A rizs előkészítésének újragondolása a szervetlen arzén rendkívül hatékony eltávolításához percoláló főzővíz felhasználásával

Manus Carey

1 Institute for Global Food Security, Queen's University Belfast, Belfast, Észak-Írország,

Xiao Jiujin

1 Institute for Global Food Security, Queen's University Belfast, Belfast, Észak-Írország,

2 Szecsuáni Mezőgazdasági Egyetem, Csengdu, Szecsuán, P. R. Kína,

Gomes Farias Júlia

1 Institute for Global Food Security, Queen's University Belfast, Belfast, Észak-Írország,

3 Departamento de Biologia, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Santa Maria Universitade Federal, Santa Maria, Brazília,

Andrew A. Meharg

1 Institute for Global Food Security, Queen's University Belfast, Belfast, Észak-Írország,

A kísérletek megtervezése és megtervezése: MC AAM. Végezte a kísérleteket: MC XJ JGF. Elemezte az adatokat: MC AAM. Írtam az írást: MC AAM.

Társított adatok

Minden releváns adat megtalálható a dokumentumban és a kiegészítő információkat tartalmazó fájlokban.

Absztrakt

Bevezetés

A hántolatlan rizs a világ fél szénhidrát-alapanyaga, mégis az első osztályú, nem küszöbértékű rákkeltő szervetlen arzén (Asi) kitettségének fő forrása [1]. Nemzetközi és nemzeti testületek folyamatban vannak a rizsben található szervetlen arzén előírásainak meghatározása miatt, mivel az alcsoportok olyan szinteknek vannak kitéve, amelyek negatív egészségügyi következményekkel járnak [2]. Az ENSZ WHO éppen 2014-ben állapította meg az Asi tanácsadó szintjét a csiszolt (azaz fehér) rizsszemekben 0,2 mg/kg-ban [3], miközben az Európai Unió [2] és az Amerikai Egyesült Államok [4] folyamatban van. a rizsalapú termékekben található szervetlen arzénra vonatkozó jogi előírások megállapításáról.

Nagyon kívánatos a rizs szervetlen arzéntartalmának csökkentése. Míg az alacsony arzéntartalmú rizs tenyésztése és a rizstermesztési gyakorlat megváltoztatása közepes és hosszú távú megoldásokat kínál a gabona szervetlen arzéntartalmának csökkentésére [5], ha a szervetlen arzén eltávolítására szolgáló rizskészítményt optimalizálják, ez azonnali megoldást kínál a szervetlen arzén csökkentésére diéta. A marás, véletlenül azok számára, akik a csiszolt (fehér rizst) kedvelik, már csökkenti a rizs szervetlen arzéntartalmát

50% [6,7]. A korpa sokkal gazdagabb (

10-szeres) Asi-ban a csiszolt (fehér) rizzsel összehasonlítva [6,7], bár a hántolt korpakomponens csak

A teljes kiőrlésű biomassza 10% -a. A csiszolt rizs Asi-szintje azonban továbbra is nagyon problematikus [1,4,6,7]. Kimutatták, hogy a rizs főzésének hatása van az Asi-tartalomra. A főtt rizs főzésének világszerte ma már elterjedt módja olyan mennyiségű víz használata, amelynek eredményeként az összes víz felszívódik vagy elpárolog. Ez nem okoz Asi veszteséget a főzés során [8–10]. Ahol Asi-ban maga a főzővíz megemelkedik, például Banglades nagy területein, a főzés tovább növeli a főtt termék arzéntartalmát [11]. Hagyományos S.E. Az ázsiai rizskészítési módszerek a főzetlen gabona kiterjedt leöblítését jelentették, amelyet a rizs nagy vízfeleslegben történő főzése követett, és a főzés abbahagyása után ezt a vizet eldobták, és kiderült, hogy ez akár 45% -kal is csökkenti az ételek Asi-tartalmát 57% [8], ha Asi-mentes vizet használtunk. A gőzölés egy másik hagyományos főzési megközelítés, ahol a rizst nem érik közvetlenül főzővízzel, de a gőzölés csak eltávolíthatja

