云南不同產地美味牛肝菌元素含量特征分析及風險評估

陳鳳霞，楊天偉，李杰慶，劉鴻高，范茂攀,*，王元忠*

（1.云南農業大學資源與環境學院，云南 昆明 650201；2.云南省農業科學院藥用植物研究所，云南 昆明 650200；3.云南省熱帶作物科學研究所，云南 景洪 666100；4.云南農業大學農學與生物技術學院，云南 昆明 650201）

美味牛肝菌（Boletus edulisBull. Fr.）又名大腳菇，隸屬于牛肝菌科（Boletaceae），是世界上著名的野生食用菌，在歐洲被稱為“王者牛肝菌”[1-2]。野生食用菌肉質肥厚細軟、味道鮮美，富含人體所需的多種礦質元素，具有較大的食用藥用價值，是多國消費者喜愛的食物[3]。適量攝入礦質元素對維持人體機能具有重要作用[4-5]；如Zn是影響生長發育、生殖遺傳、免疫功能的重要物質，也是腦損傷后細胞凋亡和神經元死亡的重要調節因子[6]。Zn缺乏會導致免疫力低下、厭食、智力下降。Zn攝入過多會引起Zn中毒，產生腹痛、腹瀉、眩暈、脫水等癥狀。Fe則是紅細胞中血紅蛋白的重要組成部分，參與氧化還原反應，是細胞呼吸與增殖、氧運輸、能量代謝的關鍵物質[7]。缺Fe會引起缺鐵性貧血，Fe攝入過多會引起惡心、嘔吐、腹痛等癥狀，嚴重可導致肝硬化和腸道出血壞死。而重金屬會對人體產生毒害作用，如Pb和Cd會持續損害人體肝臟、腎臟等重要器官[8]。野生食用菌對礦質元素的富集能力高于其他栽培菌和蔬菜[9-10]；因此，野生食用菌礦質元素膳食攝入比例和暴露風險評估對于人體健康安全評價具有重要意義。

Kojta[11]、Lipka[12]等研究牛肝菌子實體中礦質元素含量，結果表明Mg、Zn、Fe、Ca、Mn等礦質元素含量較高，有毒元素Cd、As、Hg含量較低，必需元素含量豐富；礦質元素是人體必不可少的營養物質，適量食用可補充人體所需。Wang Xuemei等[13]采用電感耦合等離子體發射光譜法測定8 種野生食用菌中Co、Cu、Fe、Mn、Ni、Zn的含量，結果表明食用菌中元素之間存在顯著相關，子實體中富集的重金屬元素與產地有關。Gen?celep[14]、Kalac[15]等對食用菌元素含量進行研究，結果顯示大部分野生食用菌中積累了有毒元素Cd和Hg；但必需元素含量遠高于有毒元素。

本實驗采用電感耦合等離子體發射光譜法測定云南8 個產地171 個美味牛肝菌子實體中與人體健康密切相關的14 種礦質元素含量，其中包括人體常量元素Ca、Mg、Na，微量元素Fe、Zn、Sr、Mn、Cu、Cr和有害元素Cd等。采用相關性分析和主成分分析（principal component analysis，PCA）法分析不同產地美味牛肝菌礦質元素特征和富集情況，并進行健康風險評估。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

采集云南8 個地區171 份大小相等且成熟的美味牛肝菌樣品，均由云南農業大學資源與環境學院范茂攀博士鑒定為美味牛肝菌。用陶瓷刀刮去泥土，雜草等異物。清水和超純水清洗干凈后置于恒溫箱50 ℃烘干至恒質量，粉碎后過100 目標準篩。常溫保存于聚乙烯自封袋備用。詳細采集地點見表1。

表1 樣品產地及代碼編號Table 1 Geographical origin and number of samples

茶葉標準物質GBW07605 地礦部物化探研究所；65%硝酸（優級純）、30%過氧化氫（分析純）、14 種礦質元素標準溶液 濟南眾標科技有限公司；超純水（電阻率＞18.25 MΩ·cm） 優譜科技有限公司。

