云茯苓礦質元素化學計量學研究

來源: www.411242.buzz 發布時間:2016-12-31 論文字數:52364字
論文編號: sb2016122912475916212 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本論文是藥學論文,筆者對重金屬元素的健康風險進行評價。為茯苓安全消費以及全面分析提供借鑒和依據。
引言
 
蘑菇是生態系統必不可少的組成成分,它參與金屬和非金屬元素的生物地球化學循環,在有機物降解方面發揮著重要作用。野生和栽培蘑菇因其富含蛋白質[1]、碳水化合物以及具有低熱量水平[2]和人體必需的礦物質[3],成為一種極具吸引力的功能性食品。此外,一些蘑菇物種作為民間藥物,用于治療疾病有著悠久的歷史[4-9]。云南省夏季和秋季氣候溫和多雨,為真菌的生長提供了理想條件[10]。云南省食用菌資源是中國最豐富和最大的生產地區之一,被稱為“食用菌王國”[11]。近年來,研究者對云南野生蘑菇中礦質元素含量的評價逐漸興起[12-13]。尤其對蘑菇中元素含量在人體中的健康風險進行評估[9, 14-15]。人體需要多種元素維持正常生理功能,營養元素的缺乏或過量以及有毒元素的積累均會對人體健康造成影響。研究發現野生食用菌在生長過程中可以積累大量人體必需元素,也會累積一些對人體有健康風險的元素[13, 16]。蘑菇中重金屬含量高于農作物、蔬菜和水果[10]。As、Cd、Hg、Pb 含量與腦組織和中樞神經系統表現出高的親和性[17]。大量研究顯示,一些蘑菇物種中富含有毒重金屬元素[18-19]。
中藥茯苓是藥用真菌茯苓 Wolfiporia extensa (Peck) Ginns 的干燥菌核,具有抗腫瘤、免疫調節等作用。茯苓以其獨特的食用和藥用價值在亞洲許多國家有著廣泛的應用。目前,關于茯苓中化學成分及不同產地的鑒別研究較多,但對茯苓中各元素含量在不同部位的分布、積累規律尚未見系統報道。本研究采用原子熒光光譜儀(AFS)、電感耦合等離子體-原子發射光譜儀(ICP-AES)、電感耦合等離子體-質譜儀(ICP-MS)測定了茯苓中 Li、Mg、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Rb、Sr、Ag、Cd、Cs、Ba、Pb 等 21 種元素含量,結合化學計量學進行分析。在此基礎上,對重金屬元素的健康風險進行評價。為茯苓安全消費以及全面分析提供借鑒和依據。
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第一章 不同產地茯苓元素含量特征分析
 
大量研究發現一些蘑菇物種富含重金屬元素[18-19]。真菌子實體中微量元素的濃度具有物種特異性[20-22]。不同生長環境下同一蘑菇物種,元素含量存在顯著差異[23-24]。茯苓為多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核,生于松樹根際,是一種長期生長在地表土層以下由菌絲體形成的菌核[25]。茯苓作為傳統中藥材在中國有著悠久的藥用歷史,在亞洲其他國家也逐漸被發掘和使用[26-28]。“茯苓夾餅”是北京一種非常著名的小吃[25]。近年來,茯苓以其生理特性(安神、健胃、利尿等)引起研究者廣泛的關注[29-31]。茯苓菌核的不同部位具有不同的療效和生物活性,其代謝產物存在巨大差異[32]。本實驗采用微波消解,ICP-MS 測定茯苓不同部位(白色菌核和茯苓皮)Ag、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Li、Mn、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、V、Zn等 18 種元素的含量,并對其進行對比分析。采用主成分分析和相關性分析對結果進行討論。以期為茯苓皮和白色菌核的營養價值與健康風險評估提供參考。
 
