17個(gè)品種木芙蓉花的礦質(zhì)元素分析評(píng)價(jià)及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

曾心美，王 希，石小慶，蔡 露，李夢(mèng)霞，朱章順, ，陳 存

（1.成都市植物園，四川成都 610036；

2.成都師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 611130）

礦物質(zhì)元素在人體生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，與人體健康和疾病防治有著密切聯(lián)系。近年來(lái)的醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人體所含礦質(zhì)元素的含量多少，與癌癥、高血壓、心血管疾病及人類的壽命有著密切的關(guān)系，它們的攝入過(guò)量、不足、不平衡或缺乏都會(huì)不同程度地引起人體生理異?；虬l(fā)生疾病[1-4]?，F(xiàn)在仍有很多人因日常膳食中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的缺乏，導(dǎo)致身體出現(xiàn)“亞健康”，甚至出現(xiàn)一些疾病，有的則因必需微量元素?cái)z入過(guò)多或有害微量元素的吸收積累，導(dǎo)致機(jī)體功能紊亂，危害健康[5-7]。

木芙蓉（Hibiscus mutabilis），俗稱芙蓉花，隸屬于錦葵科木槿屬，花大色麗，是一種久經(jīng)栽培的園林觀賞花木。其花不僅美麗，還是一種傳統(tǒng)天然美食[8]，同時(shí)芙蓉花還可供藥用，有清肺、涼血、消炎[9-10]和解毒[11-12]的功效。然而目前有關(guān)芙蓉花的研究主要集中在藥理學(xué)方面，針對(duì)芙蓉花的礦物質(zhì)元素還沒(méi)有比較全面的研究，鄭廣填[13]報(bào)道過(guò)芙蓉花與其他四種食用花卉的營(yíng)養(yǎng)對(duì)比，但未對(duì)其礦質(zhì)元素進(jìn)行全面的報(bào)道分析。隨著芙蓉花作為食用原料被日漸關(guān)注，其所含礦質(zhì)元素含量和其食用安全性也值得被進(jìn)一步深入探究。本研究以成都市植物園自行選育的17個(gè)木芙蓉品種為研究材料，測(cè)定花中礦質(zhì)元素成分和含量，對(duì)比分析營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并進(jìn)一步評(píng)估其食用健康風(fēng)險(xiǎn)，以期為木芙蓉的綜合開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

17 個(gè)品種的木芙蓉花‘BRHC’、‘CX’、‘DBB’、‘DBH’、‘JQS’、‘JBY’、‘JQZ’、‘JR’、‘JXZ’、‘MDF’、‘JQH’、‘QY’、‘YR’、‘CBB’、‘CBBBH’、‘ZH’、‘ZY’所有品種均來(lái)自成都市植物園自主研發(fā)選育；硝酸、高氯酸等試劑 均為分析純；各元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液；實(shí)驗(yàn)用水 為超純水。

SGC-P石墨電熱板 中環(huán)北方（北京）儀器儀表有限公司；ICP（PE8300）光譜儀 珀金埃爾默公司；RS200瑪瑙碾磨儀 弗爾德（上海）儀器設(shè)備有限公司；DFA1004C電子天平 陜西德祥實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；移液槍 德國(guó)艾本德股份公司。

1.2 樣品處理

預(yù)處理：將芙蓉花樣品用超純水沖洗干凈，置于培養(yǎng)皿中，在65 ℃鼓風(fēng)干燥箱中烘12 h，然后研磨至粉末狀，過(guò)100目篩，轉(zhuǎn)移至廣口瓶中并放入烘箱中待用。

前處理：稱取處理后的樣品約0.5 g放于消化管內(nèi)，加入5 mL硝酸和1 mL的高氯酸，置于高溫消化爐上，套上冷凝排廢裝置，先加熱至168 ℃ 30 min，再調(diào)節(jié)溫度至380 ℃消煮約90 min至溶液成透明即可。然后將消煮液無(wú)損轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶定容，用ICP-OES直接測(cè)定。

根據(jù)儀器檢出的花礦質(zhì)元素的結(jié)果是以干重計(jì)，但因我國(guó)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限值等多以鮮重計(jì)量，所以本文列出的有害微量元素結(jié)果均是根據(jù)花的含水率折算后計(jì)算[14]。

