Манус Кери

1 Институт за глобална продоволствена сигурност, Университет Queen’s Белфаст, Белфаст, Северна Ирландия,

Сяо Джиуджин

1 Институт за глобална продоволствена сигурност, Queen’s University Belfast, Белфаст, Северна Ирландия,

2 Сечуански селскостопански университет, Ченгду, Съчуан, П. Р. Китай,

Джулия Гомес Фариас

1 Институт за глобална продоволствена сигурност, Университет Queen’s Белфаст, Белфаст, Северна Ирландия,

3 Departamento de Biologia, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Universidade Federal de Santa Maria, Санта Мария, Бразилия,

Андрю А. Мехарг

1 Институт за глобална продоволствена сигурност, Университет Queen’s Белфаст, Белфаст, Северна Ирландия,

Замислил и проектирал експериментите: MC AAM. Изпълнява експериментите: MC XJ JGF. Анализирани данни: MC AAM. Написа хартията: MC AAM.

Свързани данни

Всички релевантни данни се намират в хартията и нейните поддържащи информационни файлове.

Резюме

Въведение

Неолющеният ориз е въглехидратната щампа на половината свят, но все пак е основният източник на излагане на непраговия канцерогенен неорганичен арсен (Asi) от първокласен клас. Международните и националните органи са в процес на определяне на стандарти за неорганичен арсен в ориза поради факта, че субпопулациите са изложени на нива, които са свързани с негативни последици за здравето [2]. ООН СЗО току-що е определила, през 2014 г., консултативни нива на Asi в полиран (т.е. бял) ориз на зърно от 0,2 mg/kg [3], докато Европейският съюз [2] и Съединените американски щати [4] са в процес за определяне на правни стандарти за неорганичен арсен в продукти на основата на ориз.

Изключително желателно е да се намали съдържанието на неорганичен арсен в ориза. Докато отглеждането на ориз с ниско съдържание на арсен и промяна на практиката на отглеждане на ориз предлага средносрочни до дългосрочни решения за намаляване на съдържанието на неорганичен арсен в зърното [5], ако оризовият препарат за премахване на неорганичен арсен е оптимизиран, това предлага незабавно решение за намаляване на неорганичния арсен в диета. Фрезоването, случайно за тези, които предпочитат полиран (бял ориз), вече намалява съдържанието на неорганичен арсен в ориза с

50% [6,7]. Триците са много по-обогатени (

10 пъти) в Asi в сравнение с полиран (бял) ориз [6,7], въпреки че компонентът на смлените трици е само

10% от пълнозърнеста биомаса. Въпреки това нивата на Asi в полиран ориз все още са силно проблематични [1,4,6,7]. Доказано е, че начинът на приготвяне на ориза оказва влияние върху съдържанието на Asi. Понастоящем разпространеният начин за готвене на варен ориз по цялото земно кълбо е да се използва обем вода, който ще доведе до абсорбиране или изпаряване на цялата вода. Това не води до загуба на Asi при готвене [8–10]. Когато самата вода за готвене е повишена в Аси, като например в големи участъци от Бангладеш, готвенето допълнително повишава съдържанието на арсен в готвения продукт [11]. Традиционният S.E. Азиатските методи за готвене на ориз включват обширно изплакване на суровото зърно, последвано от варене на ориза в голям излишък от вода и изхвърляне на тази вода при прекратяване на готвенето и това е установено, че намалява съдържанието на Asi в храната с до 45% [10] и 57% [8], когато се използва вода без Asi. Приготвянето на пара е друг традиционен подход за готвене, при който оризът не е пряко изложен на вода за готвене, но приготвянето на пара може само да го отстрани

