中华绒螯蟹宏量和微量元素特征分布及膳食摄入重金属风险评估

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中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)是我国重要的淡水养殖品种,每年的10-12月是人们喜食中华绒鳌蟹的黄金时段,其性腺、肝胰腺和肌肉组织组成成分差异较大,对不同可食组织宏量和微量元素的特征分布、水溶性砷形态和脂溶性砷的特征分布、元素生物可给性及膳食摄入重金属风险评估缺乏系统全面的研究。本论文以2017-2020年10-11月我国安徽、湖北、江苏、江西、山东、上海、浙江、湖南地区养殖的中华绒螯蟹成蟹为研究对象,首先,分析了宏量元素、微量营养元素和有害元素在不同可食组织中的含量,比较了不同组织、不同规格、不同地区的差异性和特异性;改进了中华绒螯蟹水溶性砷形态的检测方法,对中华绒螯蟹不同可食组织水溶性砷形态的含量、分布特征及热稳定性进行了研究,对性腺(雌蟹)和肝胰腺中脂溶性砷的含量、特征及热稳定性进了分析;然后,通过体外模拟消化实验研究了蒸制处理对中华绒螯蟹不同可食组织微量营养和有害元素生物可给性的影响;最后,开展了中华绒鳌蟹不同可食组织重金属含量的污染评价及基于蒙特卡洛模拟(Monte Carlo)膳食摄入的风险评估。以上研究为中华绒螯蟹营养和有害元素膳食摄入提供了数据支持,为食用中华绒螯蟹提供了科学依据。主要研究结果如下:分析了雌蟹和雄蟹不同可食组织、不同规格、不同地区宏量元素、微量营养元素和有害元素的差异性和特异性,不同可食组织营养元素的含量与每日膳食参考摄入量和每日可接受摄入量的比较。(1)在雌蟹和雄蟹不同可食组织中Na、Mg、K和Ca占主导地位,而Fe、Zn和Cu也以显着浓度存在,这是由于这些元素在通过各种酶促活动维持体内正常生理功能方面的重要作用。在雌蟹性腺中Na、Mg、K、Ca的均值含量分别为:731.96±105.37、954.77±98.47、2069.39±266.39、380.36±117.60mg/kg,雄蟹性腺中Na、Mg、K、Ca的均值含量分别为:4178.53±1220.22、298.68±84.65、1453.10±478.52、1038.04±328.36 mg/kg,雌蟹性腺Mg和K的均值含量显著高于雄蟹性腺(P<0.05),雄蟹性腺Na和Ca的均值含量显著高于雌蟹性腺(P<0.05)。雌蟹和雄蟹肌肉组织中Mg和K的均值含量显著高于肝胰腺组织(P<0.05)。在雌蟹性腺中Zn和Se的均值含量分别为:48.84±9.81、1.09±0.26mg/kg,在雄蟹性腺中Zn和Se的均值含量分别为:11.27±2.96、0.31±0.087 mg/kg;雌蟹性腺Zn和Se的均值含量显著高于雄蟹性腺(P<0.05)。雌蟹和雄蟹肌肉组织中Zn的均值含量显著高于肝胰腺组织(P<0.05)。在雌蟹和雄蟹不同可食组织中,有害元素Pb、Cd的均值含量都呈现肝胰腺>性腺、体肉、腿肉、钳肉的趋势,且有显著差异(P<0.05),不同可食组织中Al、Hg、Cr含量均无显著差异(P>0.05)。(2)在雌蟹和雄蟹4个不同规格中肝胰腺Fe、Cd的均值含量均显著高于其它可食组织(P<0.05),不同规格雌蟹和雄蟹肝胰腺中Fe、Cd的均值含量均无显著差异(P>0.05),4个不同规格不同可食组织中Pb、Cr的均值含量均无显著差异(P>0.05)。