1.3 檢測(cè)條件

ICP-OES工作條件參數(shù)為射頻功率1300 W，冷卻氣流量 0.8 L·min-1，輔助氣流量 0.2 L·min-1，載氣流量15 L·min-1。分別按各元素測(cè)定波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 人體耐受量評(píng)估 以世界衛(wèi)生組織（WHO）、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）下的食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)（JECFA）制定的污染物的單位體重每周可耐受攝入量[15]作為食用安全性評(píng)價(jià)依據(jù)：As、Pd、Cd、Cr的單位體重每周可耐受攝入量分別為0.9、0.025、0.007、0.023 mg·kg-1，依據(jù)其在芙蓉花中的含量以及我國(guó)居民每周食用花卉消費(fèi)量，計(jì)算成人每周實(shí)際攝入量（AWI，mg），并與成人每周可耐受攝入量（PTWI，mg）比較，評(píng)價(jià)其食用安全性。評(píng)價(jià)方法如下：

式中：Ci為芙蓉花中某種微量元素含量，mg·kg-1，取平均值和最高值分別計(jì)算每周攝入某種微量元素的平均值和最高值；WC為人均每周芙蓉花消費(fèi)量，根據(jù)2013年中國(guó)居民膳食營(yíng)養(yǎng)素參考攝入量[16]，按0.5 kg/周計(jì)，成人體重以60 kg計(jì)。

以AWI和PTWI的百分比對(duì)食品安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，所占比例越高，其食用安全性越低。

1.4.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 研究區(qū)居民經(jīng)由蔬菜攝入的重金屬量，可采用日均攝入量（daily intake，DI）來(lái)度量[17]，計(jì)算公式為：

式中：DI為重金屬的日均攝入量，mg·d-1；FIR為蔬菜的日攝入速率，kg·d-1，以鮮重計(jì)；C為蔬菜中重金屬含量，mg·kg-1；參照文獻(xiàn)[18-19]并結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用耧嬍沉?xí)慣，確定研究區(qū)成人蔬菜的日攝取率FIR為450 g·d-1，青少年兒童的日攝取率FIR為230 g·d-1。

采用US EPA提出的目標(biāo)危害系數(shù)法（THQ）模型評(píng)價(jià)攝入蔬菜中重金屬的健康風(fēng)險(xiǎn)[20]。其中，THQ是以污染物暴露劑量與參考劑量的比值來(lái)表征非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)水平，如果比值超過(guò)安全基準(zhǔn)值1.0，說(shuō)明該污染物對(duì)人體具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。THQ的計(jì)算公式為：

式中：THQ為目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)；EF為暴露頻率，d·a-1；ED 為暴露年限，a，平均壽命按 70 年計(jì)；FIR 和C 含義同上；RfD 為重金屬暴露參考劑量，mg·（kg·d）-1；BW為受體體重，成年人按照60 kg計(jì)，青少年兒童按32 kg計(jì)；AT為平均暴露時(shí)間（ED×365）。

重金屬對(duì)人體健康的影響一般是由多種元素共同作用的結(jié)果,因此計(jì)算多種重金屬?gòu)?fù)合風(fēng)險(xiǎn)（HI），計(jì)算公式為：

式中：THQi為微量元素i的目標(biāo)危害商值。HI≤1，表明沒(méi)有明顯的負(fù)面影響；HI＞1，表明對(duì)人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響的可能性很大；HI＞10，表明存在慢性毒性效應(yīng)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用 SPSS 24.0和 Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及圖表制作，因子分析采用主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 必需常量礦質(zhì)元素含量分析

由表1可知，常量元素中K的平均含量最高，達(dá) 18682.003 mg·kg-1，分別是 Ca、Mg、Na 元素平均值的7.2、6.9、50.9倍，可見K是木芙蓉花中主要的礦質(zhì)元素。由變異系數(shù)可見四種必需大量元素在品種間的含量具有一定的差異性，變化幅度依次為Na＞Ca＞Mg＞K，K 含量變異系數(shù)最小，為 13564.921～24951.771 mg·kg-1，Na和 Ca的變異系數(shù)較大，Ca 含量為 1301.943～4786.171 mg·kg-1，Na 含量為122.894～706.763 mg·kg-1， Mg 含 量 為 1724.442～3748.110 mg·kg-1。其中‘CBBBH’花中的 K 和 Ca 含量最高，分別為 24951.771、4786.171 mg·kg-1，K 含量最低的是‘BRHC’（13564.921 mg·kg-1），Ca 含量最低的是‘JQS’（1301.943 mg·kg-1），‘DBH’花中的Mg 含量最高，為 3748.110 mg·kg-1。