1.1 材料與方法
1.1.1 樣品制備
茯苓樣品于 2013-2014 年采自云南省 7 個不同的地理區域(圖 1)。由云南農業大學劉鴻高教授鑒定為正品茯苓,保存于云南省農業科學院藥用植物研究所樣品室。樣品采集地點均未受到當地產業或重金屬排放等影響。

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1.2 儀器與試劑
ICP-MS(NexION300 型,美國 PE 公司);高通量密閉微波消解儀(MARS 6,美國 CEM 公司);實驗用水均為超純水,電阻率為 18.2 MΩ·cm;65%硝酸(優級純);30%雙氧水(分析純);元素標準儲備液(Ag、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Li、Mn、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、V 和 Zn):10mg/L,100mg/L(美國 PE 公司)。標準物質均購自國家標準物質中心:菠菜葉(GBW 10015),柑橘葉(GBW 10028),灌木枝葉(GBW 07603)。玻璃器皿和聚四氟乙烯消解罐(PTFE)使用前均用 10%的硝酸溶液(PTFE 為 30% HNO3)浸泡 24 h,并用超純水清洗。
樣品消解時,以同樣的方式加入 2 個空白和 3 個標準物質。線性回歸方程相關系數 r 均大于 0.9990。平行稱量 5 次,測定含量并計算相對標準偏差(RSD),結果顯示 RSD 值均小于 8%。表明該試驗方法的精密度良好。通過對 11 次樣品空白測量所得的標準偏差的 3 倍計算各元素的檢出限,結果顯示檢出限在0.0012-0.3900 μg/L 范圍內。實驗采用標準物質菠菜葉(GBW10015)、柑橘葉(GBW 10028)和灌木枝葉(GBW07603)對方法的準確度進行驗證,結果見表3。標準物質的元素測定值在推薦值(真實值)范圍內,能滿足實驗要求。
茯苓白色菌核與茯苓皮中 Ag、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Fe、Li、Mn、Ni、Pb、Rb、Se、Sr、V、Zn 等 18 種元素干重含量(以下數值均為干重含量)的均值、標準差和含量范圍結果見表 4。結果表明,不同產地茯苓和茯苓的不同部位中元素含量均存在差異,且茯苓皮中元素含量高于白色菌核??傮w上看,在茯苓皮中,Fe 含量最高,為 8750 mg/Kg,其次是 Mn 和 Ba(分別為 298 和 43.3mg/Kg),Cr、Cu、Rb、V 和 Zn 的平均含量在 10-20 mg/Kg 之間。As、Co、Li、Ni、Pb、Se 和 Sr 的平均含量在 1-10 mg/Kg 之間,而 Ag、Cd 和 Cs 的平均含量小于 1 mg/Kg;在白色菌核中,Fe 元素含量最高(224 mg/Kg),其次為 Mn 元素(27.1 mg/Kg)。Mn、Cu、Rb 和 Zn 的平均含量均在 1-30mg/Kg,Ag、As、Cd、Co、Cr、Cs、Li、Ni、Pb、Se、Sr 和 V 的平均含量低于 1 mg/Kg。
......
 
第三章 ICP-MS 測定栽培茯苓中礦質元素含量研究...........31
3.1 材料與方法...........................................31
3.1.1 樣品準備..........................................31
第四章 茯苓中砷、鎘、鉛含量測定及健康風險評估........41
4.1 材料與方法.........................................41
4.1.1 樣品準備.......................................41
第五章 茯苓中礦質元素測定與多元統計分析..............51
5.1 材料與方法.......................................51
5.1.1 樣品采集........................................51
 
