云南不同產(chǎn)地美味牛肝菌元素含量特征分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

陳鳳霞，楊天偉，李杰慶，劉鴻高，范茂攀,*，王元忠*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院藥用植物研究所，云南 昆明 650200；3.云南省熱帶作物科學(xué)研究所，云南 景洪 666100；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201）

美味牛肝菌（Boletus edulisBull. Fr.）又名大腳菇，隸屬于牛肝菌科（Boletaceae），是世界上著名的野生食用菌，在歐洲被稱為“王者牛肝菌”[1-2]。野生食用菌肉質(zhì)肥厚細(xì)軟、味道鮮美，富含人體所需的多種礦質(zhì)元素，具有較大的食用藥用價(jià)值，是多國(guó)消費(fèi)者喜愛的食物[3]。適量攝入礦質(zhì)元素對(duì)維持人體機(jī)能具有重要作用[4-5]；如Zn是影響生長(zhǎng)發(fā)育、生殖遺傳、免疫功能的重要物質(zhì)，也是腦損傷后細(xì)胞凋亡和神經(jīng)元死亡的重要調(diào)節(jié)因子[6]。Zn缺乏會(huì)導(dǎo)致免疫力低下、厭食、智力下降。Zn攝入過多會(huì)引起Zn中毒，產(chǎn)生腹痛、腹瀉、眩暈、脫水等癥狀。Fe則是紅細(xì)胞中血紅蛋白的重要組成部分，參與氧化還原反應(yīng)，是細(xì)胞呼吸與增殖、氧運(yùn)輸、能量代謝的關(guān)鍵物質(zhì)[7]。缺Fe會(huì)引起缺鐵性貧血，F(xiàn)e攝入過多會(huì)引起惡心、嘔吐、腹痛等癥狀，嚴(yán)重可導(dǎo)致肝硬化和腸道出血壞死。而重金屬會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒害作用，如Pb和Cd會(huì)持續(xù)損害人體肝臟、腎臟等重要器官[8]。野生食用菌對(duì)礦質(zhì)元素的富集能力高于其他栽培菌和蔬菜[9-10]；因此，野生食用菌礦質(zhì)元素膳食攝入比例和暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)于人體健康安全評(píng)價(jià)具有重要意義。

Kojta[11]、Lipka[12]等研究牛肝菌子實(shí)體中礦質(zhì)元素含量，結(jié)果表明Mg、Zn、Fe、Ca、Mn等礦質(zhì)元素含量較高，有毒元素Cd、As、Hg含量較低，必需元素含量豐富；礦質(zhì)元素是人體必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，適量食用可補(bǔ)充人體所需。Wang Xuemei等[13]采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定8 種野生食用菌中Co、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的含量，結(jié)果表明食用菌中元素之間存在顯著相關(guān)，子實(shí)體中富集的重金屬元素與產(chǎn)地有關(guān)。Gen?celep[14]、Kalac[15]等對(duì)食用菌元素含量進(jìn)行研究，結(jié)果顯示大部分野生食用菌中積累了有毒元素Cd和Hg；但必需元素含量遠(yuǎn)高于有毒元素。

本實(shí)驗(yàn)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定云南8 個(gè)產(chǎn)地171 個(gè)美味牛肝菌子實(shí)體中與人體健康密切相關(guān)的14 種礦質(zhì)元素含量，其中包括人體常量元素Ca、Mg、Na，微量元素Fe、Zn、Sr、Mn、Cu、Cr和有害元素Cd等。采用相關(guān)性分析和主成分分析（principal component analysis，PCA）法分析不同產(chǎn)地美味牛肝菌礦質(zhì)元素特征和富集情況，并進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

采集云南8 個(gè)地區(qū)171 份大小相等且成熟的美味牛肝菌樣品，均由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院范茂攀博士鑒定為美味牛肝菌。用陶瓷刀刮去泥土，雜草等異物。清水和超純水清洗干凈后置于恒溫箱50 ℃烘干至恒質(zhì)量，粉碎后過100 目標(biāo)準(zhǔn)篩。常溫保存于聚乙烯自封袋備用。詳細(xì)采集地點(diǎn)見表1。

表1 樣品產(chǎn)地及代碼編號(hào)Table 1 Geographical origin and number of samples

茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07605 地礦部物化探研究所；65%硝酸（優(yōu)級(jí)純）、30%過氧化氫（分析純）、14 種礦質(zhì)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 濟(jì)南眾標(biāo)科技有限公司；超純水（電阻率＞18.25 MΩ·cm） 優(yōu)譜科技有限公司。

