發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 01:11

【摘要】：背景:土壤重金屬污染是全球最主要的環(huán)境安全問(wèn)題之一。我國(guó)約有19.4%的耕種土地受到重金屬污染,其中鎘污染居首,鎘可通過(guò)作物種植進(jìn)入食物鏈,嚴(yán)重威脅食品安全和人類健康。我國(guó)非吸煙人群中食物來(lái)源的鎘占總暴露量的90%,尤其是大米的平均貢獻(xiàn)率高達(dá)58.6%。受“湖南鎘大米事件”影響,消費(fèi)者至今“談鎘色變”,公眾對(duì)鎘污染食品健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注達(dá)到空前高度。目前鎘暴露評(píng)估通常以食品中鎘的總量作為評(píng)價(jià)依據(jù),但考慮生物可及性和生物利用率的影響,現(xiàn)行評(píng)價(jià)方式不能真實(shí)反映鎘暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)。因此,本課題擬選取三種不同污染水平的鎘大米為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)鎘的生物可及性及體內(nèi)外生物利用率進(jìn)行研究,為大米鎘暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考,也為糧食中鎘限量標(biāo)準(zhǔn)制定提供理論依據(jù),同時(shí)還有利于我國(guó)糧食資源合理和充分利用。方法:1.采用體外模擬消化模型RIVM法,研究低污染水平鎘大米(Rice-L)、中污染水平鎘大米(Rice-M)和高污染水平鎘大米(Rice-H)在不同消化部位(口腔、胃、小腸)、不同消化條件(消化液pH、消化液體積、消化時(shí)間)以及不同進(jìn)食量下鎘的生物可及性,以確定最佳的體外模擬消化參數(shù)。2.建立Caco-2細(xì)胞單層模型,通過(guò)測(cè)定TEER值、在AP側(cè)與BL側(cè)的AKP酶活比以及熒光素鈉的Papp值,驗(yàn)證細(xì)胞單層的緊密性、極性、通透性。在體外模擬消化的最優(yōu)條件下對(duì)三種不同污染水平的鎘大米進(jìn)行消化后,采用Caco-2細(xì)胞模型進(jìn)行吸收轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn),測(cè)定鎘的體外生物利用率。3.36只4-5周齡SPF級(jí)雌性ICR小鼠單獨(dú)飼養(yǎng)于代謝籠內(nèi),適應(yīng)性喂養(yǎng)7天后隨機(jī)平均分為六組,分別為空白對(duì)照組(Control組)、氯化鎘組(CdCl_2組)、氯化鎘與大米物理混合組(CdCl_2+Rice-N組)、實(shí)驗(yàn)組(Rice-L組、Rice-M組、Rice-H組),實(shí)驗(yàn)周期21天。飼養(yǎng)結(jié)束后,測(cè)定小鼠組織、血液、尿液中鎘的蓄積量,研究鎘在小鼠體內(nèi)的吸收分布以及體內(nèi)生物利用率。結(jié)果:1.大米中鎘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)的體外模擬消化最優(yōu)條件是:唾液pH均為6.2,唾液體積均為8mL,口腔消化時(shí)間均為6min;胃液pH均為1,胃液體積分別為11mL、11mL、12mL,胃部消化時(shí)間分別為1.5h、2h、2h;腸液pH均為6.9,腸液(十二指腸液+膽汁)體積分別為14mL+7mL、12mL+6mL、12mL+6mL,腸部消化時(shí)間分別為2h、2h、2.5h;進(jìn)食量均為0.6g。在最優(yōu)條件下對(duì)Rice-L、Rice-M、Rice-H、CdCl_2、CdCl_2+Rice-N(氯化鎘和大米物理混合樣品)進(jìn)行體外模擬消化后(CdCl_2、CdCl_2+Rice-N的鎘濃度、消化條件與Rice-H相同),Rice-L、Rice-M、Rice-H的生物可及性分別為94.73%、91.11%、90.04%,三組之間無(wú)顯著性差異(P0.05);CdCl_2、CdCl_2+Rice-N的生物可及性分別為99.29%、92.57%,CdCl_2顯著高于CdCl_2+Rice-N和Rice-H(P0.05),但CdCl_2+Rice-N和Rice-H無(wú)顯著性影響(P0.05)。結(jié)果表明,隨著大米中鎘濃度的增加,鎘的生物可及性逐漸降低,但三組間無(wú)顯著性差異;大米基質(zhì)對(duì)鎘的生物可及性有顯著性影響。2.大米中鎘的體外生物利用率研究實(shí)驗(yàn)中建立的Caco-2細(xì)胞模型達(dá)到了轉(zhuǎn)運(yùn)實(shí)驗(yàn)基本要求。