小麥、小麥和玉米籽實中鎘、鉛、銅的分布及去除

近年來，對土壤-谷物系統的重金屬遷移規律的研究表明，重金屬在植物體內的分布規律是根的、莖的和葉的規律[1.3]。然而，從種子表面的形態結構來看，重金屬的分布和存在還不清楚。重金屬顆粒形成的規律是：通過研究不同形狀的糧食耕作過程中的重金屬積累高度，可以為糧食加工過程中盡量去除重金屬積聚過高的地方提供依據。同時，從理論上的研究角度來看，它有助于澄清重金屬在種子體內的化學形態。本文采用組織化學分析方法對受重金屬污染的農作物籽實中Cd、Pb、Cu的分布及其加工過程中重金屬的去除與存留進行了初步研究.1農作物生長樣品樣品來源重金屬在籽實各形態結構中的分布試驗所用污染水稻、小麥、玉米來源于農作物盆栽試驗收獲樣品;糧食加工試驗所選用的樣品來源于湖北省大冶銅礦區金橋鄉衛王村污染農田現場采集樣品.1.2穎果的解剖分離采用物理剝離方法.取小麥、水稻和玉米籽實,先剝離穎殼,取穎果,放入少量去離子水中,使其充分吸脹(8h).用不銹鋼解剖刀和鑷子,在解剖鏡下進行剝離小麥和稻米籽實分離為4層:穎殼、皮層、胚乳和胚;玉米籽實分離為3層:皮層、胚和胚乳.1.3粗麩細麩加工稻米加工:采用NM-A型試驗用碾米機加工,加工途徑如下:小麥加工:采用瑞士布勒磨粉機加工,加工后的產品為:粗麩、細麩、3皮和3心(見圖1).1.4物茶葉質量控制將籽實各結構組分的風干材料和加工產品,用硝酸和高氯酸(5∶1)消化,原子吸收分光光度計(日立180-80)測定其含量.為保證分析方法的準確性,采用了國家標準物茶葉樣品(GBW07605)進行質量控制,實驗重復2次.2結果與討論2.1cd在胚、胚乳和胚乳中的濃度分布作物籽實各結構組分中Cd、Pb、Cu的分析結果如表1所示.(1)Cd、Pb、Cu在不同作物籽實形態結構中的濃度分布根據方差分析及顯著性檢驗(最小顯著極差法)結果,Cd、Pb、Cu在水稻、小麥和玉米籽實各形態結構中的濃度具有明顯差異,表現出明顯的不均勻性.Cd在水稻和小麥籽實各形態結構中的濃度分布呈現大體一致的趨勢,其順序為:皮層、胚>胚乳、穎殼;在玉米籽實中為:胚>胚乳、皮層.Pb在水稻、小麥、玉米籽實中的濃度順序有一定差別,分別為:胚、皮層>胚乳、穎殼;穎殼>皮層>胚、胚乳;胚、皮層>胚乳.小麥穎殼中Pb的濃度最高,且顯著高于水稻穎殼中Pb的濃度.Cu在水稻籽實中的濃度分布與Pb相同,即胚、皮層>胚乳、穎殼.在小麥、玉米籽實中Cu的濃度順序分別為:胚、皮層、穎殼>胚乳;皮層>胚>胚乳.Cu在這3種作物的胚和皮層中的濃度均顯著高于胚乳中的濃度.若除去穎殼、皮層,僅看籽實的胚和胚乳(可食部分),Cd、Pb、Cu這3種元素在胚和胚乳中的濃度分布具有明顯一致的趨勢,即胚中的濃度均顯著高于胚乳,其間可相差數倍.若以胚乳中濃度為1,計算3種元素在胚和胚乳中的濃度分布比例可以得到:糙米的Cd濃度分布比例為3.9∶1、Cu為4.9∶1、Pb為3.7∶1;麥粒中Cd為2.7∶1、Cu為2.8∶1、Pb為2.5∶1;玉米中Cd為2.8∶1、Cu為6.4∶1、Pb為2.3∶1,似乎糙米胚中的分布比例略大于麥粒和玉米.(2)Cd、Pb、Cu在不同作物籽實形態結構中的總量分布糙米、麥粒和玉米胚中3種元素的濃度明顯高于胚乳,但由于胚乳是組成糙米、麥粒和玉米最主要的部分,通常可占籽粒總重量的70%～80%,因此就金屬的總量而言,胚乳中所占比例則占絕對優勢.從圖2可見,胚乳中Cd可占3種作物籽粒總Cd量的67%～70%,Cu占糙米、麥粒總Cu量的64%～67%,占玉米總Cu量的38%,Pb在糙米和玉米胚乳中的比例為68%～73%,小麥中若除去穎殼,僅看麥粒中的總Pb量,胚乳中也可占66.5%.3種谷物籽實中Cd、Pb、Cu在胚中濃度顯著高于胚乳的結果說明這3種元素均易聚集在蛋白質含量較高的部位,呈現與蛋白質相結合的形態.