В представеното тук проучване готвенето на ориз е радикално преосмислено, за да оптимизира премахването на Asi. Демонстрирано е, че технологията за просмукване, при която водата за готвене, свободно или с ниско съдържание на Asi, непрекъснато преминава през ориз с постоянен поток, е много ефективна при отстраняването на Asi. Това просмукване на водата за готвене потенциално увеличава отстраняването на Asi, както чрез увеличаване на обема вода, с който оризът влиза в контакт, така и чрез физическо отстраняване на Asi, излужен от ориза. Изпробвани са редица вариации на технологията за просмукване; такъв, при който водата, просмукана през ориза, се рециклира чрез дестилация; и такъв, при който перфузираната вода се изхвърля. Първият е подходящ там, където самата вода за готвене е повишена в Аси и/или където водата е оскъдна или е необходимо да се запазят, а вторият е подходящ за водоизточници с ниска Asi вода. Предложената технология може да бъде нискотехнологична и за демонстрация на това в домашни условия е използван перфолатор за кафе, който премахва Asi от пълнозърнест и полиран ориз.

Материали и методи

Източник на ориз

Пазарният ориз е закупен от големи търговци на дребно в Обединеното кралство в град Белфаст или е закупен онлайн чрез търговци на дребно във Великобритания, т.е. всички тествани продукти са широко достъпни за населението на Обединеното кралство. От 41 тествани проби в това проучване 2 са били обозначени като общи от ЕС, 11 от Испания, 6 от Италия, 5 от Тайланд, 5 от Франция, 2 от Египет, 1 от Япония, 1 от Австралия, 1 от Ливан, 1 от Пакистан, 1 от Турция и 5 от САЩ; като 13 са неполирани (пълнозърнести), а останалите са полирани. Описанията на пробите са дадени в таблица S1.

Готвене на ориз в различни обеми вода

Първоначалните експерименти изследват връзката между обема вода за готвене и съдържанието на Asi. Използван е стандартизиран и повторяем подход, където като съд за приготвяне на ориз е използван Pyrex с кръгло дъно от 250 ml. Това се нагрява в електротермална мантия за нагряване и гърлото на колбата е свързано с удължена 25 cm кондензационна тръба на Vigreux (14 реда от 3 ямки = общо 42 трапчинки), която връща парата като вода в колбата. Загубите от изпаряване като объркващ фактор изглеждат при интерпретирането на съдържанието на Asi в варен ориз и чрез кондензиране на изпарената пара обратно в съда за готвене такива загуби се отричат. Ориз (тегло 20 g пакет), от 6 пълнозърнести и 6 полирани произволно избрани от закупените пакети, се поставя в колбата и след това се добавя двойно дестилирана, дейонизирана вода, за да се получи 3: 1, 6: 1 или 12: 1 вода: ориз съотношения. Оризът се вари до готовност и след това се сваля от огъня. След охлаждане пробата беше лиофилизирана и след това прахообразна с помощта на въртяща се топка мелница Retch PM100, използваща съд, облицован с циркониев оксид и топки за смилане на циркониев оксид. Суровият ориз се суши чрез замразяване и се смила.

Ориз за готвене, където проникващата вода за готвене се рециклира чрез кондензация

Тук всичките 41 проби от закупен ориз бяха приготвени в стандартен апарат Soxhlet. Оризовото зърно, прясно от опаковката, беше претеглено точно (2g) в напръстник на VWR Soxhlet и след това беше поставено в 25 cm дълъг и 3,5 cm диаметър Quickfit Soxhlet, който беше прикрепен към приемна колба от 250 ml в единия край и кондензираща Vigreux 25 cm кондензация тръба (14 реда от 3 трапчинки = общо 42 трапчинки), като приемната колба е разположена в електрически нагрята мантия и поддържана от ретортна стойка и скоби. В началото на експеримента колбата се пълни с 200 ml двойно дестилирана, дейонизирана дестилирана вода. Готвенето на ориз беше определено според броя на циклите на обратен хладник на Soxhlet, с 3 цикъла, достатъчни за пълно сваряване на ориза. В края на третия цикъл напръстникът, съдържащ ориз, се отстранява и оризът се суши и замразява, както е описано за експеримента с обем на готвене.

