52個家蠶品種蛹中8種金屬元素含量及安全性評價

郭慧敏, 鄭 昕, 孫 娟, 李 剛, 趙國棟, 徐安英，錢荷英*

(1.江蘇科技大學 生物技術學院，江蘇 鎮江 212018；2.中國農業科學院 蠶業研究所，江蘇 鎮江 212018)

0 引言

【研究意義】栽桑養蠶一直以來都是我國農村的傳統致富產業之一，2019年我國桑蠶繭量達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，對其營養性及安全性進行科學評價具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】蠶蛹蛋白是蠶蛹干基中的主要營養物質，研究發現，1 kg鮮蛹中蛋白含量相當于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%，符合聯合國糧食及農業組織(FAO)和世界衛生組織(WHO)聯合食品標準建議的理想氨基酸模式，可作為一種優質昆蟲蛋白源[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中藥材功效起到關鍵調控作用[8]，而蠶蛹作為藥食同源性資源，隨著對其有效成分的進一步研究和利用，蠶蛹在醫療、化工、食品等領域的應用前景也越發廣闊?！狙芯壳腥朦c】隨著我國工業化及科學技術的發展，重金屬污染問題受到廣泛關注。環境中重金屬不會被微生物降解，最終通過食物鏈的富集作用進入人體，達到一定濃度后，對人體造成傷害，甚至導致死亡[9-11]。不同昆蟲體內重金屬種類和含量存在顯著差異，這與昆蟲生活環境及食性等因素密切相關[12]。家蠶以桑葉為食，檢測蠶蛹中重金屬含量不僅可以了解蠶蛹質量安全，而且對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]。【擬解決的關鍵問題】電感耦合等離子體光學發射光譜法(Inductively coupled plasma optical emission spectrometry，ICP-OES)因其靈敏度高、精密度好、檢出限低、可同步快速檢測多種元素，被廣泛應用于微量元素分析[14-15]，應用ICP-OES技術對不同品種家蠶蛹進行主要有益金屬元素和有害重金屬元素含量測定，以期為科學評價蠶蛹營養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 52個不同品種家蠶蛹樣品均由中國農業科學院蠶業研究所提供，主要性狀見表1。各家蠶品種按照常規方法飼養，所用桑葉均為中國農業科學院蠶業研究所試驗場提供。

表1 試驗家蠶品種主要性狀(n=10)

1.1.2 儀器與試劑 Optima 8000電感耦合等離子體發射光譜，美國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)金屬元素標準溶液，購自國家標準物質中心和國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸、高氯酸(優級純)，購自北京化學試劑研究所。

1.2 試驗方法

1.2.1 標準溶液的配制 精確移取適量的多元素標準貯備液，用2.5%硝酸稀釋，分別配制質量濃度為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混合標準溶液；質量濃度為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混合標準溶液。

1.2.2 樣品前處理 每個品種取雌雄蛹各5顆作為1個樣本。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。每個樣品設置3個重復。使用同樣方法配制空白溶液。

1.2.3 樣品測定 參考王小平等[16]對大米中微量元素的測定方法，稱取適量標準參考物質大米GBW10043，測定樣品中各金屬元素含量，計算回收率和精密度，對測定方法的準確度進行評價。在優化的工作條件下[16]利用ICP-OES檢測對照樣品溶液及待測樣品溶液中K、Ca、Mg、Zn、Fe、Pb、Cd、Cr的含量，重復測定3次。測定值減去空白對照后，除以樣品干重(g)所得到蠶蛹中元素濃度(μg/g)的表達量，屬于元素的相對含量，減去空白的目的是為了扣除背景值，同時減少樣品制備過程中使用試劑、器皿等造成的影響。

1.3 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 19和 Excel 2007對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 加標回收率及方法驗證

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種金屬元素的加標回收率(n=3)

2.2 蠶蛹中8種金屬元素的相對含量

從表3可看出，52個品種家蠶蛹中8種金屬元素的含量(相對標準空白的含量)存在差異。

表3 52個品種家蠶蛹中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，中國系統一化性四眠種2035含量最高，中國系統一化性四眠種2020的含量最低。相關分析表明，Ca含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為-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，最高的是日本系統一化性四眠種3007，含量最低是中國系統一化性四眠種2029。相關分析表明，Fe含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為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，含量最高的是中國系統一化性四眠種2016，含量最低的是歐洲系統一化性四眠種4037。相關分析表明，K含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為-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一化性四眠種3007，含量最低的是歐洲系統一化性四眠種4003。相關分析表明，Mg含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為-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一化性四眠種3007，含量最低的是歐洲系統一化性四眠種4003。相關分析表明，Zn含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為-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，含量最高的是中國系統一化性四眠種2025，含量最低是中國系統一化性三眠種1014。相關分析表明，Cd含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為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系統一化性三眠種1002，而含量最低的是中國系統一化性四眠種2029。相關分析表明，Cr含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為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一化性四眠種3015，含量最低的是中國系統一化性四眠種2018。相關分析表明，Pb含量與全繭量、蛹重、全齡經過的相關系數分別為0.125、0.123和0.137。