器皿均用15%硝酸溶液浸泡過夜，用超純水潤(rùn)洗3 遍后烘干備用。

1.2 儀器與設(shè)備

ICPE-9000全譜發(fā)射光譜儀 日本島津公司；Mars6微波消解儀 美國(guó)CEM公司；AR1140型萬分之一分析天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司；FW-100型高速粉碎機(jī) 天津市華鑫儀器廠；100 目標(biāo)準(zhǔn)篩盤浙江上虞市道墟五四儀器廠；UPT-I-10超純水機(jī) 優(yōu)譜科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 元素含量測(cè)定

每份樣品稱取（500±0.20）mg，置于微波消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL 30%過氧化氫溶液和3 mL超純水，常溫下消解2 h后在微波消解儀中進(jìn)行消解，消解條件見表2。消解液轉(zhuǎn)置25 mL比色管，用超純水定容至25 mL，搖勻，澄清后每個(gè)樣品測(cè)定3 次，取平均值。均以干質(zhì)量計(jì)。

表2 微波消解條件Table 2 Microwave digestion conditions

1.3.2 建立茶葉標(biāo)準(zhǔn)物標(biāo)準(zhǔn)曲線

取Ba、Cd、Co、Cr、Ni、Sr、V元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，加入10%硝酸溶液配制成0.00、0.02、0.05、0.10、0.50、1.00 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，取Ca、Cu、Na、Zn、Fe、Mg、Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液加入10%硝酸溶液配制成0.00、0.50、1.00、5.00、10.00、20.00 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，建立元素標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 數(shù)據(jù)處理

將所測(cè)不同產(chǎn)地美味牛肝菌礦質(zhì)元素含量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行Z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除量綱影響，用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行PCA。其中PCA數(shù)據(jù)模型為[16-18]：

式中：Anm表示X的協(xié)助方差陣Σ的特征值對(duì)應(yīng)的特征變量；n個(gè)指標(biāo)記為X1，X2…Xn；n個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后記為Z（X1），Z（X2），…，Z（Xn）。數(shù)據(jù)分析中存在指標(biāo)的量綱不同，消除量綱的影響有利于減少誤差。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)定方法考察結(jié)果

利用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)茶葉標(biāo)準(zhǔn)物（GBW 07605）對(duì)測(cè)定方法的準(zhǔn)確性和精密度進(jìn)行驗(yàn)證。如表3所示，14 種元素的檢出限范圍在0.003～1.121 3 mg/kg之間，回收率在91%～106%之間，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程相關(guān)系數(shù)均大于0.999，大部分礦質(zhì)元素的測(cè)定值在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍內(nèi)，并且無限接近。結(jié)果表明該方法準(zhǔn)確可靠，可用于美味牛肝菌中礦質(zhì)元素測(cè)定。

表3 茶葉標(biāo)準(zhǔn)物（GBW 07605）的礦質(zhì)元素含量及方法檢出限Table 3 Determined and certified values of mineral elements in tea standard (GBW 07605) and detection limits of the established method

2.2 元素含量分析

2.2.1 不同產(chǎn)地美味牛肝菌中14 種礦質(zhì)元素含量

表4 美味牛肝菌元素含量Table 4 Element contents of B. edulis mg/kg

如表4所示，美味牛肝菌中人體必需常量元素Ca、Mg、Na含量豐富，范圍為125.33～592.89、306.93～1 045.33、50.56～343.48 mg/kg。每日膳食所需的微量元素Fe、Zn、Cr、Cu在美味牛肝菌中含量較多，范圍為659.72～3568.50、46.77～157.50、18.49～203.05、19.77～240.17 mg/kg。與Brzezicha-Cirocka[19]和Falandysz[20]等研究結(jié)果一致。有毒元素Cd含量為0.95～28.69 mg/kg，其中玉溪產(chǎn)的美味牛肝菌含量最高，其次是曲靖（28.24 mg/kg），與Ivan等[21]研究Cd含量（0.27～5.81 mg/kg）和Frankowska等[22]研究美味牛肝菌Cd含量（1.70～5.50 mg/kg）差異較大，可能與產(chǎn)區(qū)地理環(huán)境和土壤中Cd的含量有關(guān)。美味牛肝菌中Cd的富集能力高于其他食用菌，如雞油菌[23]（0.21～0.41 mg/kg）、平菇[24]（0.0 1～0.5 8 μ g/g）、絨柄牛肝菌[25]（0.16～0.32 mg/kg），且不同產(chǎn)地之間Cd含量存在差異。美味牛肝菌中Co含量最少，平均值為5.46 mg/kg。Fe元素含量最高，平均值為1 613.45 mg/kg；富含F(xiàn)e的真菌類食物中多糖小肽類物質(zhì)有利于提供Fe的吸收[26]，食用美味牛肝菌，可能是補(bǔ)Fe的良好來源。

