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背景:随着现代化与工业化进程的快速发展,各种人类活动已经导致重金属镉进入到水、大气和土壤等环境中并长期滞留,并被植物或者动物吸收和利用,产生生物富集和生物放大作用,通过食物链对人类健康产生严重危害。重金属镉的主要毒性作用是在人体长期暴露并体内蓄积后产生。目前,对镉进行风险评估通常是假设食物中的镉在人体胃肠道环境下能够彻底解离并完全被人体利用,但实际被食物吸附的污染物可能仅部分可以被人体吸收利用,这使得现行评估方式过高的估计了镉的生物利用率。同时,不同食品基质中的营养成分会对镉的吸收利用产生干扰,导致不同食品基质中镉的生物利用率的不同。因此,本研究探讨了不同食品基质中镉的生物可及性和生物利用率,以期为进一步制定合理的污染物镉的食品安全标准提供科学依据。方法:本研究选取市售猪肾（Pig kidney,FK）、市售生菜（Lettuce,FL）和江西九江镉污染籼稻（Indica,FI）等常见且易受镉污染的三种食品原料为研究对象,研究不同食品基质对食品中镉的生物可及性和生物利用率的影响,具体方法如下:1.采用单因素实验优化口腔、胃和小肠等部位的体外模拟消化模型（RIVM）参数（消化液pH、消化液体积、消化时间和进食量）,通过考察该消化模型的镉回收率和日间、日内精密度等指标判断模型可靠性;利用优化后的体外模拟消化模型,以氯化镉水溶液、氯化镉加婴儿配方乳粉为对照,研究猪肾（FK）、生菜（FL）和籼稻（FI）等三种典型食品基质对镉生物可及性的影响。2.通过细胞单层极性、细胞单层通透性实验以及镉的细胞毒性评价实验建立Caco-2细胞模型。以氯化镉、氯化镉加婴儿配方乳粉为对照,研究猪肾（FK）、生菜（FL）和籼稻（FI）等三种典型食品基质对镉在肠道部位的转运吸收率及生物利用率的影响。3.本研究以JECFA规定的镉暂时每周耐受的摄入量（PTWI）为参考,确定实验中小鼠镉的摄入量为80μg/kg b.w。使用30只25g左右ICR小鼠随机分为五组,空白对照组、阳性对照组（氯化镉组）和实验组（食品FK,FL和FI）,阳性对照组以氯化镉水溶液混合到鼠饲料、实验组分别将3种不同食品基质按一定比例混合到鼠饲料中,并使得饲料中镉含量均为0.4mg/kg,空白对照组小鼠食用普通饲料。21天内小鼠自由摄食,每日记录小鼠摄食量并收集尿液及粪便。21天后所有实验小鼠取血处死,采集脏器,利用ICP-MS检测小鼠血液及脏器组织中镉含量。通过公式计算得出不同食品基质中镉的体内生物利用率。结果:1、不同食品基质中镉的体外生物可及性 采用单因素优化对RIVM体外消化吸收模型优化,模型优化后镉的平均回收率为94.73%～97.97%,可见本条件下回收率良好。优化后RIVM模型消化不同食品基质（FK、FL和FI）中镉的实验日内精密度RSD分别为:2.92%、2.06%和4.73%,日间精密度分别为:3.14%、2.70%和5.80%。证明方法的稳定性良好,满足研究要求。实验结果显示,各食品基质中绝大部分的镉均可以从食品相中转移到消化液中。其中氯化镉水溶液和氯化镉加配方乳粉组,镉的体外生物可及性最高分别为99.29±1.74%和93.68±1.61%;FK、FL和FI中镉的体外生物可及性分别为:90.77±3.00%（p<0.05）、86.48±4.24%（p<0.01）和90.92±6.63%（p<0.05）。各食品基质组中镉的体外生物可及性显著低于氯化镉组。结果表明,食品基质中的镉相比于氯化镉不易被消化液溶出。2、不同食品基质中镉的体外生物利用率 本研究通过Caco-2细胞模型,探讨不同食品基质中镉的体外生物利用率。