但根據糙米、麥粒中營養成分的分布看出,糙米中蛋白質主要集中在胚,麥粒中蛋白質在胚、胚乳中都有分布,此外皮層中也含有少量的蛋白質.這可能是造成、、在糙米胚與胚乳的濃度之比略高于麥粒胚與胚乳的濃度之比的原因.3種元素在籽實穎殼、皮層中的濃度相對也較高的特點說明它們除易與蛋白質相結合外,還存在于粗纖維中,特別是Pb更為突出.3種金屬元素在胚乳中濃度雖低,但其總量分布比例則最大.玉米由于胚特別大,因此Cd、Pb、Cu在胚的蓄積比例較高,約占20%～35%,遠遠高于糙米、麥粒胚中6%～9%的蓄積比例.2.2小麥加工稻米中重金屬的去除與留(1)水稻在不同加工深度下重金屬的去除與存留糧食加工試驗結果示于表2.可以看出,Cd、Pb、Cu3種元素的濃度隨著加工深度的升級而遞減,其濃度順序為:糙米>粗精米>精米.其中Pb的濃度變化最大,精米中Pb的濃度比糙米中Pb的濃度降低了1倍多.米糠中Pb、Cu的濃度顯著高于糙米,粗精米和精米.粗米糠與精米糠相比,前者Pb、Cu濃度稍高于后者,但Cd的情況卻相反,精米糠>粗米糠.米糠中Pb、Cu濃度較高,因為水稻籽實胚和皮層(糙米皮層由果皮、種皮、外胚乳和糊粉層組成)中重金屬的濃度高,而米糠又正是由種皮、果皮、外胚乳、糊粉層和部分脫落的胚組成.采用NM-A型試驗用碾米機加工稻米,出糙米率為78.4%,出粗精米率為72.5%,出精米率68.6%.根據濃度和出米率,并按下式計算去除率(%),其結果示于表3.式中,D為去除率(%),W為去除部位重量(g),c為去除部位濃度(mg·kg-1),W0為總重量(g),c0為總濃度(mg·kg-1).可以看出稻谷經加工后可使一定比例的重金屬得到去除,存留于精米中的Cd、Pb、Cu分別為75.9%、42.1%和59.0%.3種元素相比,Pb的去除率最高,其次是Cu和Cd.(2)小麥在不同加工深度下重金屬的去除與存留小麥各加工產品中Cd、Pb、Cu的分析結果如表4所示.從表4的分析結果可以看出,Cd、Pb、Cu在粗麩和細麩中的濃度大多都比3皮和3心中的濃度高;粗麩中3種元素的濃度均高于細麩,Pb、Cu尤為明顯.麩皮層一般由糊粉層、珠心層、種皮、果皮和脫落的麥胚組成.根據表1數據,重金屬的小麥胚、皮層(包含表皮、外果皮、內果皮、種皮、珠心層和糊粉層)中的濃度較高,由于這些重金屬濃度高的部位被磨入麩皮中,從而造成粗麩、細麩中Cd、Pb、Cu濃度高于3皮和3心.根據瑞士布勒磨粉機加工小麥的出粉率(40%)可計算不同加工深度的Cd、Pb、Cu去除率,其結果:去除粗麩后,Cd、Pb、Cu隨粗麩的去除率分別為:24.35%、52.22%、39.92%;去除細麩后,小麥粉中Cd、Pb、Cu的殘留率分別為與水稻加工過程中重金屬的去除率相比,小麥加工成面粉后Cd、Pb、Cu3種元素的殘留量明顯低于水稻.3cd、pb、cu在糙米、玉米胚乳和小麥加工過程中的殘留率及cd、pb、cu的變化(1)Cd、Pb、Cu在不同作物籽實各形態結構中的濃度具有明顯差異,表現出明顯的不均勻性,其共同點是:胚中濃度顯著高于胚乳,且皮層和穎殼中濃度也較高.(2)從單位重量籽實中的Cd、Pb、Cu總量分布看,胚乳中占據絕對優勢.胚乳中Cd可占3種作物籽粒總Cd量的67%～70%,Cu占糙米、麥粒總Cu量的64%～67%,占玉米總Cu量的38%,Pb在糙米和玉米胚乳中的比例為68%～73%,小麥中若除去穎殼,僅看麥粒中的總Pb量,胚乳中也可占66.5%.(3)根據Cd、Pb、Cu在不同作物籽實形態結構中的濃度和總量分布試驗結果,以及各形態結構的化學