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浸泡过程对糙米中砷和其他矿质元素影响

时间:2020-07-29 09:17:31 糙米 浸泡 元素

 浸泡过程对糙米中砷和其他矿质元素的影响

 砷的最大减少量约为 40%,无机砷占 80%

 水稻在浸泡过程中除砷的主要部分是胚乳

 在浸泡过程中,胚乳中的元素发生一致的变化

 浸泡将是去除糙米中砷的替代方法

 Introduction

 糙米被认为是一种全谷类谷物,因为外层被完全保留。麸皮层含有许多促进健康的成分,包括矿物元素、维生素和膳食纤维。然而,糙米是一种容易从稻田土壤中积累砷(As)的作物。由于工业的负面影响,大量的废弃物导致包括中国在内的许多国家的地下水和土壤中 As 污染严重,特别是导致糙米中 As 的积累。此外,气候变化还将影响水稻产量和稻谷中 As 的含量。研究表明,未来的气候条件会使谷物中的 I-As 增加 2 倍左右。因此,糙米中有毒的 As 通过食物链进入人体,导致一些疾病的发生。As 的毒性取决于其化学种类。I-As(As(III)和 As(V))的毒性比 O-As(DMA 和 MMA)的毒性高。国际癌症研究机构已将 I-As 列为第一类人类致癌物。因此,包括欧盟、联合国、世界卫生组织和中国在内的许多国家和组织都限制了大米中 I-As 的浓度,以确保其在市场上的安全。因此,为了降低毒性,去除大米中的 As,特别是 I-As 是至关重要的。

 迄今为止,人们已经采用了各种方法来减少 As 在糙米中的积累,如培育低 As 积累的水稻品种、土壤修复和水管理等。但这些方法效果有限,都不能完全防止 As 在糙米中的积累。全世界每年仍有大量的高 As 糙米出现在 As 污染地区。所以,人们采用各种工艺来降低糙米中的 As 含量。籼米淀粉的直链淀粉含量比粳米淀粉高,表现出较高的熔化和糊化黏度,但凝胶硬度较高。所以一般用籼米浸泡后做糙米,而粳米则用来做熟糙米。传

 统的泡制糙米工艺可以达到快速均匀吸水的目的。随着技术的进步,已经采用替代方法对浸泡工艺进行了改进和简化。除了改善其适口性外,许多研究报告还提到了营养价值的提高,例如,有报道称,浸泡可以显著提高糙米中 GABA 的含量。

 然而,只有少数研究关注系统的浸泡条件和浸泡过程中 As 浓度、种类和分布的变化。以前的一项研究表明,浸泡可以使 As 降低 18%,但没有分析 As 的种类。因此,有必要系统地研究浸泡对糙米中 As 的影响。在本研究评价了两种不同稻米品种中浸泡对 As 等元素变化的影响。研究了不同的浸泡条件,包括浸泡温度、时间、质量比(水:米)和酸度百分比。该研究结果将为包括大米在内的农作物除 As 提供重要参考,有助于国内消费者安全、健康地食用糙米。

 Result s and Discussion 糙米浸泡过程中 As、Mg、Ca、Zn 和 Fe 的浓度变化 5 种元素在不同的浸泡条件下表现出不同的变化趋势(图 1)。Mg 和 Ca 受温度和时间影响较大,Zn 受酸度影响较大,Fe 不受影响。其中,粳稻的 Mg 受温度影响较大,而籼稻则不受影响。从图中分析,在相同条件下,不同元素的变化趋势相似,说明不同元素之间存在一些共性,如储存形式、分布和代谢途径等。

  图 1

 浸泡过程中糙米中 As、Mg、Ca、Zn 和 Fe 的含量变化

  随着浸泡温度的升高,总 As 被显著去除( P <0.05)。值得注意的是,从 60 ℃到 70 ℃,2 个品种中 As 的减少极为明显,70 ℃时粳稻的 As 减少率最大为 37.3%,籼稻为 32.9%。粳稻中的 Mg 也有类似的趋势,但籼稻没有。前期研究结果表明,用差示扫描量热仪测定,图 2 中粳米粉和籼米粉的糊化温度分别为 66 ℃和 79 ℃。这些结果表明,温度会影响 As 和 Mg

