~1
元素 As Cd Pb
标样标定值 102±8 87±5 80±30
标样测量值 102.56±0.43 89.65±1.26 79.17±1.06
 
   
2.2 稻谷籽粒各部位中的重金属浓度分布
Cd、Pb、As在稻谷籽粒不同组织中的分布的分析结果如表3所示。
表3 As、Pb、Cd在籽粒形态结构中的浓度
组织
结构 所占重量比例/% As/
(μg·kg~1) Cd/(μg·kg~1) Pb/
(μg·kg~1)
稻谷 100 334.32±2.24c 53.73±0.32c 391.22±3.63c
颖壳 22.03 560.050±1.39b 67.12±0.72b 1102.71±19.25b
米糠层 19.22 751.09±0.16a 78.41±0.08a 1115.46±0.95a
胚乳 58.75 98.77±3.76d 27.86±0.22d 87.20±1.05d
 
注:同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05
从稻谷各形态结构的化学组成看,颖壳主要成份为粗纤维。米糠层主要组分为皮层和胚,一般占糙米总质量的6~8%[8],其主要成份为碳水化合物(51.00%)、脂肪(20.50%)以及蛋白质(14.50%)[9]。皮层矿物质和粗纤维含量较高,此外含有脂肪、维生素等。胚的主要成份为可溶性碳水化合物,还含有一定量脂肪和蛋白质。胚乳则以淀粉为主,70%的淀粉分布在胚乳中,此外还有少量的蛋白质和脂肪。
由表3可知As、Cd、Pb三种元素中在稻谷籽粒各部位的浓度呈不均匀分布,其含量分布具有显著差异(P<0.05),具体规律为米糠层>颖壳>胚乳。查燕等[10]的研究中Pb、Cd含量分布规律为米糠>颖壳>胚乳,与本实验结果一致。Sun等[11]通过测定来水稻籽粒中的砷含量,发现总砷富集规律为米糠(330μg/kg)>糙米(76μ/kg)>大米(56μg/kg)。因为三种元素中籽粒中Pb的含量最高为391.216μg/kg,因而在颖壳、米糠层、胚乳中的浓度相对也较高,分别为1102.71±19.25、1115.46±0.95、87.20±1.05μg/kg。
米糠层中重金属含量明显高于其他部位,这是因为在谷物中重金属元素主要与蛋白质相结合,形成络合物,因此三种元素易聚集在蛋白质含量较高的部位,而米糠中蛋白质含量较高,为12~18%[12]。在颖壳中三种元素的含量都较高,其中Pb尤为突出,含量高达1102.710μg/kg,颖壳中主要成分为粗纤维[10],这表明重金属会与部分粗纤维结合。
As、Cd、Pb在米糠层中的浓度明显高于胚乳和颖壳,但由于胚乳是稻谷最主要的成份,通常可占籽粒总重量的60~80%,因此胚乳中重金属的总量所占比例最高。
2.3 加工精度对稻谷重金属含量影响
稻谷籽粒主要由颖(稻壳)和颖果(糙米)两部分组成。稻谷加工分为清理、砻谷和碾米三个工序,稻谷经砻谷机脱去颖壳后即可得到糙米。糙米由果皮、种皮、外胚乳、胚乳及胚组成。糙米再经加工碾去米糠层,留下的胚乳,即为食用的大米。碾米时间越长,去除果皮、种皮越充分,得到的大米的加工精度等级越高。本试验对不同加工精度的大米中重金属含量进行了研究。
水稻经砻谷后As、Cd、Pb的去除与存留试验结果示于表4。砻谷的出糙率为77.97%。砻谷得糙米时Pb去除率最高为9.57%。Cd的去除率最低,仅为3.761%,As的去除率为5.09%。
表4 砻谷对水稻中As、Cd、Pb含量影响
元素 As/(μg/kg) Cd/(μg/kg) Pb/(μg/kg)
水稻 334.32±2.24 53.73±0.32 391.22±3.63
糙米 257.02±0.28 44.78±0.05 221.27±0.42
去除率/% 5.09±0.41 3.67±0.22 9.57±0.08
 
 
糙米在不同碾米精度下重金属的去除与存留试验结果示列于表5。单位重量籽粒中胚乳中占据绝对优势,碾米30s后胚乳重量占籽粒重量的69.98%,碾米120s后胚乳重量占籽粒重量的58.75。但三种元素在胚乳中含量占籽粒As、Pb总量并不高,而胚乳中Cd含量占绝对优势。胚乳中As占籽粒总含量17~30%,Cd含量占籽粒中总Cd量的34~52%,Pb含量占籽粒中总Pb量的比例为13~34%。由表5可以看出,As、Cd、Pb的浓度随着加工精度的提高而递减。碾米30s后所得精米中,As浓度减少最多为113.30μg/kg,碾米120s后精米中Pb的浓度比糙米中Pb的浓度降低了2/3,Pb的浓度减少量最多为102.67μg/kg。
表5 碾米精度对水稻中As、Cd、Pb含量影响
碾米时间/s 糙出白率
/% As浓度
/(μg/kg) Cd浓度
/(μg/kg) Pb浓度
/(μg/kg)
30 89.76±0.72 143.72±3.76a 36.91±0.22a 189.87±2.02a
60 83.09±0.56 129.32±1.62b 34.98±0.39b 131.952±1.56b
90 82.21±0.89 121.33±1.70c 29.93±0.30c 114.105±0.92c
120 75.36±0.47 98.77±1.82d 27.86±0.47d 87.200±3.42d
 