在雌蟹不同规格中,性腺和肝胰腺Mn、Cu、Se的均值含量都高于肌肉组织(P<0.05),在雄蟹不同规格中,肝胰腺Cu、Se的均值含量都高于其它可食组织(P<0.05),不同规格雌蟹和雄蟹肌肉组织中Zn的均值含量都高于肝胰腺组织(P<0.05)。(3)在8个不同地区采集的成蟹样品中,蟹黄中Zn、Se的均值含量都呈现高于蟹膏的趋势,蟹膏中Fe、Pb、Cd的均值含量都呈现高于蟹黄的趋势,其它元素随地区的不同呈现不同的规律,蟹黄和蟹膏中不同元素的含量随地区的不同存在差异性,整体处于一个相对稳定的水平。(4)每100g肝胰腺组织Fe、Cu、Zn、Se均值含量与每日推荐摄入量的比值范围分别为:76.07%-290.13%、61.46%-120.01%、16.34%-26.55%、101.43%-185.2%。Al、Pb和Cd的含量小于每日可接受摄入量的12.5%,重金属Pb和Cd的平均含量未超过国家标准对甲壳类动物规定的0.5mg/kg的限量值。改进了6种水溶性砷形态的检测方法,8min内实现6种水溶性砷形态的快速分离,分析了不同可食组织总砷及水溶性砷形态、脂溶性总砷含量及其热稳定性。(1)在雌蟹中总砷均值含量呈现性腺>肝胰腺>体肉、腿肉>钳肉的趋势,且有显著差异(P<0.05);在雄蟹中总砷均值含量呈现肝胰腺>体肉、腿肉>钳肉、性腺的趋势,且有显著差异(P<0.05),雌蟹性腺总砷均值含量为雄蟹性腺总砷均值含量的5.5倍,有显著差异(P<0.05),雌蟹肝胰腺与雄蟹肝胰腺总砷均值含量无显著差异。雌蟹和雄蟹不同可食组织总砷含量随体质量的增大呈逐渐升高的趋势。(2)在肌肉组织中6种水溶性砷的百分比为83.3%-99.6%,性腺(雌蟹)和肝胰腺组织中6种水溶性砷的百分比为18.8%-51.8%,肌肉组织与性腺(雌蟹)、肝胰腺组织中水溶性砷百分比有显著差异(P<0.05),As B是水溶性砷的主要成分,As(Ⅲ)和As(Ⅴ)仅在肝胰腺少量样品检出,含量为0-0.21mg/kg,未超出国家标准限量值。(3)性腺(雌)、肝胰腺(雌)、肝胰腺(雄)的脂肪平均含量分别为9.76±1.57、38.85±4.58、39.97±7.33%,性腺与肝胰腺组织有显著差异(P<0.05)。在性腺(雌)和肝胰腺(雌、雄)组织中脂溶性总砷的百分比范围为14.34%-72.59%,3个组织脂溶性总砷百分比均值无显著差异(P>0.05),3个组织脂肪中总砷含量与相应组织总砷含量呈正相关性,与相应组织脂肪百分含量无正相关性。雌蟹性腺、肝胰腺和雄蟹肝胰腺中非极性砷脂的含量分别为15.5%、50.7%、47.7%,性腺组织与肝胰腺组织有显著差异(P<0.05),3个组织正己烷相中的不稳定部分百分比分别为46.7%、47.1%、60%。(4)中华绒螯蟹不同可食组织蒸制0-60min后As B、As C、MMA和i As的含量(干重)未发生显著变化,表明这4种水溶性砷形态在蒸制条件下热稳定性较高,未发生形态的转化。雌蟹和雄蟹肝胰腺组织在105℃条件下蒸制0-60min后,脂溶性总砷的含量未发生显著变化,表明在105℃条件下脂溶性砷热稳定性非常高。研究了蒸制对不同可食组织必需和有害元素生物可及性的影响,分析了不同组织Se与Hg的摩尔比值和Se健康效益价值及考虑元素生物可给性后元素含量与中国居民膳食营养素每天适宜摄入量或推荐摄入量的百分比。