表1 不同品種木芙蓉花的必需常量元素含量（mg·kg-1）Table 1 Contents of essential macroelements in flower of different H.mutabilis varieties (mg·kg-1)

2.2 有益微量礦質(zhì)元素含量分析

檢測(cè)出的11種有益礦質(zhì)微量元素含量見表2，不同品種芙蓉花中微量元素平均含量高低為Fe＞Al＞Zn＞B＞Mn＞Cu＞Mo＞I＞V＞Si＞Co，各元素含量間存在較大差異，其中Fe含量最高，平均值為86.900 mg·kg-1，此外Al、Zn和B元素含量也較為豐富，平均值分別為 54.997、40.808、37.429 mg·kg-1，含量最低的元素是Co，平均含量為0.072 mg·kg-1。從變異系數(shù)可知，同一元素在不同品種間存在一定差異，F(xiàn)e含量變幅為 55.185～115.034 mg·kg-1，其中‘CX’含量最高達(dá)115.034 mg·kg-1，‘JQS’含量最低為 55.185 mg·kg-1；Zn 含 量 變 幅 為 17.880～81.381 mg·kg-1， 品 種 中‘ZY’中的 Zn 含量最高，為 81.381 mg·kg-1，是‘JQS’（17.880 mg·kg-1）的 4.5 倍；I的變異系數(shù)最大，含量變幅為 0.009～1.360 mg·kg-1，在‘CX’中含量最高，達(dá)1.360 mg·kg-1，約為含量最低‘ZFR’的 15 倍，Mo 變異系數(shù)也較大，在品種間的含量變幅為0.320～3.286 mg·kg-1，含量最高的是‘ZFR’，是含量最低‘DBH’的10倍；平均含量最低的Co含量變幅為0.040～0.147 mg·kg-1，其中‘JBY’含量最高達(dá) 0.147 mg·kg-1；Mn的平均含量為11.455 mg·kg-1，含量變幅為4.223～23.472 mg·kg-1，含量最高的是‘ZH’，含量達(dá) 23.472 mg·kg-1，‘JQS’含量最低為 4.223 mg·kg-1。由此可見，不同品種芙蓉花的Fe、Zn、Mo、I等有益微量元素含量是存在差異的。

表2 不同品種木芙蓉花的有益微量元素含量（mg·kg-1）Table 2 Contents of benificial macroscal elements in flower of different H.mutabilis varieties (mg·kg-1)

2.3 有益微量礦質(zhì)元素含量主成分分析

對(duì)17個(gè)品種木芙蓉花的11種有益微量礦質(zhì)元素進(jìn)行主成分分析（表3），以特征值≥1為提取主成分的標(biāo)準(zhǔn)。提取了4個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)76.188%，表明這四個(gè)主成分可以代表原始變量的大部分信息。第一主成分以Al、Si和Zn等礦質(zhì)元素為代表，第二主成分以Fe和B等礦質(zhì)元素為代表，第三主成分以Co和Mn等礦質(zhì)元素為代表，第四主成分以I等礦質(zhì)元素為代表。

表3 不同品種木芙蓉花的有益微量礦質(zhì)元素主成分提取結(jié)果Table 3 Principal component extraction rerults of the beneficial macroscal elements in flower of different H.mutabilis varieties

根據(jù)主成分得分和對(duì)應(yīng)的特征值百分率相乘求和，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，函數(shù)公式：綜合得分=0.26185Y1+0.2571Y2+0.14363Y3+0.0993Y4，其中 Y1～Y4為每個(gè)主成分得分。根據(jù)綜合評(píng)價(jià)函數(shù)得出不同品種木芙蓉綜合得分和排序結(jié)果（表4）。由綜合得分結(jié)果可知，不同品種木芙蓉花的有益微量礦質(zhì)元素排 名 為 ‘JBY’＞ ‘CX’＞ ‘ZH’＞ ‘JQH’＞ ‘DBH’＞ ‘JR ’＞‘CBBBH’＞‘DBB’＞‘ZY’＞‘MDF’＞‘YR’＞‘JXZ’＞‘ZFR’＞‘BRHC’＞‘QY’＞‘CBB’＞‘JQS’，其中‘JBY’、‘CX’、‘ZH’、‘JQH’、‘DBH’花中有益微量礦質(zhì)元素含量相對(duì)較高。

