基于柑橘皮渣碳材料分离富集柑橘中的痕量硒及柑橘果实硒的膳食评价

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硒(Selenium,Se)是一种人体日常必需的微量营养素,是抗氧化剂谷胱甘肽和过氧化物谷胱甘肽酶的活性组成成分,参与人体内多种生理和生化过程。人体不能自行合成硒,主要来源是食物中硒的摄入。但是人体对于硒的摄入必须限制在一个合理的范围内,因为一旦过量就会发生硒中毒。柑橘作为世界第一大水果,在人们日常饮食的所占比例越来越大,水果中硒的含量在所有食物中处于较低的范围,难以定量检测,因此文献对柑橘中硒含量及其形态的测定鲜有报道。此外,柑橘加工产业每年都会产生大量富含果胶的废弃柑橘皮渣,不但造成了生物资源的浪费,而且在一定程度上加剧了环境的污染。因此,本研究中以废弃柑橘皮为碳源,合成了纳米多孔碳材料(NPC)、多孔碳加磁纳米材料(Fe3O4@NCs)和磁性碳纳米复合材料(Fe3O4@C NPs),以柑橘果胶为碳源,合成了碳微米球(CMSs)4种生物质材料,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱分析仪(Raman)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、振动样品磁力计(VSM)及热重分析仪(TG)等先进表征仪器对其形貌结构进行了分析。其次,以上述的柑橘皮渣碳材料为吸附剂,用氢化物发生-原子荧光光度计(HG-AFS),建立了柑橘果实中总硒、无机硒及其形态的富集检测方法。最后,将建立的方法应用于全国10个地区普通柑橘和富硒柑橘硒含量的检测中,根据营养素参考值(NRV)及膳食营养素参考摄入量(RNI)对我国居民进行膳食营养初步评价;以成人和哺乳妇女对硒的最大耐受值(UTL)、最高用量值(UIL)和适宜摄入值(AI)为参考标准,对我国居民从柑橘果实中摄入硒的量进行健康风险评价,为消费者健康提供科学信息。本论文的主要研究结果如下:1.NPC是表面具有丰富的孔状结构的无定形纳米碳材料;Fe3O4@NCs是平均粒径为30 nm的四氧化三铁包覆多孔碳的磁性材料,Fe3O4@C NPs是平均粒径约为20 nm的类球形磁性碳材料,两种磁性材料在室温下表现均超顺磁性;CMSs是平均粒径约为20μm的光滑球状材料;4种材料表面均具有丰富的含氧官能团,分散性良好。2.从吸附pH、时间、投入量和温度等条件综合分析,4种材料对Se(Ⅳ)的吸附效率为Fe3O4@NCs>Fe3O4@C NPs>NPC>CMSs,筛选出Fe3O4@NCs为最佳的吸附剂。在pH为6时,Se(Ⅳ)可以被Fe3O4@NCs快速吸附,该过程符合Langmuir等温吸附模型,理论最佳吸附量为31.25 mg/g。选用3 mL含有3%(m/v)KBH4和1%(m/v)NaOH的混合溶液进行定量洗脱。在最佳条件下,该方法在0.05-10.0μg/L浓度范围内具有良好的线性关系(R2>0.999),检出限(LOD)和定量限(LOQ)分别为1.2 ng/L和4 ng/L,相对标准偏差(RSD)为4.1%,且对Se(Ⅳ)的最大富集倍数达到50倍。为了充分验证该方法的可靠性和准确性,对标准参考物质进行了分析,测定值与标准值基本一致。在连续5次吸附循环后,Se(Ⅳ)的回收率仍保持90%以上。3.通过单因素和响应面法优化了富硒柑橘中无机硒的提取方法:超纯水超声波辅助提取,料液比为23:1的超纯水为提取剂,先超声破碎20 min,提取温度为71℃,提取次数为2次,水浴振荡58 min,水提取两次,环己烷萃取三次。Fe3O4@NCs在pH=6时对无机硒溶液中的Se(Ⅳ)定向吸附,利用该特性测定了富硒血橙中的无机硒、有机硒、Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)含量,发现硒在富硒血橙中主要是以有机态存在,Se(Ⅳ)含量高于Se(Ⅵ),有机硒约占了80.64%。4.全国10个典型地区(普通地区、富硒区、缺硒区)普通柑橘和富硒柑橘共80份样品中,普通柑橘的硒含量范围为0.26-3.25μg/kg FW,平均硒含量为1.071μg/kg FW,样品间变异系数为58.637%;富硒柑橘的硒含量范围为0.171-53.599μg/kg FW,平均硒含量为5.197μg/kg FW,变异系数为226.573%,仅有12%的柑橘样品符合富硒含量标准;富硒区恩施的普通柑橘和富硒柑橘样品中硒的NRV(%)最高,缺硒区克山的普通柑橘和富硒柑橘样品中硒的NRV(%)最低,不同人群食用普通柑橘和富硒柑橘的RNI(%)均呈现出一定的年龄差异,0-0.5岁年龄段柑橘中硒的RNI(%)均最高,18-50岁年龄段柑橘中硒的RNI(%)均最低;成人从柑橘果实中摄入硒的量存在一定风险,风险指数范围为0.0059%-107.1097%,风险主要来源于富硒柑橘中硒的摄入;哺乳妇女从柑橘果实中摄入硒的量是安全的,风险指数0.0057%-32.2776%,低于100%。
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