第五章 茯苓中礦質元素測定與多元統計分析
 
藥用真菌在天然藥物領域起著重要作用,在中國,印度,日本和韓國等國家用于疾病治療有著悠久的歷史[5-7,25,86]。菌類成為一種極具吸引力的功能性食品,主要是因為含有豐富的蛋白質、碳水化合物、低熱量、多種礦物質及其他一些化學成分[1-2,40]。研究結果表明,As、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb、Hg、Se 和 Zn 等元素研究最多[3, 35],其中礦質元素 Cu、Fe、Mn、Zn、Se 等元素作為人體必需元素,在生物系統中發揮著重要的作用[87-88]。As、Cd、Pb、Hg 作為非必需元素,在人體內即使含量很低也具有毒性[17]。然而,如果必需元素攝入量過多,也會使機體產生不良或中毒反應[89-90]。Se 可能與動物繁殖、生育和疾病預防有關[91]。然而許多人的正常飲食中對 Se 元素都比較缺乏[92]。膳食中元素攝入不足和過量都可能導致疾病或對健康有害[93]。真菌子實體具有富集金屬和非金屬元素的潛力[2, 47, 94-95]。根據 WHO 的規定,真菌中重金屬含量不可超出限量標準[60]。重金屬的存在可能會導致嚴重的健康危險,例如中毒,腎功能衰竭和肝損傷的癥狀[96-97]。因此,許多研究者對真菌中礦質元素的含量進行了針對性的研究[12, 37, 40, 98]。
W. extensa 為多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核,作為一種可食用的傳統中藥[77],在亞洲許多國家都有著廣泛的應用[26-28]。玉溪位于云南中部,物種資源豐富,尤其是真菌物種[78-79]。近年來 W. extensa 由于各種生物特性如抗腫瘤、抗炎、保肝和免疫調節等而引起廣泛關注[29]。Wang 等[32]對茯苓菌核和菌皮中代謝和活性成分進行分析。Cheung 等[99]報道茯苓具有相當高價值的膳食纖維,可作為人體營養的來源。然而關于茯苓中礦質元素的研究尚不完整[100]。本研究測定和分析了茯苓中 As、Ba、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb、Se、Sr、Zn 等元素。并對 11 種礦質元素進行主成分分析和聚類分析,以期為消費者安全消費茯苓提供信息。
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結論與展望
 
結論
本研究以云南采集野生和栽培茯苓為研究對象,采用ICP-AES、AFS、ICP-MS等現代分析技術手段,結合主成分分析、聚類分析、相似性分析等多種化學計量學等分析方法對不同部位、采收地點、不同來源茯苓中礦質元素進行研究。主要研究結果如下:
真菌茯苓中含有人體必需的多種礦質元素,茯苓菌核中有毒重金屬 Ag、As、Cd、Pb 含量低于食品安全國家標準,茯苓皮中 As、Pb 含量高于食品安全國家標準。茯苓皮比菌核中礦質元素含量較高。野生茯苓中 Ca、K、Fe、Mg 含量最高,其次是 Mn、Cu、Sr、Zn、Rb,Cr、V、Pb、Li、As、Cs 等元素含量最低。野生茯苓菌核中特征元素為 V、Fe、Li、As、Cs、Cr、Pb、Sr、Ca、Mn。礦質元素 K、Rb、Zn、Mg、Cu、Mn 之間,Ca、Sr 之間均表現出顯著的相關性。栽培茯苓中 K、Ca、Fe、Mg 含量最高,其次是 Mn、Zn、Cu、Rb、Ba,Cr、Sr,Ni、V、Co、Pb、Li、Cs、As、Ag、Cd 含量較低。栽培茯苓中特征元素為Li、As、Fe、V、Ni、Cd、Co、Ca、Sr、K。PLS-DA 可以很好的將栽培與野生茯苓鑒別出來。
云南 41 地區野生和栽培茯苓中有毒重金屬 As、Cd、Pb 低于中國食品安全國家標準和中國藥典標準。As、Cd、Pb 的 HQs 和 HI 值均低于 1,食用茯苓沒有潛在的健康風險。茯苓中礦質元素含量均屬于正常水平,重金屬含量較低。不同產地的茯苓樣品可以通過主成分分析進行鑒別。聚類分析結果將 Cu、Zn、Cd 和 Ni 分為一組,Ba、Fe 和 Sr 分為一組,Mn、Pb、As 和 Se 為一組。
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參考文獻(略)
 

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