Az itt bemutatott tanulmányban a rizskészítést radikálisan átgondolják az Asi eltávolításának optimalizálása érdekében. Bebizonyosodott, hogy a szivárgási technológia, ahol az Asi főzővíz, akár szabad, akár alacsony, folyamatosan áramlik a rizsen keresztül, nagyon hatékony az Asi eltávolításában. Ez a főzővíz szivárgás maximalizálja az Asi eltávolítását, mind a rizs érintkezésbe kerülő vízmennyiségének növelésével, mind a rizsből kimosott Asi fizikai eltávolításával. A perkolációs technológia számos változatát kipróbálják; az egyik, ahol a rizsen át beszivárgott vizet desztillációval újrahasznosítják; és ahol a perfúziós vizet eldobják. Az előbbi alkalmas arra az esetre, ha az Asi főzővize önmagában megnövekedett és/vagy ahol a víz szűkös vagy tartósítani kell, a későbbi pedig alacsony Asi-szintű vízforrásokhoz. A javasolt technológia lehet csúcstechnológiás, és ennek hazai körülmények között való bemutatásához egy polc nélküli kávészűrőt használtak Asi teljes kiőrlésű és csiszolt rizsből történő eltávolítására.

Anyagok és metódusok

Rizs beszerzése

A piaci rizst Belfast városának nagy brit kiskereskedőitől vásárolták, vagy az Egyesült Királyság kiskereskedőin keresztül online vásárolták, vagyis az összes tesztelt termék széles körben elérhető volt az Egyesült Királyság lakossága számára. Az ebben a vizsgálatban vizsgált 41 minta közül 2-t általában az EU-ból származónak jelöltek, 11 Spanyolországból, 6 Olaszországból, 5 Thaiföldről, 5 Franciaországból, 2 Egyiptomból, 1 Japánból, 1 Ausztráliából, 1 Libanonból, 1 Pakisztánból, 1 Törökországból és 5 az USA-ból; 13 csiszolatlan (teljes kiőrlésű), a többi pedig csiszolt. A minták leírását az S1 táblázat tartalmazza.

Rizs főzése különböző mennyiségű vízben

Az első kísérletek a főzővíz mennyiségének és az Asi-tartalom kapcsolatát vizsgálták. Szabványosított és megismételhető megközelítést alkalmaztunk, ahol 250 ml-es gömbölyű fenékű Pyrex-et használtunk rizsfőző edényként. Ezt egy elektrotermikus fűtőköpenyben hevítették, és a lombik nyakát egy bemélyedt Vigreux 25 cm-es kondenzációs csőhöz (14 sor 3 gödröt = összesen 42 gödröcskét) csatlakoztatták, amely vízgőzként visszajuttatta a lombikot. Az elpárolgási veszteségek, mint zavaró tényezők, a főtt rizs Asi-tartalmának értelmezésében és az elpárologtatott gőz visszacsapódásában a főzőedénybe kerülnek. Rizst (20 g csomagtömeg) 6 teljes kiőrlésű és 6 darab, véletlenszerűen kiválasztott, a megvásárolt csomagok közül választottak ki a lombikba, majd kétszer desztillált, ioncserélt vizet adva 3: 1, 6: 1 vagy 12: 1 víz: rizs arányok. A rizst főzésig főzték, majd levették a tűzről. Lehűlés után a mintát fagyasztva szárítottuk, majd egy Retch PM100 rotációs golyósmalom alkalmazásával porítottuk, cirkónium-oxiddal bélelt edényt és cirkónium-oxid őrlő golyókat használva. A nyers rizst hasonlóan fagyasztva szárították és őrölték.

Rizs főzése, ahol a szivárgó főzővizet kondenzáció útján újrahasznosítják

Itt mind a 41 vásárolt rizst mintát főzték egy szokásos Soxhlet-készülékben. A csomagból friss rizsszemeket pontosan lemértünk (2 g) egy VWR Soxhlet gyűszűbe, majd 25 cm hosszú és 3,5 cm átmérőjű Quickfit Soxhlet-be helyeztük, amelyet az egyik végén egy 250 ml-es adagoló lombikhoz és egy gödrös Vigreux 25 cm-es kondenzációs részhez csatlakoztattunk. cső (14 sor 3 gödröcsel = összesen 42 gödröcske), a befogadó lombik egy elektromosan fűtött köpenyben ül, és retortartó állvány és bilincsek támasztják alá. A kísérlet kezdetekor a lombikot 200 ml kétszer desztillált, ioncserélt desztillált vízzel töltöttük meg. A rizs főzését a Soxhlet reflux ciklusainak száma szerint időzítettük, 3 ciklus elegendő a rizs teljes főzéséhez. A harmadik ciklus végén a rizst tartalmazó gyűszűt eltávolítottuk, a rizst fagyasztva szárítottuk és megőröltük a főzési térfogat kísérletnél leírtak szerint.

