大米中镉的生物可及性和体内外生物利用率研究

发布时间：2020-08-12 01:11

【摘要】：背景:土壤重金属污染是全球最主要的环境安全问题之一。我国约有19.4%的耕种土地受到重金属污染,其中镉污染居首,镉可通过作物种植进入食物链,严重威胁食品安全和人类健康。我国非吸烟人群中食物来源的镉占总暴露量的90%,尤其是大米的平均贡献率高达58.6%。受“湖南镉大米事件”影响,消费者至今“谈镉色变”,公众对镉污染食品健康风险的关注达到空前高度。目前镉暴露评估通常以食品中镉的总量作为评价依据,但考虑生物可及性和生物利用率的影响,现行评价方式不能真实反映镉暴露的健康风险。因此,本课题拟选取三种不同污染水平的镉大米为研究对象,通过对镉的生物可及性及体内外生物利用率进行研究,为大米镉暴露的健康风险评估提供参考,也为粮食中镉限量标准制定提供理论依据,同时还有利于我国粮食资源合理和充分利用。方法:1.采用体外模拟消化模型RIVM法,研究低污染水平镉大米(Rice-L)、中污染水平镉大米(Rice-M)和高污染水平镉大米(Rice-H)在不同消化部位(口腔、胃、小肠)、不同消化条件(消化液pH、消化液体积、消化时间)以及不同进食量下镉的生物可及性,以确定最佳的体外模拟消化参数。2.建立Caco-2细胞单层模型,通过测定TEER值、在AP侧与BL侧的AKP酶活比以及荧光素钠的Papp值,验证细胞单层的紧密性、极性、通透性。在体外模拟消化的最优条件下对三种不同污染水平的镉大米进行消化后,采用Caco-2细胞模型进行吸收转运实验,测定镉的体外生物利用率。3.36只4-5周龄SPF级雌性ICR小鼠单独饲养于代谢笼内,适应性喂养7天后随机平均分为六组,分别为空白对照组(Control组)、氯化镉组(CdCl_2组)、氯化镉与大米物理混合组(CdCl_2+Rice-N组)、实验组(Rice-L组、Rice-M组、Rice-H组),实验周期21天。饲养结束后,测定小鼠组织、血液、尿液中镉的蓄积量,研究镉在小鼠体内的吸收分布以及体内生物利用率。结果:1.大米中镉的生物可及性研究蒸煮后的Rice-L(0.111mg/kg)、Rice-M(0.400mg/kg)、Rice-H(0.655mg/kg)的体外模拟消化最优条件是:唾液pH均为6.2,唾液体积均为8mL,口腔消化时间均为6min;胃液pH均为1,胃液体积分别为11mL、11mL、12mL,胃部消化时间分别为1.5h、2h、2h;肠液pH均为6.9,肠液(十二指肠液+胆汁)体积分别为14mL+7mL、12mL+6mL、12mL+6mL,肠部消化时间分别为2h、2h、2.5h;进食量均为0.6g。在最优条件下对Rice-L、Rice-M、Rice-H、CdCl_2、CdCl_2+Rice-N(氯化镉和大米物理混合样品)进行体外模拟消化后(CdCl_2、CdCl_2+Rice-N的镉浓度、消化条件与Rice-H相同),Rice-L、Rice-M、Rice-H的生物可及性分别为94.73%、91.11%、90.04%,三组之间无显著性差异(P0.05);CdCl_2、CdCl_2+Rice-N的生物可及性分别为99.29%、92.57%,CdCl_2显著高于CdCl_2+Rice-N和Rice-H(P0.05),但CdCl_2+Rice-N和Rice-H无显著性影响(P0.05)。结果表明,随着大米中镉浓度的增加,镉的生物可及性逐渐降低,但三组间无显著性差异;大米基质对镉的生物可及性有显著性影响。2.大米中镉的体外生物利用率研究实验中建立的Caco-2细胞模型达到了转运实验基本要求。在Caco-2细胞模型中,Rice-L、Rice-M、Rice-H中镉的转运吸收率分别为38.49%、29.52%、24.33%,且组间存在显著性差异(P0.05);CdCl_2、CdCl_2+Rice-N中镉的转运吸收率分别为27.70%、22.45%,与Rice-H相比,三组之间均没有显著性差异(P0.05)。结果表明,大米中镉的转运吸收率与镉浓度呈负相关关系,大米基质对镉的转运吸收率无显著性影响。Rice-L、Rice-M、Rice-H中镉的体外生物利用率分别为36.46%、26.90%、21.90%,且三组之间存在显著性差异(P0.05);CdCl_2、CdCl_2+Rice-N中镉的体外生物利用率分别为27.50%、20.78%,CdCl_2显著高于CdCl_2+Rice-N和Rice-H(P0.05),但CdCl_2+Rice-N和Rice-H之间没有显著性差异(P0.05)。结果表明,大米中镉的体外生物利用率与镉浓度也呈负相关关系,大米基质对镉的体外生物利用率有显著性影响。同时,三种大米的健康风险评估结果显示,未考虑体外生物利用率时摄入三种大米的THQ值(目标危险商值)均是考虑体外生物利用率时THQ值的2.7-4.6倍。3.大米中镉的体内生物利用率研究小鼠经21天镉暴露后,各组小鼠的体重均无显著性差异(P0.05)。体内吸收分布结果显示:大部分镉蓄积在肝脏和肾脏,而在心脏、脾脏、肺脏和血液中镉的蓄积量较少;对比Rice-L组、Rice-M组和Rice-H组发现,随着镉浓度增加,肝脏、肺脏、肾脏中镉含量显著增加(P0.01);对比Rice-H组、CdCl_2组、CdCl_2+Rice-N组发现,Rice-H组肺脏中的镉含量显著高于CdCl_2组、CdCl_2+Rice-N组(P0.05),而肝脏中的镉含量显著低于CdCl_2组、CdCl_2+Rice-N组(P0.05),表明不同形态的镉在组织中的分布不同。Rice-L组、Rice-M组、Rice-H组的体内蓄积率分别为0.45%、0.32%、0.21%,且三组之间均有显著性差异(P0.05);CdCl_2组、CdCl_2+Rice-N组的体内蓄积率分别为0.30%、0.27%,CdCl_2组显著高于Rice-H组和CdCl_2+Rice-N组(P0.05),但Rice-H组和CdCl_2+Rice-N组无显著性差异(P0.05)。结果表明,镉的体内蓄积率与镉浓度呈负相关关系,大米基质对镉的体内蓄积率有显著性影响,不同形态的镉通过体内吸收后在体内蓄积均较少。Rice-L组、Rice-M组、Rice-H组的体内生物利用率分别为21.36%、16.93%、11.85%,且Rice-L组和Rice-H组存在显著性差异(P0.05);CdCl_2组、CdCl_2+Rice-N组的体内生物利用率分别为13.60%、12.82%,且Rice-H组低于CdCl_2组、CdCl_2+Rice-N组,但各组之间无显著性差异(P0.05)。结果表明,大米中镉的体内生物利用率与镉浓度呈负相关关系,大米基质对镉的体内生物利用率没有显著性影响。同时,三种大米的健康风险评估结果显示,未考虑体内生物利用率时摄入三种大米的THQ值均是考虑体内生物利用率时THQ值的4.6-8.3倍。结论:低、中、高污染水平的镉大米在体外消化模型的最优条件下的生物可及性没有显著性差异,大米基质对镉的生物可及性有显著性影响;大米中镉的体内外生物利用率与镉浓度均呈负相关关系,大米基质对镉的体外生物利用率有显著性影响,但对镉的体内生物利用率无显著性影响;未考虑生物利用率时摄入三种大米的目标危险商值显著高于考虑生物利用率时的目标危险商值。
【学位授予单位】：武汉轻工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS213.3;TS201.6
【图文】：