(1)雌蟹和雄蟹不同可食组织水分平均含量范围分别为43.76-80.07%,45.35-80.36%,水分含量都呈现体肉>性腺>肝胰腺的趋势,且有显著差异(P<0.05)。各组织蒸制后水分含量都呈降低的趋势,肝胰腺蒸制前后水分含量有显著差异(P<0.05)。(2)所有元素生物可给性在经体外模拟消化后都呈下降的趋势,蒸制可显著影响部分元素的生物可给性,雌蟹性腺中Zn、Se、As和体肉中Mn、Al蒸制后经体外模拟消化生物可给性呈降低趋势(P<0.05),雄蟹性腺中Fe、Mn、Cu、Zn、Se、As,肝胰腺中Cd(雌、雄)和体肉组织中Zn(雌、雄)蒸制后经体外模拟消化生物可给性呈升高趋势(P<0.05)。Fe、Se、As在肌肉组织中的生物可给性显著高于肝胰腺组织(P<0.05)。(3)雌蟹性腺具有最好的Se健康效益价值,可食组织中Se与Hg的摩尔比值呈现雌蟹性腺>雌蟹肝胰腺>雄蟹肝胰腺>雄蟹性腺>雌蟹体肉>雄蟹体肉的趋势,且有显著差异(P<0.05)。(4)考虑元素生物可给性后,在雌蟹和雄蟹可食组织中Fe、Mn、Cu、Zn、Se、Mg摄入量占推荐摄入量或适宜摄入量的百分比范围分别为1.84-69.18%、1.17-10.27%、11.13-50.55%、5.01-29.05%、0.03-0.1%、3.18-20.43%,可食组织中元素摄入量占推荐摄入量或适宜摄入量的百分比随元素生物可给性都呈降低的趋势。采用单因子污染指数法和金属污染指数对中华绒鳌蟹不同可食组织重金属污染情况进行评价,应用基于Monte Carlo模拟的Crystal Ball风险评估软件对中华绒螯蟹全食组织中Pb、Cd、Hg、As和Cr 5种重金属的膳食暴露风险评估进行初步研究。(1)单因子污染指数表明,Pb和Cd在雌蟹和雄蟹肝胰腺组织处于中度污染,在其它组织中处于正常范围;Hg和Cr在雌蟹和雄蟹所有可食组织中均处于正常范围;As在雌蟹可食组织中均处于重污染范围,在雄蟹性腺组织处于中度污染,其它组织处于重度污染。除雄蟹性腺As污染状况不同外,雌蟹和雄蟹不同可食组织重金属污染情况一致。重金属污染指数表明,雌蟹和雄蟹肝胰腺组织的重金属污染指数分别为:0.1803、0.1444,雌蟹和雄蟹不同可食组织中重金属污染指数都呈现肝胰腺>性腺、肌肉组织的趋势。(2)东部沿海居民膳食中华绒螯蟹摄入Pb、Cd、Hg、As和Cr 5种重金属的日暴露量平均值分别为7.9×10-5、1.3×10-4、1.8×10-5、1.026×10-3、4.3×10-5mg/kg·d,Pb、Cd、Hg和Cr的平均暴露量及其高百分位数值低于食品添加剂联合专家委员会和中国营养学会建议的每日参考剂量,As含量在国际组织规定的参考剂量之下。当暴露百分位数为99时,As的风险概率超过1,表明中华绒螯蟹As对人体健康存在一定的安全隐患。(3)基于Monte Carlo模拟的Crystal Ball风险评估表明,中华绒鳌蟹重金属摄入风险与年龄呈反比,年龄越大重金属摄入风险就越低;对于相同年龄阶段的群体,重金属摄入风险与暴露百分位点呈正比,百分位点越高摄入重金属的风险就越大。总体而言,中华绒鳌蟹Pb、Hg、Cr的摄入风险值较低,在高百分位点情况下,儿童对Cd、As的摄入风险值在1以上,表明过量摄入中华绒鳌蟹不利于儿童的健康发展,5种重金属膳食摄入风险概率为As>Cd>Pb、Hg、Cr。
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