2.2.2 不同產(chǎn)地美味牛肝菌中14 種礦質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析

表5 牛肝菌元素相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients among elements in B. edulis

表5為Pearson相關(guān)系數(shù)（r）矩陣，當(dāng)r＞0時(shí)，表示2 種元素之間存在協(xié)同作用，一種元素促進(jìn)另一種元素吸收；當(dāng)r＜0時(shí)，表示2 種元素之間存在拮抗作用，一種元素抑制另一種元素吸收[27]。由表5可知，美味牛肝菌中有毒元素Cd含量與Fe、Mg呈顯著正相關(guān)，與Ba、Co、Cr、Mn、V、Zn呈極顯著正相關(guān)，表明菌體對(duì)Cd的富集作用可能與Fe、Mg、Ba、Co、Cr、Mn、V、Zn之間存在著較好的協(xié)同作用。元素Ba與Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Sr、V，Ca與Fe、Mg、Mn，Co與Cr、Fe、Mn、Ni、V，Cr與Fe、Mn、Na、V，Cu與Zn，F(xiàn)e與Ni、V，Mg與Na、Zn，Mn與Ni、Fe、V，Ni與Mn、V呈極顯著正相關(guān)。元素Mg與Cr、Cu，Sr與Co、V呈顯著正相關(guān)。元素Ba與Cu呈顯著負(fù)相關(guān)，與Mg呈極顯著負(fù)相關(guān)。Ca與Na呈極顯著負(fù)相關(guān)。Mg與Co、Sr呈極顯著負(fù)相關(guān)，與V呈顯著負(fù)相關(guān)。Sr與Na、Zn呈顯著負(fù)相關(guān)。結(jié)果表明，美味牛肝菌元素間存在著復(fù)雜的相互作用，大部分元素之間以協(xié)同作用為主，部分元素之間存在拮抗作用。

2.2.3 不同產(chǎn)地美味牛肝菌中14 種礦質(zhì)元素的PCA

PCA法是一種多元統(tǒng)計(jì)技術(shù)，利用降維的思想，把多個(gè)變量簡(jiǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合變量簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[18]。將標(biāo)準(zhǔn)化后的美味牛肝菌礦質(zhì)元素含量進(jìn)行PCA。根據(jù)檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量（Kaiser-Meyer-Olkin，KMO）的結(jié)果為0.638，大于最低標(biāo)準(zhǔn)0.5。其中公因子方差，每一個(gè)元素變量的共性方差大部分都在0.5以上，且大多數(shù)接近或超過0.7，說明這5 個(gè)主成分能夠很好地反映原始變量的大部分信息。如表6所示，提取前5 個(gè)特征值大于1的成分，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了77.731%，能夠代表原始信息的77.731%。PC1的特征值為4.493，貢獻(xiàn)率占總貢獻(xiàn)率的32.090%，由表7可知，Ba、Co、Cr、Fe、Mn、V等礦物質(zhì)中PC1中載荷值較高，分別為0.725、0.875、0.642、0.850、0.786、0.874。PC2的特征值為2.362，貢獻(xiàn)率占總方差貢獻(xiàn)率的16.873%，Mg和Zn在PC2的載荷值較大，為0.747與0.813。

表6 主成分特征值及貢獻(xiàn)率Table 6 Eigenvalues and contribution rates of principal components to total variance

表7 成分載荷矩陣Table 7 Component loading matrix

表8為主成分得分相關(guān)系數(shù)，根據(jù)主成分計(jì)算公式和主成分得分相關(guān)系數(shù)可以得到前5 個(gè)主成分與14 種元素含量的線性組合為：

F1=0.161Z（Ba）+0.058Z（Ca）+0.082Z（Cd）+0.195Z（Co）+0.143Z（Cr）-0.048Z（Cu）+0.189Z（Fe）-0.034Z（Mg）+0.175Z（Mn）-0.019Z（Na）+0.113Z（Ni）+0.074Z（Sr）+0.195Z（V）-0.041Z（Zn）

F2=-0.085Z（Ba）+0.060Z（Ca）+0.168Z（Cd） +0.016Z（Co）+0.164Z（Cr）+0.226Z（Cu）+0.053Z（Fe）+0.316Z（Mg）+0.101Z（Mn）+0.190Z（Na）-0.045Z（Ni）-0.190Z（Sr）+0.003Z（V）+0.344Z（Zn）

F3=0.242Z（Ba）-0.503Z（Ca）+0.076Z（Cd）+0.036Z（Co）+0.019Z（Cr）+0.116Z（Cu）-0.126Z（Fe）-0.164Z（Mg）-0.219Z（Mn）+0.357Z（Na）+0.276Z（Ni）+0.143Z（Sr）+0.042Z（V）+0.174Z（Zn）