器皿均用15%硝酸溶液浸泡過夜，用超純水潤洗3 遍后烘干備用。

1.2 儀器與設備

ICPE-9000全譜發射光譜儀 日本島津公司；Mars6微波消解儀 美國CEM公司；AR1140型萬分之一分析天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司；FW-100型高速粉碎機 天津市華鑫儀器廠；100 目標準篩盤浙江上虞市道墟五四儀器廠；UPT-I-10超純水機 優譜科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 元素含量測定

每份樣品稱取（500±0.20）mg，置于微波消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL 30%過氧化氫溶液和3 mL超純水，常溫下消解2 h后在微波消解儀中進行消解，消解條件見表2。消解液轉置25 mL比色管，用超純水定容至25 mL，搖勻，澄清后每個樣品測定3 次，取平均值。均以干質量計。

表2 微波消解條件Table 2 Microwave digestion conditions

1.3.2 建立茶葉標準物標準曲線

取Ba、Cd、Co、Cr、Ni、Sr、V元素標準儲備液，加入10%硝酸溶液配制成0.00、0.02、0.05、0.10、0.50、1.00 μg/mL標準溶液，取Ca、Cu、Na、Zn、Fe、Mg、Mn標準溶液加入10%硝酸溶液配制成0.00、0.50、1.00、5.00、10.00、20.00 μg/mL標準溶液，建立元素標準曲線。

1.4 數據處理

將所測不同產地美味牛肝菌礦質元素含量原始數據進行Z-score標準化處理，消除量綱影響，用SPSS統計軟件進行PCA。其中PCA數據模型為[16-18]：

式中：Anm表示X的協助方差陣Σ的特征值對應的特征變量；n個指標記為X1，X2…Xn；n個指標標準化后記為Z（X1），Z（X2），…，Z（Xn）。數據分析中存在指標的量綱不同，消除量綱的影響有利于減少誤差。

2 結果與分析

2.1 測定方法考察結果

利用國家標準茶葉標準物（GBW 07605）對測定方法的準確性和精密度進行驗證。如表3所示，14 種元素的檢出限范圍在0.003～1.121 3 mg/kg之間，回收率在91%～106%之間，標準曲線回歸方程相關系數均大于0.999，大部分礦質元素的測定值在國家標準參考值范圍內，并且無限接近。結果表明該方法準確可靠，可用于美味牛肝菌中礦質元素測定。

表3 茶葉標準物（GBW 07605）的礦質元素含量及方法檢出限Table 3 Determined and certified values of mineral elements in tea standard (GBW 07605) and detection limits of the established method

2.2 元素含量分析

2.2.1 不同產地美味牛肝菌中14 種礦質元素含量

表4 美味牛肝菌元素含量Table 4 Element contents of B. edulis mg/kg

如表4所示，美味牛肝菌中人體必需常量元素Ca、Mg、Na含量豐富，范圍為125.33～592.89、306.93～1 045.33、50.56～343.48 mg/kg。每日膳食所需的微量元素Fe、Zn、Cr、Cu在美味牛肝菌中含量較多，范圍為659.72～3568.50、46.77～157.50、18.49～203.05、19.77～240.17 mg/kg。與Brzezicha-Cirocka[19]和Falandysz[20]等研究結果一致。有毒元素Cd含量為0.95～28.69 mg/kg，其中玉溪產的美味牛肝菌含量最高，其次是曲靖（28.24 mg/kg），與Ivan等[21]研究Cd含量（0.27～5.81 mg/kg）和Frankowska等[22]研究美味牛肝菌Cd含量（1.70～5.50 mg/kg）差異較大，可能與產區地理環境和土壤中Cd的含量有關。美味牛肝菌中Cd的富集能力高于其他食用菌，如雞油菌[23]（0.21～0.41 mg/kg）、平菇[24]（0.0 1～0.5 8 μ g/g）、絨柄牛肝菌[25]（0.16～0.32 mg/kg），且不同產地之間Cd含量存在差異。美味牛肝菌中Co含量最少，平均值為5.46 mg/kg。Fe元素含量最高，平均值為1 613.45 mg/kg；富含Fe的真菌類食物中多糖小肽類物質有利于提供Fe的吸收[26]，食用美味牛肝菌，可能是補Fe的良好來源。

