郭慧敏, 鄭 昕, 孫 娟, 李 剛, 趙國(guó)棟, 徐安英，錢荷英*

(1.江蘇科技大學(xué) 生物技術(shù)學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212018；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶業(yè)研究所，江蘇 鎮(zhèn)江 212018)

0 引言

【研究意義】栽桑養(yǎng)蠶一直以來都是我國(guó)農(nóng)村的傳統(tǒng)致富產(chǎn)業(yè)之一，2019年我國(guó)桑蠶繭量達(dá)704 176 t[1]，其中占比約20%的繭殼主要作紡織原料，其他70%以上的是蠶蛹。蠶蛹含有豐富的蛋白質(zhì)和多種氨基酸，還含有大量不飽和脂肪酸及飽和脂肪酸等，并具有一定藥用功能。蠶蛹作為藥食同源性資源，對(duì)其營(yíng)養(yǎng)性及安全性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】蠶蛹蛋白是蠶蛹干基中的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，1 kg鮮蛹中蛋白含量相當(dāng)于1.09 kg鯽魚、0.96 kg雞蛋或0.85 kg瘦豬肉中蛋白含量[2]，而且蠶蛹蛋白含有18種氨基酸，8種必需氨基酸含量約占40%，符合聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)聯(lián)合食品標(biāo)準(zhǔn)建議的理想氨基酸模式，可作為一種優(yōu)質(zhì)昆蟲蛋白源[3-5]。除此之外，蠶蛹還含有一定量的金屬元素，如鉀、鈉、鈣、鋅、錳、鐵、銅等和少量維生素、激素等生物活性成分，具有抗腫瘤、降血壓、促進(jìn)傷口愈合等藥用功效[6-7]。研究表明，金屬元素的種類和含量對(duì)中藥材功效起到關(guān)鍵調(diào)控作用[8]，而蠶蛹作為藥食同源性資源，隨著對(duì)其有效成分的進(jìn)一步研究和利用，蠶蛹在醫(yī)療、化工、食品等領(lǐng)域的應(yīng)用前景也越發(fā)廣闊?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】隨著我國(guó)工業(yè)化及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，重金屬污染問題受到廣泛關(guān)注。環(huán)境中重金屬不會(huì)被微生物降解，最終通過食物鏈的富集作用進(jìn)入人體，達(dá)到一定濃度后，對(duì)人體造成傷害，甚至導(dǎo)致死亡[9-11]。不同昆蟲體內(nèi)重金屬種類和含量存在顯著差異，這與昆蟲生活環(huán)境及食性等因素密切相關(guān)[12]。家蠶以桑葉為食，檢測(cè)蠶蛹中重金屬含量不僅可以了解蠶蛹質(zhì)量安全，而且對(duì)于判斷桑葉或桑葉種植地是否受到重金屬污染具有重要意義[12-13]?！緮M解決的關(guān)鍵問題】電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法(Inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES)因其靈敏度高、精密度好、檢出限低、可同步快速檢測(cè)多種元素，被廣泛應(yīng)用于微量元素分析[14-15]，應(yīng)用ICP-OES技術(shù)對(duì)不同品種家蠶蛹進(jìn)行主要有益金屬元素和有害重金屬元素含量測(cè)定，以期為科學(xué)評(píng)價(jià)蠶蛹營(yíng)養(yǎng)性及安全性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 家蠶種質(zhì) 52個(gè)不同品種家蠶蛹樣品均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所提供，主要性狀見表1。各家蠶品種按照常規(guī)方法飼養(yǎng)，所用桑葉均為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所試驗(yàn)場(chǎng)提供。

表1 試驗(yàn)家蠶品種主要性狀(n=10)

1.1.2 儀器與試劑 Optima 8000電感耦合等離子體發(fā)射光譜，美國(guó)perkin elemer公司；EThOS ONE微波消解儀，意大利Milestone公司。鎂(Mg)、鈣(Ca)、鉀(K)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、鎘(Cd)金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心和國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；硝酸、高氯酸(優(yōu)級(jí)純)，購(gòu)自北京化學(xué)試劑研究所。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 精確移取適量的多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用2.5%硝酸稀釋，分別配制質(zhì)量濃度為0 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L和100 mg/L的K、Ca、Mg混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；質(zhì)量濃度為0 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L、1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L的Zn、Fe、Pb、Cd、Cr混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 樣品前處理 每個(gè)品種取雌雄蛹各5顆作為1個(gè)樣本。將所有樣品70℃烘干，冷卻后研磨成粉末并過100目篩。將上述通過100目篩的家蠶蛹粉精確稱取0.3 g，放入微波消解儀的消煮管中，加入3 mL混酸(硝酸︰高氯酸=83︰13，體積比)進(jìn)行消解，消解完畢后各樣品使用2.5%硝酸定容至10 mL。定容后的樣品使用0.45 μm水系濾膜過濾，取濾液獲得供試品溶液。每個(gè)樣品設(shè)置3個(gè)重復(fù)。使用同樣方法配制空白溶液。

