小麥、小麥和玉米籽實(shí)中鎘、鉛、銅的分布及去除

小麥、小麥和玉米籽實(shí)中鎘、鉛、銅的分布及去除

近年來(lái)，對(duì)土壤-谷物系統(tǒng)的重金屬遷移規(guī)律的研究表明，重金屬在植物體內(nèi)的分布規(guī)律是根的、莖的和葉的規(guī)律[1.3]。然而，從種子表面的形態(tài)結(jié)構(gòu)來(lái)看，重金屬的分布和存在還不清楚。重金屬顆粒形成的規(guī)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(jù)。同時(shí)，從理論上的研究角度來(lái)看，它有助于澄清重金屬在種子體內(nèi)的化學(xué)形態(tài)。本文采用組織化學(xué)分析方法對(duì)受重金屬污染的農(nóng)作物籽實(shí)中Cd、Pb、Cu的分布及其加工過程中重金屬的去除與存留進(jìn)行了初步研究.1農(nóng)作物生長(zhǎng)樣品樣品來(lái)源重金屬在籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)中的分布試驗(yàn)所用污染水稻、小麥、玉米來(lái)源于農(nóng)作物盆栽試驗(yàn)收獲樣品;糧食加工試驗(yàn)所選用的樣品來(lái)源于湖北省大冶銅礦區(qū)金橋鄉(xiāng)衛(wèi)王村污染農(nóng)田現(xiàn)場(chǎng)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(shí),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(jìn)行剝離小麥和稻米籽實(shí)分離為4層:穎殼、皮層、胚乳和胚;玉米籽實(shí)分離為3層:皮層、胚和胚乳.1.3粗麩細(xì)麩加工稻米加工:采用NM-A型試驗(yàn)用碾米機(jī)加工,加工途徑如下:小麥加工:采用瑞士布勒磨粉機(jī)加工,加工后的產(chǎn)品為:粗麩、細(xì)麩、3皮和3心(見圖1).1.4物茶葉質(zhì)量控制將籽實(shí)各結(jié)構(gòu)組分的風(fēng)干材料和加工產(chǎn)品,用硝酸和高氯酸(5∶1)消化,原子吸收分光光度計(jì)(日立180-80)測(cè)定其含量.為保證分析方法的準(zhǔn)確性,采用了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物茶葉樣品(GBW07605)進(jìn)行質(zhì)量控制,實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次.2結(jié)果與討論2.1cd在胚、胚乳和胚乳中的濃度分布作物籽實(shí)各結(jié)構(gòu)組分中Cd、Pb、Cu的分析結(jié)果如表1所示.(1)Cd、Pb、Cu在不同作物籽實(shí)形態(tài)結(jié)構(gòu)中的濃度分布根據(jù)方差分析及顯著性檢驗(yàn)(最小顯著極差法)結(jié)果,Cd、Pb、Cu在水稻、小麥和玉米籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)中的濃度具有明顯差異,表現(xiàn)出明顯的不均勻性.Cd在水稻和小麥籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)中的濃度分布呈現(xiàn)大體一致的趨勢(shì),其順序?yàn)?皮層、胚>胚乳、穎殼;在玉米籽實(shí)中為:胚>胚乳、皮層.Pb在水稻、小麥、玉米籽實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shì),即胚中的濃度均顯著高于胚乳,其間可相差數(shù)倍.若以胚乳中濃度為1,計(jì)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(shí)形態(tài)結(jié)構(gòu)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?？烧甲蚜？傊亓康?0%～80%,因此就金屬的總量而言,胚乳中所占比例則占絕對(duì)優(yōu)勢(shì).從圖2可見,胚乳中Cd可占3種作物籽?？侰d量的67%～70%,Cu占糙米、麥?？侰u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(shí)中Cd、Pb、Cu在胚中濃度顯著高于胚乳的結(jié)果說(shuō)明這3種元素均易聚集在蛋白質(zhì)含量較高的部位,呈現(xiàn)與蛋白質(zhì)相結(jié)合的形態(tài).但根據(jù)糙米、麥粒中營(yíng)養(yǎng)成分的分布看出,糙米中蛋白質(zhì)主要集中在胚,麥粒中蛋白質(zhì)在胚、胚乳中都有分布,此外皮層中也含有少量的蛋白質(zhì).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(shí)穎殼、皮層中的濃度相對(duì)也較高的特點(diǎn)說(shuō)明它們除易與蛋白質(zhì)相結(jié)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yàn)結(jié)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(jí)而遞減,其濃度順序?yàn)?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?yàn)樗咀褜?shí)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(yàn)用碾米機(jī)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(jù)濃度和出米率,并按下式計(jì)算去除率(%),其結(jié)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(jīng)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(chǎn)品中Cd、Pb、Cu的分析結(jié)果如表4所示.從表4的分析結(jié)果可以看出,Cd、Pb、Cu在粗麩和細(xì)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(xì)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(jù)表1數(shù)據(jù),重金屬的小麥胚、皮層(包含表皮、外果皮、內(nèi)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(xì)麩中Cd、Pb、Cu濃度高于3皮和3心.根據(jù)瑞士布勒磨粉機(jī)加工小麥的出粉率(40%)可計(jì)算不同加工深度的Cd、Pb、Cu去除率,其結(jié)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(xì)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(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)中的濃度具有明顯差異,表現(xiàn)出明顯的不均勻性,其共同點(diǎn)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(shí)中的Cd、Pb、Cu總量分布看,胚乳中占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì).胚乳中Cd可占3種作物籽?？侰d量的67%～70%,Cu占糙米、麥?？侰u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(jù)Cd、Pb、Cu在不同作物籽實(shí)形態(tài)結(jié)構(gòu)中的濃度和總量分布試驗(yàn)結(jié)果,以及各形態(tài)結(jié)構(gòu)的化學(xué)