2.2.2 不同產地美味牛肝菌中14 種礦質元素含量的相關性分析

表5 牛肝菌元素相關系數Table 5 Correlation coefficients among elements in B. edulis

表5為Pearson相關系數（r）矩陣，當r＞0時，表示2 種元素之間存在協同作用，一種元素促進另一種元素吸收；當r＜0時，表示2 種元素之間存在拮抗作用，一種元素抑制另一種元素吸收[27]。由表5可知，美味牛肝菌中有毒元素Cd含量與Fe、Mg呈顯著正相關，與Ba、Co、Cr、Mn、V、Zn呈極顯著正相關，表明菌體對Cd的富集作用可能與Fe、Mg、Ba、Co、Cr、Mn、V、Zn之間存在著較好的協同作用。元素Ba與Co、Cr、Fe、Mn、Ni、Sr、V，Ca與Fe、Mg、Mn，Co與Cr、Fe、Mn、Ni、V，Cr與Fe、Mn、Na、V，Cu與Zn，Fe與Ni、V，Mg與Na、Zn，Mn與Ni、Fe、V，Ni與Mn、V呈極顯著正相關。元素Mg與Cr、Cu，Sr與Co、V呈顯著正相關。元素Ba與Cu呈顯著負相關，與Mg呈極顯著負相關。Ca與Na呈極顯著負相關。Mg與Co、Sr呈極顯著負相關，與V呈顯著負相關。Sr與Na、Zn呈顯著負相關。結果表明，美味牛肝菌元素間存在著復雜的相互作用，大部分元素之間以協同作用為主，部分元素之間存在拮抗作用。

2.2.3 不同產地美味牛肝菌中14 種礦質元素的PCA

PCA法是一種多元統計技術，利用降維的思想，把多個變量簡化為少數幾個綜合變量簡化數據結構[18]。將標準化后的美味牛肝菌礦質元素含量進行PCA。根據檢驗統計量（Kaiser-Meyer-Olkin，KMO）的結果為0.638，大于最低標準0.5。其中公因子方差，每一個元素變量的共性方差大部分都在0.5以上，且大多數接近或超過0.7，說明這5 個主成分能夠很好地反映原始變量的大部分信息。如表6所示，提取前5 個特征值大于1的成分，其累計貢獻率達到了77.731%，能夠代表原始信息的77.731%。PC1的特征值為4.493，貢獻率占總貢獻率的32.090%，由表7可知，Ba、Co、Cr、Fe、Mn、V等礦物質中PC1中載荷值較高，分別為0.725、0.875、0.642、0.850、0.786、0.874。PC2的特征值為2.362，貢獻率占總方差貢獻率的16.873%，Mg和Zn在PC2的載荷值較大，為0.747與0.813。

表6 主成分特征值及貢獻率Table 6 Eigenvalues and contribution rates of principal components to total variance

表7 成分載荷矩陣Table 7 Component loading matrix

表8為主成分得分相關系數，根據主成分計算公式和主成分得分相關系數可以得到前5 個主成分與14 種元素含量的線性組合為：

F1=0.161Z（Ba）+0.058Z（Ca）+0.082Z（Cd）+0.195Z（Co）+0.143Z（Cr）-0.048Z（Cu）+0.189Z（Fe）-0.034Z（Mg）+0.175Z（Mn）-0.019Z（Na）+0.113Z（Ni）+0.074Z（Sr）+0.195Z（V）-0.041Z（Zn）

F2=-0.085Z（Ba）+0.060Z（Ca）+0.168Z（Cd） +0.016Z（Co）+0.164Z（Cr）+0.226Z（Cu）+0.053Z（Fe）+0.316Z（Mg）+0.101Z（Mn）+0.190Z（Na）-0.045Z（Ni）-0.190Z（Sr）+0.003Z（V）+0.344Z（Zn）

