【摘要】：背景:土壤重金屬污染是全球最主要的環(huán)境安全問題之一。我國約有19.4%的耕種土地受到重金屬污染,其中鎘污染居首,鎘可通過作物種植進入食物鏈,嚴重威脅食品安全和人類健康。我國非吸煙人群中食物來源的鎘占總暴露量的90%,尤其是大米的平均貢獻率高達58.6%。受“湖南鎘大米事件”影響,消費者至今“談鎘色變”,公眾對鎘污染食品健康風險的關(guān)注達到空前高度。目前鎘暴露評估通常以食品中鎘的總量作為評價依據(jù),但考慮生物可及性和生物利用率的影響,現(xiàn)行評價方式不能真實反映鎘暴露的健康風險。因此,本課題擬選取三種不同污染水平的鎘大米為研究對象,通過對鎘的生物可及性及體內(nèi)外生物利用率進行研究,為大米鎘暴露的健康風險評估提供參考,也為糧食中鎘限量標準制定提供理論依據(jù),同時還有利于我國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、消化時間)以及不同進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細胞單層模型,通過測定TEER值、在AP側(cè)與BL側(cè)的AKP酶活比以及熒光素鈉的Papp值,驗證細胞單層的緊密性、極性、通透性。在體外模擬消化的最優(yōu)條件下對三種不同污染水平的鎘大米進行消化后,采用Caco-2細胞模型進行吸收轉(zhuǎn)運實驗,測定鎘的體外生物利用率。3.36只4-5周齡SPF級雌性ICR小鼠單獨飼養(yǎng)于代謝籠內(nèi),適應性喂養(yǎng)7天后隨機平均分為六組,分別為空白對照組(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)、實驗組(Rice-L組、Rice-M組、Rice-H組),實驗周期21天。飼養(yǎng)結(jié)束后,測定小鼠組織、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,腸部消化時間分別為2h、2h、2.5h;進食量均為0.6g。在最優(yōu)條件下對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,但三組間無顯著性差異;大米基質(zhì)對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驗中建立的Caco-2細胞模型達到了轉(zhuǎn)運實驗基本要求。在Caco-2細胞模型中,Rice-L、Rice-M、Rice-H中鎘的轉(zhuǎn)運吸收率分別為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)運吸收率分別為27.70%、22.45%,與Rice-H相比,三組之間均沒有顯著性差異(P0.05)。結(jié)果表明,大米中鎘的轉(zhuǎn)運吸收率與鎘濃度呈負相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對鎘的轉(zhuǎn)運吸收率無顯著性影響。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相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對鎘的體外生物利用率有顯著性影響。同時,三種大米的健康風險評估結(jié)果顯示,未考慮體外生物利用率時攝入三種大米的THQ值(目標危險商值)均是考慮體外生物利用率時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相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對鎘的體內(nèi)蓄積率有顯著性影響,不同形態(tài)的鎘通過體內(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相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對鎘的體內(nèi)生物利用率沒有顯著性影響。同時,三種大米的健康風險評估結(jié)果顯示,未考慮體內(nèi)生物利用率時攝入三種大米的THQ值均是考慮體內(nèi)生物利用率時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有顯著性差異,大米基質(zhì)對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相關(guān)關(guān)系,大米基質(zhì)對鎘的體外生物利用率有顯著性影響,但對鎘的體內(nèi)生物利用率無顯著性影響;未考慮生物利用率時攝入三種大米的目標危險商值顯著高于考慮生物利用率時的目標危險商值。
【學位授予單位】：武漢輕工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：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 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、有機酸、無機鹽物在胃腸道的釋放情況。最初用于測定土壤中多環(huán)芳烴（PAHs）和多氯聯(lián)苯（PCBs）的生物可及性，現(xiàn)在也用于測定土壤中重金屬的生物可及性。目前德國標（DIN 1978-2004）。（4）SHIME 法SHIME（Simulator of human intestinal microbial ecosystem）方法是由比利時Verstmet 等根據(jù) Molly 等人設計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狀態(tài)下的消化系統(tǒng)，由胃、小腸、升結(jié)腸、橫結(jié)腸和降結(jié)腸五個部分組成，食物到胃腸道的轉(zhuǎn)移是由蠕動泵完成的，此方法增加了

圖 2.1 ICP-MS 標準曲線出限與定量限 份試劑空白，計算樣品的 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)，表明此檢測方法準確度高。表 2.5 準確度實驗標準物質(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鎘的生物可及性的影響（n=3，Mean±SD）（注：不同字母表示各實驗組之間經(jīng)過 LSD 和 Duncan 兩兩比較在 α＝0.05 的顯著水平下有差異）咀嚼是消化過程的第一步，在咀嚼過程中，食物顆粒逐漸減小，同時產(chǎn)生唾液使食物濕潤更容易吞咽�？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到 4-8 mL，米飯在口腔中的咀嚼過程在粉碎機中完成，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。通過增加消化分泌物與基質(zhì)相互作用的表面積，機械消化有助于化學消化。胃通過控制營養(yǎng)物質(zhì)的釋放，使體內(nèi)消化環(huán)境達到動態(tài)平衡[70]。胃排空主要由三個因素決定：餐量、胃的滲透壓以及食物的熱量。胃液 pH 在空腹時一般為 1-3，進食后會升到 3-7。在胃排空過程中，隨著人體進食的狀態(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倍體積的胃液進行消化，胃液 pH 逐漸下降，直到再次恢復為空腹狀態(tài)時的 pH（一

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