1.2.3 樣品測(cè)定 參考王小平等[16]對(duì)大米中微量元素的測(cè)定方法，稱取適量標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)大米GBW10043，測(cè)定樣品中各金屬元素含量，計(jì)算回收率和精密度，對(duì)測(cè)定方法的準(zhǔn)確度進(jìn)行評(píng)價(jià)。在優(yōu)化的工作條件下[16]利用ICP-OES檢測(cè)對(duì)照樣品溶液及待測(cè)樣品溶液中K、Ca、Mg、Zn、Fe、Pb、Cd、Cr的含量，重復(fù)測(cè)定3次。測(cè)定值減去空白對(duì)照后，除以樣品干重(g)所得到蠶蛹中元素濃度(μg/g)的表達(dá)量，屬于元素的相對(duì)含量，減去空白的目的是為了扣除背景值，同時(shí)減少樣品制備過程中使用試劑、器皿等造成的影響。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 19和 Excel 2007對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 加標(biāo)回收率及方法驗(yàn)證

從表2看出，8種金屬元素的平均回收率為84.80%～95.04%，表明方法具有良好的準(zhǔn)確度，可用于家蠶品種蛹中8種金屬元素含量分析。

表2 8種金屬元素的加標(biāo)回收率(n=3)

2.2 蠶蛹中8種金屬元素的相對(duì)含量

從表3可看出，52個(gè)品種家蠶蛹中8種金屬元素的含量(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)空白的含量)存在差異。

表3 52個(gè)品種家蠶蛹中8種金屬元素的含量(n=3)

2.2.1 Ca含量 蠶蛹中Ca含量為246.40～1 125.40 μg/g，平均591.94 μg/g。其中，中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2035含量最高，中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2020的含量最低。相關(guān)分析表明，Ca含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為-0.256、-0.336和-0.362。

2.2.2 Fe含量 蠶蛹中Fe含量為5.10～26.00 μg/g，平均12.99 μg/g。其中，最高的是日本系統(tǒng)一化性四眠種3007，含量最低是中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2029。相關(guān)分析表明，F(xiàn)e含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為0.120、0.127和-0.375。

2.2.3 K含量 蠶蛹中K含量為2 394.21～11 341.06 μg/g，平均6 669.02 μg/g。其中，含量最高的是中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2016，含量最低的是歐洲系統(tǒng)一化性四眠種4037。相關(guān)分析表明，K含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為-0.297、-0.294和-0.092。

2.2.4 Mg含量 蠶蛹中Mg含量為993.80～3 668.80 μg/g，平均2 120.47 μg/g。其中，含量最高的是日本系統(tǒng)一化性四眠種3007，含量最低的是歐洲系統(tǒng)一化性四眠種4003。相關(guān)分析表明，Mg含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為-0.172、-0.160和-0.352。

2.2.5 Zn含量 蠶蛹中Zn含量為30.65～163.25 μg/g，平均69.78 μg/g。其中，含量最高的是日本系統(tǒng)一化性四眠種3007，含量最低的是歐洲系統(tǒng)一化性四眠種4003。相關(guān)分析表明，Zn含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為-0.172、-0.160和-0.318。

2.2.6 Cd含量 蠶蛹中Cd元素含量為-0.02～0.10 μg/g，平均0.03 μg/g。其中，含量最高的是中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2025，含量最低是中國(guó)系統(tǒng)一化性三眠種1014。相關(guān)分析表明，Cd含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為0.126、0.106和-0.314。

2.2.7 Cr含量 蠶蛹中Cr含量為0.03～3.25 μg/g，平均0.33 μg/g。其中含量最高的是中國(guó)系統(tǒng)一化性三眠種1002，而含量最低的是中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2029。相關(guān)分析表明，Cr含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為0.088、0.125和-0.113。

2.2.8 Pb含量 蠶蛹中Pb元素含量為-0.17～0.44 μg/g，平均0.15 μg/g。其中含量最高的是日本系統(tǒng)一化性四眠種3015，含量最低的是中國(guó)系統(tǒng)一化性四眠種2018。相關(guān)分析表明，Pb含量與全繭量、蛹重、全齡經(jīng)過的相關(guān)系數(shù)分別為0.125、0.123和0.137。