Caco-2模型建立:培养21天后,TEER为575Ω·cm2,AKP酶多集中于AP侧,荧光素钠的Papp为5.44×10-7cm/s,完全符合模型要求,可用于模拟小肠的体外模型实验。通过细胞毒性实验可得,消化液中镉的安全上样浓度应低于12μg/L。通过体外消化吸收模型得到3种食品基质中镉的体外生物利用率为:FI（23.72±0.78%）>FL（13.90±1.67%）>FK（13.22±1.66%）均低于氯化镉组（27.76±2.01%）;与氯化镉组相比,FK和FL组中镉体外生物利用率极显著性降低（p<0.01）,FI组显著性降低（p<0.05）。实验结果表明,食品基质中镉相比于无机镉不易在小肠部位被人体吸收;而氯化镉加乳粉组中镉的体外生物利用率显著性低于氯化镉组和各食品基质组（p<0.01）,其镉的体外转运吸收率为3.20±1.00%。实验结果提示,婴儿配方乳粉中所含的微量元素（Fe、Ca、Zn）和高含量的蛋白质可能会干扰镉在小肠部位的吸收。同时,对3种镉污染食品进行初步健康风险评估结构显示,未考虑体外生物利用率时摄入3种食品的THQ值均是考虑体外生物利用率时THQ值的4～7倍。3、不同食品基质中镉的体内生物利用率 采用微波消解电感耦合等离子体质谱法（MD-ICP-MS）检测分析氯化镉组和不同食品基质（FK、FL和FI）实验组小鼠组织器官、血液和尿液中镉含量。分析比较无机镉和不同食品基质中镉的体内生物利用率。3种不同镉污染食品和氯化镉染毒小鼠21天后,镉在小鼠体内器官中的吸收分布主要集中在肝脏和肾脏,且肾脏中镉浓度高于肝脏;在血液、心脏、肺脏、脾脏中几乎没有蓄积。染毒21天后,不同食品基质（FK、FL和FI）实验组小鼠镉的蓄积率均低于氯化镉组。结果表明,膳食中镉与氯化镉相比不易在体内积蓄。研究发现各食品基质组（FK、FL和FI）中镉的体内生物利用率分别为（7.80±0.53%、8.45±0.76%、10.95±1.69%）均低于氯化镉组（13.70±1.58%）;其中FK和FL组中镉的生物利用率显著低于氯化镉组（P<0.01）,FI与氯化镉组无显著性差异（p>0.05）。其结果与第三章（镉的体外生物利用率结果）有相似规律。结果表明,食品基质中镉与氯化镉相比不易被机体吸收利用。同时,对3种镉污染食品进行初步健康风险评估结构显示,未考虑体内生物利用率时摄入3种食品的THQ值均是考虑体内生物利用率时THQ值的9～12倍。结论:本文通过采用RIVM/Caco-2体外消化吸收模型和ICR实验小鼠模型揭示了不同食品基质中镉的生物可及性和生物利用率。实验结果显示,各食品基质中绝大部分的镉均可以从食品相中转移到消化液中。FK、FL和FI中镉的体外生物可及性分别为:90.77±3.00%、86.48±4.24%和90.92±6.63%。各食品基质组中镉的体外生物可及性显著低于氯化镉组（p<0.05）。结果表明,食品基质中的镉相比于氯化镉不易被消化液溶出;通过体外消化吸收模型得到3种食品基质中镉的体外生物利用率为:FI（23.72±0.78%）>FL（13.90±1.67%）>FK（13.22±1.66%）均低于氯化镉组（27.76±2.01%）;与氯化镉组相比,FK和FL组中镉体外生物利用率极显著性降低（p<0.01）,FI组显著性降低（p<0.05）。实验结果表明,食品基质中镉相比于无机镉不易在小肠部位被人体吸收;ICR小鼠暴露于镉污染食品21天后,镉在小鼠体内器官中的吸收分布主要集中在肝脏和肾脏。食品基质组（FK、FL和FI）中镉的体内生物利用率分别为（7.80±0.53%、8.45±0.76%、10.95±1.69%）均低于氯化镉组（13.70±1.58%）;其中FK和FL组中镉的生物利用率显著低于氯化镉组（P<0.01）,FI于氯化镉组无显著性差异（p>0.05）。结果表明,食品基质中镉与氯化镉相比不易被机体吸收利用。