Домашно приготвяне в кафепер

Шест произволно избрани проби от пълнозърнест и полиран ориз бяха приготвени от пакета в домашна среда, в количества, необходими за изхранване на голямо семейство, с помощта на перфолатор за кафе без адаптация. Перколаторът за кафе, избран за тези експерименти, е модел за кетъринг, който се използва за пълнене на вакуумни колби, Bravilor Bonamat. Използван е този тип перколатор, тъй като има по-голям филтър и няма котлон. Във филтърната единица, облицована с предоставения от производителите хартиен филтър, се поставя 500 g тегло на пакета ориз. Устройството съдържа 2L вода и това отне 10 минути. за пълно разреждане през филтърния блок. Два пъти по 10 минути. (т.е. 20 минути готвене) напълно сварен полиран ориз, докато 3 пъти 10 минути. (6L вода, т.е. 3 * 2L) са необходими за полиран ориз. Температурата на водата, влизаща във филтъра, е 98 ° C. Експериментите за готвене бяха проведени в три екземпляра за всеки вид ориз. Свареният ориз беше сушен чрез замразяване и смлян, както при другите експерименти за готвене, описани по-горе. Арсенът в чешмяната вода беше нисък, като само Asi беше открит, 0,050 ± 0,02 μg/L, а LOD 0,036 μg/L.

Химичен анализ

За да се уточни, както при ориза, разтворените разтвори на ориз, разтворени с 0,2% азотна киселина, се пускат на система Thermo Scientific IC5000 Ion Chromatography (IC), с Thermo AS7, 2x250 mm колона (и Thermo AG7, 2x50 mm предпазна колона) и градиентна подвижна фаза (A: 20mM амониев карбонат, B 200mM амониев карбонат - започвайки от 100% A, променящ се до 100% B, в линеен градиент в продължение на 15 минути.), Свързан с Thermo ICAP Q ICP-MS, който наблюдава m/z + 75, използвайки газ He в режим на сблъсъчна клетка. Получената хроматограма се сравнява с тази за автентични стандарти; DMA, Asi, монометиларсинова киселина (MMA), тетраметил арсоний (TETRA) и арсенобетаин (AB). Арсенът, присъстващ под всеки хроматографски пик, се калибрира, като се използва серия от концентрации на DMA.

Общите елементи бяха измерени също с помощта на Thermo ICAP Q, но в режим на директно получаване на разтвор. Като вътрешен стандарт се използва родий. Всички докладвани елементи присъстват както в стандартите за калибриране, така и в CRM NIST 1568b, като се отчитат само елементи с добро възстановяване на CRM. Допълнителни елементи също бяха анализирани чрез настолен XRF (Rigaku CG) върху моторни проби. Представени бяха само елементи, присъстващи в CRM и с добри аналитични възстановявания.

Статистика

Общо линейно моделиране (GLM), използвайки Minitab v.16, беше използвано за анализ на данните. Остатъчните количества са тествани за нормалност с помощта на теста на Андерсън-Дарлинг и където е установено, че е нормално, така че не е необходима трансформация на данните, с изключение на процентните данни, които са класирани и анализирани ранговете.

Резултати

Анализът на As speciated CRM даде отлични резултати за възстановяване, базирани на за n = 11, с 91,6 ± 4,4% възстановяване за DMA и 88,2 ± 3,3% възстановяване за Asi, единствените два вида, открити в тази CRM, които също се откриват в анализиран ориз, даващ сума на възстановяване на видовете от 90,3%. CRM има сертифицирана концентрация от 0,182 и 0,092 mg/kg, съответно за DMA и Asi. Границите на откриване (LOD) както за DMA, така и за Asi (изчислено от DMA калибриране) в ориз е 0,0028 ± 0,001 mg/kg DMA ориз d.wt., n = 5. Всички представени проби са над LOD за Asi и само a малко проби бяха под LOD за DMA (2) и в този случай OD LOD беше използван при статистически анализ на данните.