Házi készítés kávészűrőben

Hat véletlenszerűen kiválasztott teljes kiőrlésű és csiszolt rizsmintát főztek a csomagból háztartási környezetben, olyan mennyiségben, amely egy nagy család táplálásához szükséges, a készenléti állapotban lévő, adaptáció nélküli kávészűrő segítségével. Az ezekhez a kísérletekhez kiválasztott kávészűrő egy étkezési modell volt, amelyet vákuumlombikok töltésére használnak, egy Bravilor Bonamat. Ezt a típusú szűrőt használták, mivel nagyobb szűrőegységgel rendelkezik, és nincs főzőlapja. A gyártó által szállított papírszűrővel bélelt szűrőegységbe 500 g csomag súlyú rizst helyeztek. Az egység 2 liter vizet tartott, és ez 10 percet vett igénybe. hogy a szűrőegységen keresztül teljes mértékben kisüljön. Kétszer 10 perc. (azaz 20 perc főzés) teljesen főtt csiszolt rizs, míg háromszor 10 perc. (6L vízre, azaz 3 * 2L) volt szükség a csiszolt rizshez. A szűrőbe bejutó víz hőmérséklete 98 ° C volt. A főzési kísérleteket három példányban hajtották végre minden rizstípus esetében. A főtt rizst fagyasztva szárítjuk és őröljük, mint a fentiekben leírt egyéb főzési kísérleteknél. Az arzén a csapvízben kevés volt, csak Asi-t észleltek, 0,050 ± 0,02 μg/l, a LOD 0,036 μg/l volt.

Kémiai elemzés

A rizshez hasonlóan a hígított 0,2% salétromsavval emésztett rizsoldatokat Thermo Scientific IC5000 Ion Chromatography (IC) rendszeren futtattuk, Thermo AS7, 2x250mm oszloppal (és egy Thermo AG7, 2x50mm védőoszloppal) és gradiens mozgófázissal (A: 20 mM ammónium-karbonát, B 200 mM ammónium-karbonát - kezdve 100% A-ról, 100% B-re változik, lineáris gradiensben 15 perc alatt) összekapcsolva a m/z + 75-t figyelő Thermo ICAP Q ICP-MS-vel, a He gázt ütközési cellás üzemmódban használja. A kapott kromatogramot összehasonlítottuk a hiteles standardokéval; DMA, Asi, monometil-arinsav (MMA), tetratmetil-arzonium (TETRA) és arsenobetain (AB). Az egyes kromatográfiás csúcsok alatt jelen lévő arzént DMA-koncentrációs sorozat alkalmazásával kalibráltuk.

Az összes elemet a Thermo ICAP Q segítségével is mértük, de közvetlen oldatszerzési módban. Belső standardként ródiumot használtak. Minden jelentett elem megtalálható mind a kalibrációs standardokban, mind a CRM NIST 1568b-ben, csak jó CRM-visszanyerésű elemeket jelentettek. További elemeket elemeztek a padon elhelyezett XRF (Rigaku CG) motoros mintákon is. Csak azokat az elemeket mutatták be, amelyek jelen vannak a CRM-ben és jó analitikai hasznosulással.

Statisztika

Az adatok elemzéséhez a General Linear Modeling (GLM) módszert alkalmaztuk a Minitab v.16 alkalmazásával. A maradványok normalitását Anderson-Darling teszt segítségével tesztelték, és ahol normálisnak találták, így az adatok átalakítására nem volt szükség, kivéve a százalékos adatokat, amelyeket rangsoroltak és elemezték a rangokat.

Eredmények

Az As speciated CRM elemzése kiváló helyreállítási eredményeket hozott, n = 11 alapján, 91,6 ± 4,4% -os DMA és 88,2 ± 3,3% Asi regenerációval, amelyek a CRM-ben csak két faj találhatók, amelyek szintén kimutathatók a elemzett rizs, a fajok helyreállításának összege 90,3%. A CRM tanúsított koncentrációja 0,182 és 0,092 mg/kg volt, ami a DMA-t és az Asi-t illeti. A detektálási határok (LOD) mind a DMA, mind az Asi esetében (DMA kalibráció alapján számítva) a rizsben 0,0028 ± 0,001 mg/kg DMA rizst kaptak, n = 5. Az összes bemutatott minta az Asi LOD felett volt, és csak néhány minta a DMA alatt volt a LOD alatt (2), és ebben az esetben ½ LOD-t használtunk az adatok statisztikai elemzéséhez.