表4 不同品種木芙蓉花的綜合得分和排序Table 4 Comprehensive score and ranking results of flower of different H.mutabilis varieties

2.4 有害微量元素含量分析

重金屬對(duì)人體危害較大，需要嚴(yán)格控制的主要有As、Hg、Pb、Cd等4種元素。根據(jù)2017年食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)-食品中污染物限量要求[21]，Cr元素是人體必需的微量元素之一，對(duì)人體健康起非常重要的作用，但人體中Cr元素太多則會(huì)引起中毒[22]，因此在本文章中將Cr納入有害元素列表一并分析并評(píng)估其健康風(fēng)險(xiǎn)。

芙蓉花中檢測(cè)出的4種有害重金屬元素Pb、Cd、As及Cr含量見表3，參照《食品中污染物限量》（GB 2762-2017）中蔬菜（葉類蔬菜）的重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，17個(gè)品種木芙蓉花的Cd和As、Pb、Cr平均值及最大值均未超過(guò)食品污染物限量值。

2.5 人體耐受量評(píng)估與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.5.1 人體耐受量評(píng)估 如表5，人體耐受量評(píng)估從檢測(cè)的17種礦物質(zhì)元素中選取文獻(xiàn)報(bào)道較多的Pb、Cd、As和Cr四種有害微量元素進(jìn)行人體耐受量評(píng)估。依據(jù)樣品中重金屬的平均值及最大值，計(jì)算出每周實(shí)際攝入某種有害微量元素的平均量及最高量，再根據(jù)實(shí)際攝入量計(jì)算其占PTWI的百分比，結(jié)果見表6。

表5 木芙蓉花的有害微量元素含量（mg·kg-1）Table 5 Contents of toxic trace elements in flower of H.mutabilis (mg·kg-1)

表6 木芙蓉花中有害微量元素成人每周實(shí)際攝入量（AWI）與其每周可耐受量（PTWI）比值Table 6 Ratio of the AWI to the PTWI of flower of H.mutabilis L.

由表6可見，以平均值計(jì)算和最大值計(jì)算，4種有害微量元素的成人每周實(shí)際攝入量（AWI）與PTWI的比值分別為0.01%～9.44%、0.04%～16.87%，表明芙蓉花中因Pb、Cd、As、Cr引起的食用風(fēng)險(xiǎn)低，較為安全。四種重金屬中，Cr的食用安全風(fēng)險(xiǎn)最高，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

2.5.2 健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估 根據(jù)US EPA綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)[23]檢索得到 Cr、Cd、As的參考劑量（RfD），分別是 1.5、1×10-3、0.3×10-3mg·（kg·d）-1，Pb的參考劑量采用歐洲食品安全管理局（European Food Safety Authority）提供的數(shù)據(jù)[24]（1.5×10-3mg·（kg·d）-1）。依據(jù)芙蓉花中各微量元素的平均值和式（3）計(jì)算人體微量元素的每日攝入量（DI），依據(jù)式（4）計(jì)算目標(biāo)危害商值（THQ），結(jié)果見表7。

表7 木芙蓉花的有害元素?cái)z入量與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Table 7 Intake and health risk of toxic trace elements in flower of H.mutabilis L

采用平均值計(jì)算，四種有害微量元素的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（THQ）均小于1，成人復(fù)合污染物的總危害系數(shù)（HI）為1.029，略大于1，青少年兒童復(fù)合污染物HI=0.986，接近于1，均遠(yuǎn)小于10，表明分析的四種有害微量元素?cái)z入對(duì)人體健康會(huì)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，但不存在健康風(fēng)險(xiǎn)危害。芙蓉花中四種有害微量元素按 THQ 排序?yàn)?Cr＜Cd＜As＜Pb，通過(guò)進(jìn)一步對(duì)不同元素對(duì)HI的貢獻(xiàn)率（圖1）分析，不同元素對(duì)復(fù)合污染物的HI的貢獻(xiàn)率存在較大差異，Pb的貢獻(xiàn)率最高，其次為As，分別為65.1%、26.7%，總占比約92%。