2.2.9 蛹中8種金屬元素含量比較 52個(gè)家蠶品種蛹的金屬元素含量均表現(xiàn)為K>Mg>Ca>Zn>Fe>Cr>Pb>Cd。其中常量元素K、Mg、Ca的含量非常豐富，平均含量分別為6 669.02 μg/g、2 120.47 μg/g和591.94 μg/g；Fe、Zn含量遠(yuǎn)小于上述元素，平均分別為12.99 μg/g和69.78 μg/g，屬于微量元素范疇。重金屬元素Cr、Pb、Cd相對(duì)含量極低，平均分別為0.33 μg/g、0.15 μg/g和0.03 μg/g，屬于痕量元素，其中Cr的平均含量略高，而Pb、Cr含量遠(yuǎn)低于《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)所規(guī)定的重金屬限定標(biāo)準(zhǔn)，與武國(guó)華等[13，17]對(duì)家蠶蛹和柞蠶蛹及桑葉中重金屬含量的研究結(jié)果一致。

2.3 不同地理系統(tǒng)家蠶對(duì)金屬元素的富集

不同地理系統(tǒng)家蠶存在較大的形態(tài)性狀和經(jīng)濟(jì)性狀差異，其蠶蛹對(duì)金屬元素的富集能力不同。從表4看出，不同地理系統(tǒng)家蠶蛹中金屬元素相對(duì)含量的差異。Ca含量以熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最高，平均達(dá)678.46 μg/g；歐洲系統(tǒng)一化種四眠種最低，平均為574.20 μg/g。Fe含量以歐洲系統(tǒng)一化種四眠種最高，達(dá)14.53 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為7.86 μg/g。K含量以中國(guó)系統(tǒng)一化性三眠種最高，達(dá)6 675.53 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為2 997.44 μg/g。Mg含量以中國(guó)系統(tǒng)一化性三眠種最高，達(dá)2 191.08 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為1 995.39 μg/g。Zn含量以日本系統(tǒng)一化性四眠種最高，達(dá)80.84 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為59.48 μg/g。Cd含量以中國(guó)系統(tǒng)一化性三眠種最高，為0.47 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為0.01 μg/g。Cr含量以歐洲系統(tǒng)一化性四眠種最高，達(dá)0.44 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為0.14 μg/g。Pb含量以日本系統(tǒng)一化性四眠種最高，達(dá)0.20 μg/g；熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種最低，為-0.04 μg/g。

表4 不同地理系統(tǒng)家蠶蛹中金屬元素含量

2.4 蛹中金屬元素含量之間的相關(guān)性

對(duì)家蠶蛹中金屬元素含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明，Ca-Mg及Mg-Zn間呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.861和0.832；Ca-K、Fe-K、K-Cr、K-Mg、K-Zn、Mg-Pb和Zn-Cd間存在微弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。說明，在蠶蛹中富集的Ca-Mg、Mg-Zn之間可能存在協(xié)同作用，而Ca-K、Fe-K、K-Cr、K-Mg、K-Zn、Mg-Pb和Zn-Cd間可能存在拮抗作用。

3 討論

研究采用ICP-OES對(duì)52個(gè)不同品種家蠶蛹中Ca、Fe、K、Mg、Zn、Cd、Cr、Pb等8種金屬元素含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示，家蠶蛹中常量元素K、Mg、Ca的含量非常豐富，微量元素Fe、Zn的含量中等，而重金屬Cd、Cr、Pb的含量很低。Ca雖然是人體含量最多的常量元素，但缺Ca現(xiàn)象仍普遍存在；缺Ca會(huì)導(dǎo)致骨骼異常，易患過敏性疾病，食用過多則會(huì)引發(fā)腎結(jié)石[18-19]。K是多種酶的激活劑和輔助因子，參與細(xì)胞代謝過程，幫助形成靜息電位，維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓和酸堿平衡；缺K會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)紊亂，腎功能障礙等問題[20]。Mg是許多酶的激活劑和輔助因子，參與體內(nèi)物質(zhì)代謝，具有防癌抗癌作用；缺Mg會(huì)增加高血壓及心臟病的患病率[21-22]。家蠶蛹所含Ca、Mg、K平均含量分別為591.94 μg/g、2 120.47 μg/g、6 669.02 μg/g，較大豆[19]及大米[16]含量更高，其中Mg含量是貝類的7倍左右[23]。Fe、Zn作為人體必需的微量元素，在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮著不可替代的生物學(xué)作用，F(xiàn)e用于合成血紅蛋白，參與機(jī)體內(nèi)氧的運(yùn)輸，在多種氧化酶中起重要作用，缺Fe會(huì)導(dǎo)致氧化還原代謝紊亂，甚至?xí)l(fā)生缺Fe性貧血等疾病[24]；Zn是堿性磷酸酶等多種酶的主要成分并維持其活性，參與能量代謝和細(xì)胞分解；缺Zn會(huì)造成代謝紊亂，會(huì)導(dǎo)致癌變的發(fā)生[25-26]。家蠶蛹中Fe、Zn平均含量分別為12.99 μg/g、69.78 μg/g，較禽肉[27]含量更高；其中Zn含量是常見食用菇類[28-29]、蛋及蛋制品以及豬肉的3倍左右[28-33]，是貝類[23]的6倍左右。因此，蠶蛹除具有豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外[34]，還能提供多種有益元素，可作為功能食品加以推廣。