F4=0.105Z（Ba）+0.065Z（Ca）-0.142Z（Cd）+0.011Z（Co）-0.192Z（Cr）+0.541Z（Cu）+0.061Z（Fe）-0.160Z（Mg）+0.055Z（Mn）-0.390Z（Na）-0.009Z（Ni）+0.278Z（Sr）+0.008Z（V）+0.309Z（Zn）

F5=0.387Z（Ba）+0.304Z（Ca）+0.180Z（Cd）-0.184Z（Co）+0.057Z（Cr）-0.135Z（Cu）-0.165Z（Fe）+0.244Z（Mg）-0.028Z（Mn）+0.164Z（Na）-0.197Z（Ni）+0.563Z（Sr）-0.227Z（V）+0.030Z（Zn）

表8 主成分得分系數(shù)矩陣Table 8 Principal component score coefficient matrix

根據(jù)F=0.320 90F1+0.168 73F2+0.105 08F3+0.098 89F4+0.083 72F5計(jì)算主成分得分和排序，結(jié)果見表9。8 個(gè)產(chǎn)地美味牛肝菌元素含量最高的是迪慶，其次是文山、昆明、保山、楚雄、玉溪、大理和曲靖?？赡芘c不同產(chǎn)地之間的環(huán)境、氣候、土壤等多種生態(tài)因子差異有關(guān)。

表9 主成分綜合得分Table 9 Comprehensive scores of principal components

2.3 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.3.1 美味牛肝菌礦質(zhì)元素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

新鮮牛肝菌含水率為90%，干質(zhì)量占10%[28]。中國(guó)居民膳食指南推薦蔬菜日攝入量為300～500 g。假設(shè)成年男子每天食用500 g美味牛肝菌，則攝入的礦質(zhì)元素含量為500 g×10%×牛肝菌中平均礦質(zhì)元素含量；根據(jù)WS/T 578《中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量》（2018版），計(jì)算食用美味牛肝菌攝入的礦質(zhì)元素與中國(guó)居民的礦質(zhì)元素推薦攝入量（recommended nutrient intake，RNI）、適宜攝入量（adequate intake，AI）、可耐受最高攝入量（tolerable upper intake levels，UL）和平均需要量（estimated average requirement，EAR）的比值RNI*、AI*、UL*、EAR*，比值小于1時(shí)表明食用安全，比值大于1時(shí)表明存在健康風(fēng)險(xiǎn)。由表10可知，食用500 g新鮮牛肝菌，攝入的Ca、Zn、Mg、Na、Cr量均低于RNI、AI、UL、EAR，沒有健康風(fēng)險(xiǎn)。攝入Cu的量雖然都超過EAR和RNI，但除楚雄的超過UL外，其他產(chǎn)地均未超過UL，在安全范圍以內(nèi)。攝入Fe的量均超過EAR和RNI，除玉溪、大理、曲靖未超過UL外，其他產(chǎn)地超過UL，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。美味牛肝菌礦質(zhì)元素含量豐富，適量食用可以補(bǔ)充人體所需礦物質(zhì)。

表10 礦質(zhì)元素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估Table 10 Risk assessment of dietary exposure to mineral elements in B. edulis from different geographical origins

2.3.2 美味牛肝菌有毒元素Cd風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

重金屬可通過食物鏈進(jìn)入人體，危害人體健康[29]。根據(jù)FAO/WHO重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，Cd每天可耐受攝入量0.001 mg/kg，假設(shè)成年人體質(zhì)量60 kg。則成年人每天允許攝入的Cd含量為0.06 mg。由表11可知，成年人每天食用70 g新鮮牛肝菌攝入Cd含量為70 g×10%×產(chǎn)地Cd含量。其中昆明、玉溪、大理、曲靖均超過標(biāo)準(zhǔn)限量。不同產(chǎn)地美味牛肝菌對(duì)Cd的富集能力有所差異，對(duì)消費(fèi)者健康有一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

表11 成年人每天Cd攝入量均量Table 11 Daily Cd average intake for adults via consumption of B. edulis from different geographical origins

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，測(cè)定8 個(gè)產(chǎn)地171 個(gè)美味牛肝菌子實(shí)體中14 種元素含量，分析其特征和富集情況，評(píng)估食用價(jià)值和暴露風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明，美味牛肝菌中富含人體所需的常量元素和微量元素，適量食用可以補(bǔ)充人體所需，但要注意Cd暴露風(fēng)險(xiǎn)。美味牛肝菌元素之間主要以協(xié)同作用為主，部分元素之間存在拮抗作用。PCA表明不同產(chǎn)地美味牛肝菌中礦質(zhì)元素含量具有差異，有可能與不同產(chǎn)地氣候條件、土壤類型差異有關(guān)。