示意图,基本体,模型,示意图

图 1.1 基本体外消化模型示意图[45]（3）DIN 法DIN（Deutsches institute fuer normung）方法[46]是由德国 Hack 等建立，采用口腔、胃、小肠三步模拟法，模拟唾液、胃液、肠液均是由消化酶、有机酸、无机盐物在胃肠道的释放情况。最初用于测定土壤中多环芳烃（PAHs）和多氯联苯（PCBs）的生物可及性，现在也用于测定土壤中重金属的生物可及性。目前德国标（DIN 1978-2004）。（4）SHIME 法SHIME（Simulator of human intestinal microbial ecosystem）方法是由比利时Verstmet 等根据 Molly 等人设计的模拟人体胃肠道微生物生态系统的方法[47]而发展而成的，主要模拟的是小孩在饱腹状态下的消化系统，由胃、小肠、升结肠、横结肠和降结肠五个部分组成，食物到胃肠道的转移是由蠕动泵完成的，此方法增加了

标准曲线,标准曲线,准确度,参考物质

图 2.1 ICP-MS 标准曲线出限与定量限份试剂空白，计算样品的 3 倍信噪比得到方法的检出限为g 大米样品（定容体积为 25 mL），计算样品的 10 倍信噪010 mg/kg。制参考物质大米粉（0.26±0.03 mg/kg 、0.48±0.06 mg/kg）范围内，表明此检测方法准确度高。表 2.5 准确度实验标准物质样品浓度0.26±0.03 mg/kg 0.48±0.06 mg1 0.2424 0.45672 0.2562 0.4730

消化条件,可及性,字母表示,两两比较

图 2.2 体外模拟消化条件对镉的生物可及性的影响（n=3，Mean±SD）（注：不同字母表示各实验组之间经过 LSD 和 Duncan 两两比较在 α＝0.05 的显著水平下有差异）咀嚼是消化过程的第一步，在咀嚼过程中，食物颗粒逐渐减小，同时产生唾液使食物湿润更容易吞咽。口腔的消化除了与食物状态和体积、牙齿的状况和咀嚼的力度和频率有关，也与唾液 pH、唾液分泌量、口腔消化时间等有关[69]。唾液的 pH一般为 6.2-7.4，唾液分泌量体积能达到 4-8 mL，米饭在口腔中的咀嚼过程在粉碎机中完成，添加 α-淀粉酶代替唾液淀粉酶模拟口腔消化，模拟时间一般为 4-8 min。胃的消化是将高密度的食物转变成食糜的过程。胃减小了固体颗粒和脂肪球的尺寸，调节了 pH 与渗透压、热量密度以及液体粘度。通过增加消化分泌物与基质相互作用的表面积，机械消化有助于化学消化。胃通过控制营养物质的释放，使体内消化环境达到动态平衡[70]。胃排空主要由三个因素决定：餐量、胃的渗透压以及食物的热量。胃液 pH 在空腹时一般为 1-3，进食后会升到 3-7。在胃排空过程中，随着人体进食的状态和食物的稠度不同，胃液分泌的体积也不断变化，一般人体分泌 0.5-2倍体积的胃液进行消化，胃液 pH 逐渐下降，直到再次恢复为空腹状态时的 pH（一

【相似文献】