 的去除。这可能是因为浸种过程中的热量可以促进种子发芽,破坏某些酶并破坏糙米的结构。在糊化温度以下,随着温度的升高,发芽过程加快,可以产生许多物质交换的通道,某些元素也可以顺着这些通道进行交换。当达到糊化温度时,可增加淀粉链之间的距离,从而产生更多的通道,在糙米中形成松散的结构,促进 As 和 Mg 的溶解。

 图 2

 通过差示扫描量热仪(DSC)确定两个糙米品种的糊化温度

 糙米在浸泡过程中s As 化 的变化 I-As 的毒性高于 O-As。为了更好地分析糙米的毒性,采用HPLC-AFS 测定 As 的种类。比较 2 个水稻品种,As 的变化趋势十分相似(图3)。分析表明,I-As 的下降趋势与总 As 的下降趋势一致。相关系数达到0.9,说明它们之间具有较高的相关性。浸泡的温度和时间可以有效地去除As,特别是籼稻中的 I-As,说明浸泡是减少 I-As 摄入的有效方法。但在浸

 泡过程中,2 个品种的水稻中 O-As 的含量都很稳定。不同的变化表明,I-As和 O-As 具有不同的储存形式和代谢机制。I-As 可能以离子的形式螯合一些大分子,随着种子的发芽容易解离。而 O-As 可与一些蛋白质的功能基团结合,具有很强的结合力。因此,O-As 在一些常规工艺中很难去除。

 A、B 为浸种温度对 2 个品种中 As 的影响;C、D 为浸泡时间为浸种温度对 2 个品种中 As 的影响。图 3

 浸泡过程中糙米中 As 含量的变化

 糙米中 5 5

 种元素的分布 采用同步辐射μ-XRF 鉴别 5 种元素在未浸泡和 50 ℃浸泡的糙米粒中的分布规律(图 4)。As 在 2 个品种的糙米粒和胚芽周围高度均匀定位,这与以往的研究结果不一致。这些结果说明 As 的具体分布受水稻品种和种植区域的影响。Mg 趋于均匀分布,Ca 主要分布在胚芽中,少量分布在胚乳中,而 Zn、Fe 则局部分布在稻谷的胚芽中。浸泡后,As 和 Mg 在胚乳中的浓度明显下降,说明这 2 种元素可能具有相似的储存形式和代谢渠道。Ca 的变化在图形上不是很明显。在浸泡过程中,营养物质随着种子的萌发,代谢成小分子,供植物生长。淀粉作为水稻胚乳中的主要碳水化合物,被分解成短链淀粉,造成许多不规则的小空隙。因此,随着这些空隙形成,As、Mg、Ca 可能会减少。这对人体健康是有利的,因为 As 被有效地去除,而没有破坏胚乳的可食部分。同时,在一些特定产品中需要强化 Mg、Ca。对于其他元素,没有检测到明显的下降。根据图像分析,浸泡过程可能很容易影响胚乳中分布的元素,主要原因是浸泡过程可以促进种子发芽,而种子发芽主要发生在胚乳中,因此,分布在胚乳中的元素容易受到影响。

 A. 粳稻;B. 籼稻。图 4

 糙米中 5 种元素的分布分析

  Conclusion 本研究通过控制浸泡条件,可有效地去除糙米中的总 As。简而言之,温度和时间对总 As 有显著影响,最大还原率约为 40%。根据种类和分布的分析,As 的还原主要涉及胚乳中的 I-As。在相同条件下还分析了其他 4 种元素,Mg、Ca 的变化趋势与 As 相似,而 Zn、Fe 在稻谷胚中的定位稳定。根据数据分析,种子发芽可能是元素变化的主要原因。

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