在Caco-2細(xì)胞模型中,Rice-L、Rice-M、Rice-H中鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)吸收率分別為38.49%、29.52%、24.33%,且組間存在顯著性差異(P0.05);CdCl_2、CdCl_2+Rice-N中鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)吸收率分別為27.70%、22.45%,與Rice-H相比,三組之間均沒(méi)有顯著性差異(P0.05)。結(jié)果表明,大米中鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)吸收率與鎘濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)吸收率無(wú)顯著性影響。Rice-L、Rice-M、Rice-H中鎘的體外生物利用率分別為36.46%、26.90%、21.90%,且三組之間存在顯著性差異(P0.05);CdCl_2、CdCl_2+Rice-N中鎘的體外生物利用率分別為27.50%、20.78%,CdCl_2顯著高于CdCl_2+Rice-N和Rice-H(P0.05),但CdCl_2+Rice-N和Rice-H之間沒(méi)有顯著性差異(P0.05)。結(jié)果表明,大米中鎘的體外生物利用率與鎘濃度也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對(duì)鎘的體外生物利用率有顯著性影響。同時(shí),三種大米的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示,未考慮體外生物利用率時(shí)攝入三種大米的THQ值(目標(biāo)危險(xiǎn)商值)均是考慮體外生物利用率時(shí)THQ值的2.7-4.6倍。3.大米中鎘的體內(nèi)生物利用率研究小鼠經(jīng)21天鎘暴露后,各組小鼠的體重均無(wú)顯著性差異(P0.05)。體內(nèi)吸收分布結(jié)果顯示:大部分鎘蓄積在肝臟和腎臟,而在心臟、脾臟、肺臟和血液中鎘的蓄積量較少;對(duì)比Rice-L組、Rice-M組和Rice-H組發(fā)現(xiàn),隨著鎘濃度增加,肝臟、肺臟、腎臟中鎘含量顯著增加(P0.01);對(duì)比Rice-H組、CdCl_2組、CdCl_2+Rice-N組發(fā)現(xiàn),Rice-H組肺臟中的鎘含量顯著高于CdCl_2組、CdCl_2+Rice-N組(P0.05),而肝臟中的鎘含量顯著低于CdCl_2組、CdCl_2+Rice-N組(P0.05),表明不同形態(tài)的鎘在組織中的分布不同。Rice-L組、Rice-M組、Rice-H組的體內(nèi)蓄積率分別為0.45%、0.32%、0.21%,且三組之間均有顯著性差異(P0.05);CdCl_2組、CdCl_2+Rice-N組的體內(nèi)蓄積率分別為0.30%、0.27%,CdCl_2組顯著高于Rice-H組和CdCl_2+Rice-N組(P0.05),但Rice-H組和CdCl_2+Rice-N組無(wú)顯著性差異(P0.05)。結(jié)果表明,鎘的體內(nèi)蓄積率與鎘濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對(duì)鎘的體內(nèi)蓄積率有顯著性影響,不同形態(tài)的鎘通過(guò)體內(nèi)吸收后在體內(nèi)蓄積均較少。Rice-L組、Rice-M組、Rice-H組的體內(nèi)生物利用率分別為21.36%、16.93%、11.85%,且Rice-L組和Rice-H組存在顯著性差異(P0.05);CdCl_2組、CdCl_2+Rice-N組的體內(nèi)生物利用率分別為13.60%、12.82%,且Rice-H組低于CdCl_2組、CdCl_2+Rice-N組,但各組之間無(wú)顯著性差異(P0.05)。結(jié)果表明,大米中鎘的體內(nèi)生物利用率與鎘濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對(duì)鎘的體內(nèi)生物利用率沒(méi)有顯著性影響。同時(shí),三種大米的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果顯示,未考慮體內(nèi)生物利用率時(shí)攝入三種大米的THQ值均是考慮體內(nèi)生物利用率時(shí)THQ值的4.6-8.3倍。結(jié)論:低、中、高污染水平的鎘大米在體外消化模型的最優(yōu)條件下的生物可及性沒(méi)有顯著性差異,大米基質(zhì)對(duì)鎘的生物可及性有顯著性影響;大米中鎘的體內(nèi)外生物利用率與鎘濃度均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對(duì)鎘的體外生物利用率有顯著性影響,但對(duì)鎘的體內(nèi)生物利用率無(wú)顯著性影響;未考慮生物利用率時(shí)攝入三種大米的目標(biāo)危險(xiǎn)商值顯著高于考慮生物利用率時(shí)的目標(biāo)危險(xiǎn)商值。
【學(xué)位授予單位】：武漢輕工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS213.3;TS201.6
【圖文】：