2.2.9 蛹中8種金屬元素含量比較 52個家蠶品種蛹的金屬元素含量均表現為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含量遠低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)所規定的重金屬限定標準，與武國華等[13，17]對家蠶蛹和柞蠶蛹及桑葉中重金屬含量的研究結果一致。

2.3 不同地理系統家蠶對金屬元素的富集

不同地理系統家蠶存在較大的形態性狀和經濟性狀差異，其蠶蛹對金屬元素的富集能力不同。從表4看出，不同地理系統家蠶蛹中金屬元素相對含量的差異。Ca含量以熱帶系統無滯育多化性四眠種最高，平均達678.46 μg/g；歐洲系統一化種四眠種最低，平均為574.20 μg/g。Fe含量以歐洲系統一化種四眠種最高，達14.53 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為7.86 μg/g。K含量以中國系統一化性三眠種最高，達6 675.53 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為2 997.44 μg/g。Mg含量以中國系統一化性三眠種最高，達2 191.08 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為1 995.39 μg/g。Zn含量以日本系統一化性四眠種最高，達80.84 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為59.48 μg/g。Cd含量以中國系統一化性三眠種最高，為0.47 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為0.01 μg/g。Cr含量以歐洲系統一化性四眠種最高，達0.44 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為0.14 μg/g。Pb含量以日本系統一化性四眠種最高，達0.20 μg/g；熱帶系統無滯育多化性四眠種最低，為-0.04 μg/g。

表4 不同地理系統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性

對家蠶蛹中金屬元素含量進行相關性分析，結果表明，Ca-Mg及Mg-Zn間呈顯著正相關，其相關系數分別為0.861和0.832；Ca-K、Fe-K、K-Cr、K-Mg、K-Zn、Mg-Pb和Zn-Cd間存在微弱的負相關關系。說明，在蠶蛹中富集的Ca-Mg、Mg-Zn之間可能存在協同作用，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52個不同品種家蠶蛹中Ca、Fe、K、Mg、Zn、Cd、Cr、Pb等8種金屬元素含量進行測定，結果顯示，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現象仍普遍存在；缺Ca會導致骨骼異常，易患過敏性疾病，食用過多則會引發腎結石[18-19]。K是多種酶的激活劑和輔助因子，參與細胞代謝過程，幫助形成靜息電位，維持細胞內外滲透壓和酸堿平衡；缺K會導致電解質紊亂，腎功能障礙等問題[20]。Mg是許多酶的激活劑和輔助因子，參與體內物質代謝，具有防癌抗癌作用；缺Mg會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，在機體內發揮著不可替代的生物學作用，Fe用于合成血紅蛋白，參與機體內氧的運輸，在多種氧化酶中起重要作用，缺Fe會導致氧化還原代謝紊亂，甚至會發生缺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，參與能量代謝和細胞分解；缺Zn會造成代謝紊亂，會導致癌變的發生[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，蠶蛹除具有豐富營養物質外[34]，還能提供多種有益元素，可作為功能食品加以推廣。

Cr是廣泛存在于環境中的微量元素，其發揮的功能與其在機體內價態有關，Cr+3參與糖、脂代謝途徑，Cr+6具有強氧化性，會破壞肝腎導致肝腎功能衰竭[35-38]；Cd和Pb是常見的重金屬元素，Cd會引起骨痛病，與人類心臟病等疾病有關[39]；Pb對于神經系統具有毒害作用，易致癌致突變[35]。家蠶蛹中K、Mg、Ca含量的豐富度與武國華等[13，17]的研究結果趨于一致。這是因為家蠶是寡食性動物，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的含量也與鎮江地區桑葉中Cd、Cr、Pb含量趨勢一致，均屬于痕量級別[40]。Cr含量(0.33 μg/g)略高于國標(0.30 μg/g)，主要原因在于2個品種(中國系統一化性三眠種1002及熱帶系統無滯育多化性四眠種4001)中Cr的含量超過平均值約10倍。對這2個品種超富集Cr進行分析認為，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；雖然實驗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養元素也有差異[41]，這也是未來繼續探究的內容。

家蠶蛹中金屬元素含量與各家蠶齡期經過的相關性分析表明，各種金屬元素的富集與全齡經過、全繭量、蛹重等實用性狀的相關性很弱。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記。

4 結論

采用HNO3+HCLO4體系對蠶蛹進行微波消解，結合電感耦合等離子體光學發射光譜法(ICP-OES)，測定52個家蠶品種蛹中Ca、Fe、K、Mg、Zn、Cd、Cr、Pb 8種金屬元素的含量。結果表明，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)略高于國標(0.30 μg/g)外其他元素含量符合GB 2762—2017標準，建議選擇性地將蠶蛹作為功能性食品進行推廣。此外，家蠶蛹中的金屬元素含量與其全齡經過、全繭量和蛹重等性狀相關性微弱，不能作為家蠶地理品系的特征標記。Ca-Mg及Mg-Zn的富集呈顯著相關，相關系數分別為0.861和0.832；其他元素之間富集存在微弱的負相關關系。