A kísérlet, amely a főtt rizs Asi-tartalmát a rizs főzési mennyiségével hozta összefüggésbe, lineáris összefüggést talált, ahol minél nagyobb a főzővíz térfogata, annál nagyobb mértékben távolítja el Asi a főtt rizstől (1. ábra). A GLM elemzés megállapította, hogy a rizs teljes kiőrlésű vagy csiszolt volt (P 2. ábra). A rangsorolt százalékos adatokon (mivel a százalékok nem normálisan oszlanak meg) a Soxhlet főzés Asi-csökkenése összefüggésben állt a nyers rizs koncentrációjával (P = 0,024), míg a rizs típusa (teljes kiőrlésű vagy csiszolt) jelentősen különbözött (P = 0,001) ) és a rizstípus * A nem főtt rizs interakciós kifejezés Asi-tartalma szignifikáns volt a ko-variancia GLM elemzés elemzésében, a főtt főtt rizsben Asi volt a kovariáns. A főtt rizs abszolút Asi-koncentrációja szempontjából az Asi a főtt rizs kovariáns kifejezésében nagyon szignifikáns volt (P 3. ábra). A kovariancia GLM-elemzése azt mutatta, hogy csak a főzetlen rizs kezdeti Asi-koncentrációja járult hozzá jelentős mértékben a főtt rizs tényleges koncentrációjához (P = 0,045). Ez az adat a DMA esetében (S3 ábra) a következő volt (P 4. ábra). A kálium 53% -a veszett a főzés során. A foszfor esetében ez a szám 7% volt.

Minden pont 3 ismétlés átlaga. A négyzetek a teljes kiőrlésű rizsre, a körök a csiszolt rizsre vonatkoznak. A szilárd regressziós vonal teljes kiőrlésű, szaggatottan csiszolt.

Vita

A rizs Asi-szintjének enyhítése elengedhetetlen, mivel ez az áru ennek a rákkeltő anyagnak a legfőbb globális forrása, és a rizsfogyasztásból származó Asi várhatóan jelentősen megnöveli az életen át tartó többlet rákterhelést, a következő sorrendben:

1000-ből 1–2 a legmagasabb rizst fogyasztó közösségek esetében [1]. A tiszta főzővíz folyamatos áramlása a hagyományos statikus rendszerekkel szemben lehetővé teszi a nyers gabona Asi-tartalmának akár 85% -át is eltávolítani főzéskor, ami jóval magasabb, mint a szokásos statikus főzővíz vagy gőzöléses rendszerek használata [10]. Ez a folyamatos áramlási rendszer lehetőséget nyújt továbbá annak meghatározására, hogy melyik rizs alkalmas főzés közben Asi eltávolítására, és egy Soxhlet-alapú rendszert használva a módszer szintén szabványosított és megismételhető bármely laboratóriumban, és nem függ az alkalmazott víz tisztaságától, mert a főzővíz desztillált gőzzel történik. Noha a standardizált főzési módszereket a reflux/Soxhlet körül fejlesztették ki a szabványosításhoz, a háztartási vagy kereskedelmi méretű tűzhelyek ugyanazt a megközelítést alkalmazhatják, mint amit itt bemutattunk a kávészűrő kísérletben.

Az in situ specifikáció [6] azt mutatja, hogy az Asi szemcse vagy szabad Asi, vagy szulfhidril komplexként As. Nem világos, hogy a több Asi-t tartalmazó szemek miért szabadítanak fel több Asi-t főzéskor, mint az alacsony Asi-tartalmúak, de talán ez a gabona geometriája, vagyis az, hogy Asi a gabona külső részeiben könnyebben eltávolítható, mint a belső részekben. Ismert, hogy Asi a szemcsék felszínénél magasabb, mint a közepén [6].

Az a megállapítás, hogy Asi könnyen kimosódik a rizsből, míg a DMA nem felel meg jól annak, amit rizsbél-hozzáférhetőségükről ismertek, ahol az Asi bélellátottsága magas, ahol a DMA nem [18]. Fontos az a tény is, hogy Asi könnyen kioldódik teljes kiőrlésű és csiszolt rizsből. Bár itt nem tesztelték, ha az Asi rizskorpát a folyamatos főzési víz folyamatos áramlásával könnyen eltávolítják, akkor ezt az Asi-ban magasan megnövekedett terméket alkalmassá tehetik az emberi tápláléklánc számára, mivel sok szempontból nagyon tápláló termék amelynek egészségi és kereskedelmi értékét Asi-tartalma tagadja.

segítő információ

Három további grafikon, amelyek a rizs DMA-tartalmára vonatkoznak, és kiegészítik a rizs Asi-tartalmát, az S1 – S3 ábrákon látható a szöveg törzsében. A rizsminta leírásainak táblázata szintén az S1 táblázatban található.

S1 ábra

A négyzetek a teljes kiőrlésű rizsre, a körök a csiszolt rizsre vonatkoznak. A szilárd regressziós vonal teljes kiőrlésű, szaggatottan csiszolt.