圖 1.1 基本體外消化模型示意圖[45]（3）DIN 法DIN（Deutsches institute fuer normung）方法[46]是由德國(guó) Hack 等建立，采用口腔、胃、小腸三步模擬法，模擬唾液、胃液、腸液均是由消化酶、有機(jī)酸、無(wú)機(jī)鹽物在胃腸道的釋放情況。最初用于測(cè)定土壤中多環(huán)芳烴（PAHs）和多氯聯(lián)苯（PCBs）的生物可及性，現(xiàn)在也用于測(cè)定土壤中重金屬的生物可及性。目前德國(guó)標(biāo)（DIN 1978-2004）。（4）SHIME 法SHIME（Simulator of human intestinal microbial ecosystem）方法是由比利時(shí)Verstmet 等根據(jù) Molly 等人設(shè)計(jì)的模擬人體胃腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)的方法[47]而發(fā)展而成的，主要模擬的是小孩在飽腹?fàn)顟B(tài)下的消化系統(tǒng)，由胃、小腸、升結(jié)腸、橫結(jié)腸和降結(jié)腸五個(gè)部分組成，食物到胃腸道的轉(zhuǎn)移是由蠕動(dòng)泵完成的，此方法增加了

圖 2.1 ICP-MS 標(biāo)準(zhǔn)曲線出限與定量限 份試劑空白，計(jì)算樣品的 3 倍信噪比得到方法的檢出限為g 大米樣品（定容體積為 25 mL），計(jì)算樣品的 10 倍信噪010 mg/kg。制參考物質(zhì)大米粉（0.26±0.03 mg/kg 、0.48±0.06 mg/kg）范圍內(nèi)，表明此檢測(cè)方法準(zhǔn)確度高。表 2.5 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品濃度0.26±0.03 mg/kg 0.48±0.06 mg1 0.2424 0.45672 0.2562 0.4730

圖 2.2 體外模擬消化條件對(duì)鎘的生物可及性的影響（n=3，Mean±SD）（注：不同字母表示各實(shí)驗(yàn)組之間經(jīng)過(guò) LSD 和 Duncan 兩兩比較在 α＝0.05 的顯著水平下有差異）咀嚼是消化過(guò)程的第一步，在咀嚼過(guò)程中，食物顆粒逐漸減小，同時(shí)產(chǎn)生唾液使食物濕潤(rùn)更容易吞咽�？谇坏南伺c食物狀態(tài)和體積、牙齒的狀況和咀嚼的力度和頻率有關(guān)，也與唾液 pH、唾液分泌量、口腔消化時(shí)間等有關(guān)[69]。唾液的 pH一般為 6.2-7.4，唾液分泌量體積能達(dá)到 4-8 mL，米飯?jiān)诳谇恢械木捉肋^(guò)程在粉碎機(jī)中完成，添加 α-淀粉酶代替唾液淀粉酶模擬口腔消化，模擬時(shí)間一般為 4-8 min。胃的消化是將高密度的食物轉(zhuǎn)變成食糜的過(guò)程。胃減小了固體顆粒和脂肪球的尺寸，調(diào)節(jié)了 pH 與滲透壓、熱量密度以及液體粘度。通過(guò)增加消化分泌物與基質(zhì)相互作用的表面積，機(jī)械消化有助于化學(xué)消化。胃通過(guò)控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放，使體內(nèi)消化環(huán)境達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡[70]。胃排空主要由三個(gè)因素決定：餐量、胃的滲透壓以及食物的熱量。胃液 pH 在空腹時(shí)一般為 1-3，進(jìn)食后會(huì)升到 3-7。在胃排空過(guò)程中，隨著人體進(jìn)食的狀態(tài)和食物的稠度不同，胃液分泌的體積也不斷變化，一般人體分泌 0.5-2倍體積的胃液進(jìn)行消化，胃液 pH 逐漸下降，直到再次恢復(fù)為空腹?fàn)顟B(tài)時(shí)的 pH（一

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