Cr是廣泛存在于環(huán)境中的微量元素，其發(fā)揮的功能與其在機(jī)體內(nèi)價(jià)態(tài)有關(guān)，Cr+3參與糖、脂代謝途徑，Cr+6具有強(qiáng)氧化性，會(huì)破壞肝腎導(dǎo)致肝腎功能衰竭[35-38]；Cd和Pb是常見的重金屬元素，Cd會(huì)引起骨痛病，與人類心臟病等疾病有關(guān)[39]；Pb對(duì)于神經(jīng)系統(tǒng)具有毒害作用，易致癌致突變[35]。家蠶蛹中K、Mg、Ca含量的豐富度與武國(guó)華等[13，17]的研究結(jié)果趨于一致。這是因?yàn)榧倚Q是寡食性動(dòng)物，桑葉是其唯一的飼料來源，桑葉中金屬元素的含量直接影響蛹中的金屬元素含量。Cd、Cr、Pb的含量也與鎮(zhèn)江地區(qū)桑葉中Cd、Cr、Pb含量趨勢(shì)一致，均屬于痕量級(jí)別[40]。Cr含量(0.33 μg/g)略高于國(guó)標(biāo)(0.30 μg/g)，主要原因在于2個(gè)品種(中國(guó)系統(tǒng)一化性三眠種1002及熱帶系統(tǒng)無滯育多化性四眠種4001)中Cr的含量超過平均值約10倍。對(duì)這2個(gè)品種超富集Cr進(jìn)行分析認(rèn)為，一是其可能有高效的富集Cr能力，二是食用的桑葉可能含有更多Cr元素；雖然實(shí)驗(yàn)中盡量保證食用的桑葉一致，但即便是同一株桑樹桑葉不同部位中營(yíng)養(yǎng)元素也有差異[41]，這也是未來繼續(xù)探究的內(nèi)容。

家蠶蛹中金屬元素含量與各家蠶齡期經(jīng)過的相關(guān)性分析表明，各種金屬元素的富集與全齡經(jīng)過、全繭量、蛹重等實(shí)用性狀的相關(guān)性很弱。由此可見，家蠶蛹中金屬元素的含量不能作為各品種地理品系的特征標(biāo)記。

4 結(jié)論

采用HNO3+HCLO4體系對(duì)蠶蛹進(jìn)行微波消解，結(jié)合電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法(ICP-OES)，測(cè)定52個(gè)家蠶品種蛹中Ca、Fe、K、Mg、Zn、Cd、Cr、Pb 8種金屬元素的含量。結(jié)果表明，家蠶蛹中常量金屬元素Ca、K、Mg的平均含量分別為591.94 μg/g、6 669.02 μg/g和2 120.47 μg/g；微量元素Fe、Zn的平均含量分別為12.99 μg/g和69.78 μg/g；重金屬元素Cd、Cr、Pb的平均含量極低，分別為0.03 μg/g、0.33 μg/g和0.15 μg/g。蠶蛹中含有較為豐富的常量元素和微量元素，重金屬元素除Cr平均含量(0.33 μg/g)略高于國(guó)標(biāo)(0.30 μg/g)外其他元素含量符合GB 2762—2017標(biāo)準(zhǔn)，建議選擇性地將蠶蛹作為功能性食品進(jìn)行推廣。此外，家蠶蛹中的金屬元素含量與其全齡經(jīng)過、全繭量和蛹重等性狀相關(guān)性微弱，不能作為家蠶地理品系的特征標(biāo)記。Ca-Mg及Mg-Zn的富集呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.861和0.832；其他元素之間富集存在微弱的負(fù)相關(guān)關(guān)系。