圖1 4種有害微量元素對(duì)復(fù)合污染物總危害系數(shù)（HI）的貢獻(xiàn)率比較Fig.1 Comparison of contribution rates of 4 toxic trace elements to compound pollutants' HI

3 討論與結(jié)論

結(jié)果表明，木芙蓉花中礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)豐富，主要礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素高于某些蔬果和食用花卉。常量元素中K含量最為豐富，平均含量是梨[25]的2.3倍、黃花菜[26]的8倍左右，Ca的平均含量是大白菜[27]的3.8倍、木槿花[28]的9.1倍，Mg的平均含量是2685.100 mg·kg-1，而大白菜、木槿花僅為120、146.726 mg·kg-1。K、Ca、Mg均對(duì)體內(nèi)Na有拮抗作用，使血管舒張，對(duì)人體心血管保護(hù)，預(yù)防心臟病等方面具有積極作用[29]，Mg還能調(diào)節(jié)機(jī)體免疫因子，增強(qiáng)人體抗病能力[30]。從有益微量礦質(zhì)元素含量分析結(jié)果看，F(xiàn)e的平均含量是菠菜的3倍、食用玫瑰[31]的1.8倍；Zn的平均含量為 40.556 mg·kg-1，菠菜僅為 8.5 mg·kg-1、萱草[32]為 10.3 mg·kg-1，與木槿花含量相當(dāng)；Mn 的平均含量（11.431 mg·kg-1）是大白菜的 5.4 倍、萱草的1.4倍；與棗果實(shí)[33]相比，木芙蓉花中含有少量的Co平均值約為其平均值的6.2倍，Mo平均含量略高于棗果實(shí)。Fe有良好的補(bǔ)血功能，Zn對(duì)增強(qiáng)人體的免疫功能必不可少，Mn是超氧化物歧化酶的重要組成部分[34]，Mo具有活化鐵質(zhì)、防止貧血、幫助代謝、促進(jìn)正常發(fā)育的生理作用，Co具有與氫氰酸形成不同配合物的明顯傾向，因而能解除氰化物的毒性[35]?？梢娛秤媚拒饺鼗裳a(bǔ)充K、Ca、Mg和豐富的有益微量元素，對(duì)防治原發(fā)性高血壓和心血管疾病、增強(qiáng)免疫力、調(diào)節(jié)膳食結(jié)構(gòu)、消炎解毒等有積極作用，是一種具有很大開發(fā)潛力的食藥用花卉。礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素在不同品種間的含量表現(xiàn)出明顯差異，可根據(jù)不同的具體食藥用需求選擇個(gè)別乃至綜合礦物質(zhì)元素含量較高的品種木芙蓉的花食用或加工。

通過(guò)主成分分析綜合評(píng)價(jià)17個(gè)品種木芙蓉花中Fe、Zn、Mn、Cu等11種有益微量礦質(zhì)元素含量，發(fā)現(xiàn)不同品種花中有益微量礦質(zhì)元素含量排名為‘JBY’＞‘CX’＞‘ZH’＞‘JQH’＞‘DBH’＞‘JR’＞‘CBBBH’＞‘DBB’＞‘ZY’＞‘MDF’＞‘YR’＞‘JXZ’＞‘ZFR’＞‘BRHC’＞‘QY’＞‘CBB’＞‘JQS’，其中‘JBY’是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高的品種，可作為功能性食品開發(fā)的適宜品種。

參照《食品中污染物限量》規(guī)定，芙蓉花樣品中Pb和Cd、As、Cr未超過(guò)限量值，無(wú)污染。人體耐受量評(píng)估檢測(cè)結(jié)果和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表明，芙蓉花對(duì)食用人群引起的食用風(fēng)險(xiǎn)低，較為安全。As和Pb并非人體必需的微量元素，對(duì)人體有害，兩種微量元素對(duì)HI貢獻(xiàn)率較高，是四種有害微量元素中的主要風(fēng)險(xiǎn)元素，可能會(huì)造成潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)納入今后的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)范疇。所得結(jié)果可能與土壤環(huán)境中具有較高As、Pb有關(guān)，建議今后芙蓉花食藥用栽植區(qū)注意有害重金屬防治。