注:同列不同小写字母表示差异显著,P<0.05
由表6可以看出稻谷经不同精度碾米后可去除一定比例的重金属,3种元素相比,As的去除率最高为37.48%,Pb去除率为31.82%,和As相差不多,Cd去除率最低为20.71%。田阳[14]等人表明,稻谷Cd含量呈随加工精度增加呈降低趋势;精米率为76.17%时,Cd的去除达到最佳效果。稻谷经过砻谷,As、Cd、Pb去除率分别为5.09%、3.67%、9.57%,碾米2min后As、Cd、Pb去除率分别为37.48%、20.71%、31.82%,因此总去除率分别为42.57%、24.38%、41.40%。这是因为稻谷中Cd含量本身低于As和Pb,并且Cd的含量分布差异远没有As与Pb显著。碾米时间越长,三种重金属去除率越高。
表6 不同加工过程中As、Cd、Pb的去除率%
As去除率 Cd去除率 Pb去除率
30s 4.52±1.02 1.80±0.55 1.45±0.14
60s 8.40±0.77 3.70±0.23 6.83±0.33
90s 9.39±1.34 5.90±0.09 8.62±0.97
2min 15.17±0.32 9.31±0.46 14.93±1.22
合计 37.48 20.71 31.82
 
 
根据国家标准食品中污染物限量[13],稻谷、糙米、精米中As、Pb、Cd的限量均为200μg/g。由图1可以看出糙米中As、Pb均超出国家标准,但经过碾米120s后得到的精米含量均达标,精米中Cd含量也明显低于糙米中Cd含量。
 
3 结论
在稻谷各部位中Cd、Pb、As的浓度具有明显差异,米糠层含量最高,因而糙米的含量明显高于精米,且颖壳中浓度也较高。稻谷加工成精米后,Cd、Pb、As在碾米2min后重金属的去除率分别为37.48%、20.71%、31.82%。
参考文献
[1] He J Y,Zhu C,Ren Y F,et al.Uptake, subcellular distribution,and chemical forms of cadmium in wild-type and mutant rice[J].Pedosphere,2008,18(3):371~377.
[2] 金亮,李恋卿,潘根兴,等.苏北地区土壤~水稻系统重金属分布及其食物安全风险评价[J].生态与农村环境学报,2007,23(1):33~39.
[3] 杨春刚,廖西元,章秀福,等.不同基因型水稻籽粒对镉积累的差异[J].中国水稻科学,2006,20(6):660~662.
[4] 晁雷,周启星,陈苏,等.基于小麦产品质量的土壤铅修复基准[J].生态科学,2006,25(6):554~557.
[5] 刘平辉,芮玉奎,叶长盛.南丰蜜桔中稀土元素与土壤的关系[J].光谱学与光谱分析,2007,27(12):75~77.
[6] 芮玉奎,郭晶,黄昆仑,等.应用ICP-MS检测转Bt基因玉米中重金属含量[J].光谱学与光谱分析,2007,27(4):796~798.
[7] SN/T0448-2011,进出口食品中砷、汞、铅、镉的检测方法电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)法[S].
[8]顾华孝.米糠的食用性和在保健功能食品上的应用[J].粮食与饲料工业,2000(5):40~48.
[9] 刘永乐.稻谷及其制品加工技术[M].中国轻工业出版社,2010:215~218.
[10] 杨居荣,查燕,刘虹.污染稻、麦籽实中Cd、Cu、Pb的分布及其存在形态初探[J]中国环境科学1999,19(6):500~504.
[11] Sun G X,Williams P N,Anne-Marie C,et al.Inorganic arsenic in rice bran and its products are an order of magnitude higher than in bulk grain.Environ Sci Technol,2008,42(19):7542~7546.
[12] 何孟常,杨居荣.水稻籽实中蛋白质-Cd,Pb结合体及其稳定性[J].环境科学学报,2001,21(2):213~217.
[13] GB2762-2012,食品中污染物限量[S].
[14] 田阳.稻米加工技术对产品镉含量的影响[D].北京:农产品加工所,2013:10~14.

(责任编辑:lsgy100)
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