Експериментът, който свързва съдържанието на Asi в сварения ориз с обема на готвене на ориз, установява линейна зависимост, при което колкото по-голям е обемът на водата за готвене, толкова по-голямо е отстраняването на Asi от сварения ориз (Фиг. 1). GLM анализът установи, че дали оризът е бил пълнозърнест или полиран (P Фиг. 2). На данните за класирания процент (тъй като процентите обикновено не се разпределят) намалението на Asi при готвене на Soxhlet корелира с концентрацията в суровия ориз (P = 0,024), докато видът ориз (пълнозърнест или полиран) е силно различен (P = 0,001 ) и тип ориз * Съдържанието на Asi в термина за взаимодействие с неварен ориз е значително при анализа на съвместния анализ на GLM, като Asi в суровия ориз е ковариатът. За абсолютните концентрации на Asi в варен ориз, терминът Asi в ковариативен термин в суров ориз е много важен (P Фиг. 3). GLM анализът на ковариацията показа, че само първоначалната концентрация на Asi в суровия ориз има значителен принос за действителната концентрация в сварения ориз (P = 0,045). Тази цифра за DMA (S3 Фиг.) Беше (P Фиг. 4). За калий 53% са загубени при готвене. За фосфора тази цифра е 7%.

преосмисляне

Всяка точка е средната стойност на 3 повторения. Квадратите са за пълнозърнест ориз и кръгове за полиран ориз. Плътната регресионна линия е за пълнозърнеста, прекъсната за полирана.

Всяка точка е средната стойност на 3 повторения. Квадратите са за пълнозърнест ориз и кръгове за полиран ориз. Плътната регресионна линия е за пълнозърнеста, прекъсната за полирана.

Дискусия

Смекчаването на нивата на Asi в ориза е от съществено значение, тъй като тази стока е основният глобален източник на този канцероген, като Asi, получен от консумацията на ориз, се очаква да доведе до значително увеличение на излишните тежести за рака през целия живот, в реда на

1–2 на 1000, за най-високите общност за ядене на ориз [1]. Използването на непрекъснат поток от чиста вода за готвене спрямо традиционните статични системи позволява да се отстранят до 85% от съдържанието на Asi в суровите зърна при готвене, много по-високо от използването на стандартна статична вода за готвене или системи, базирани на пара [10]. Освен това, тази система с непрекъснат поток предлага начин да се определи кой ориз е подходящ за отстраняване на Asi при готвене и използвайки система, базирана на Soxhlet, методът също е стандартизиран и повторяем във всяка лаборатория и не зависи от чистотата на използваната вода, тъй като доставката на вода за готвене се извършва чрез дестилирана пара. Въпреки че стандартизираните методи за готвене са разработени около рефлукс/Soxhlet за стандартизация, битовите или търговските печки могат да възприемат същия подход, както е демонстриран тук в експеримента с кафе перколатор.

Спецификацията на място [6] показва, че Asi на зърното е или като свободна Asi, или като сулфхидрилен комплекс As. Не е ясно защо зърната с повече Asi отделят повече Asi при готвене в сравнение с тези с ниско съдържание на Asi, но може би това е геометрията на зърното, т.е. че Asi във външните части на зърното се отстраняват по-лесно от тези във вътрешните части. Известно е, че Asi е по-издигнат на зърнената повърхност, отколкото в центъра [6].

Констатацията, че Asi е лесно извлечена от ориз, докато DMA не е в съответствие с това, което е известно с тяхната наличност на оризовите черва, където Asi има висока наличност в червата, където DMA не [18]. Фактът, че Asi лесно се извлича както от пълнозърнест, така и от полиран ориз, също е важен. Макар и да не е тестван тук, ако оризовите трици Asi се отстраняват лесно с помощта на непрекъснат поток от попълнена вода за готвене, този продукт, който е силно повишен в Asi, може да бъде направен подходящ за човешката хранителна верига, като се има предвид, че в много аспекти това е силно хранителен продукт чиято здравна и търговска стойност се отрича от съдържанието на Asi.

подкрепяща информация

Три допълнителни графики, отнасящи се до съдържанието на DMA в ориза, които допълват съдържанието на Asi в ориза, показано на фигури S1 – S3 в основната част на текста. Таблица с описания на проби от ориз също е дадена в таблица S1.

S1 Фиг

Квадратите са за пълнозърнест ориз и кръгове за полиран ориз. Плътната регресионна линия е за пълнозърнеста, прекъсната за полирана.