F3=0.242Z（Ba）-0.503Z（Ca）+0.076Z（Cd）+0.036Z（Co）+0.019Z（Cr）+0.116Z（Cu）-0.126Z（Fe）-0.164Z（Mg）-0.219Z（Mn）+0.357Z（Na）+0.276Z（Ni）+0.143Z（Sr）+0.042Z（V）+0.174Z（Zn）

F4=0.105Z（Ba）+0.065Z（Ca）-0.142Z（Cd）+0.011Z（Co）-0.192Z（Cr）+0.541Z（Cu）+0.061Z（Fe）-0.160Z（Mg）+0.055Z（Mn）-0.390Z（Na）-0.009Z（Ni）+0.278Z（Sr）+0.008Z（V）+0.309Z（Zn）

F5=0.387Z（Ba）+0.304Z（Ca）+0.180Z（Cd）-0.184Z（Co）+0.057Z（Cr）-0.135Z（Cu）-0.165Z（Fe）+0.244Z（Mg）-0.028Z（Mn）+0.164Z（Na）-0.197Z（Ni）+0.563Z（Sr）-0.227Z（V）+0.030Z（Zn）

表8 主成分得分系數矩陣Table 8 Principal component score coefficient matrix

根據F=0.320 90F1+0.168 73F2+0.105 08F3+0.098 89F4+0.083 72F5計算主成分得分和排序，結果見表9。8 個產地美味牛肝菌元素含量最高的是迪慶，其次是文山、昆明、保山、楚雄、玉溪、大理和曲靖。可能與不同產地之間的環境、氣候、土壤等多種生態因子差異有關。

表9 主成分綜合得分Table 9 Comprehensive scores of principal components

2.3 健康風險評估

2.3.1 美味牛肝菌礦質元素風險評估

新鮮牛肝菌含水率為90%，干質量占10%[28]。中國居民膳食指南推薦蔬菜日攝入量為300～500 g。假設成年男子每天食用500 g美味牛肝菌，則攝入的礦質元素含量為500 g×10%×牛肝菌中平均礦質元素含量；根據WS/T 578《中國居民膳食營養素參考攝入量》（2018版），計算食用美味牛肝菌攝入的礦質元素與中國居民的礦質元素推薦攝入量（recommended nutrient intake，RNI）、適宜攝入量（adequate intake，AI）、可耐受最高攝入量（tolerable upper intake levels，UL）和平均需要量（estimated average requirement，EAR）的比值RNI*、AI*、UL*、EAR*，比值小于1時表明食用安全，比值大于1時表明存在健康風險。由表10可知，食用500 g新鮮牛肝菌，攝入的Ca、Zn、Mg、Na、Cr量均低于RNI、AI、UL、EAR，沒有健康風險。攝入Cu的量雖然都超過EAR和RNI，但除楚雄的超過UL外，其他產地均未超過UL，在安全范圍以內。攝入Fe的量均超過EAR和RNI，除玉溪、大理、曲靖未超過UL外，其他產地超過UL，存在安全風險。美味牛肝菌礦質元素含量豐富，適量食用可以補充人體所需礦物質。

表10 礦質元素風險評估Table 10 Risk assessment of dietary exposure to mineral elements in B. edulis from different geographical origins

2.3.2 美味牛肝菌有毒元素Cd風險評估

重金屬可通過食物鏈進入人體，危害人體健康[29]。根據FAO/WHO重金屬限量標準，Cd每天可耐受攝入量0.001 mg/kg，假設成年人體質量60 kg。則成年人每天允許攝入的Cd含量為0.06 mg。由表11可知，成年人每天食用70 g新鮮牛肝菌攝入Cd含量為70 g×10%×產地Cd含量。其中昆明、玉溪、大理、曲靖均超過標準限量。不同產地美味牛肝菌對Cd的富集能力有所差異，對消費者健康有一定的潛在風險。

表11 成年人每天Cd攝入量均量Table 11 Daily Cd average intake for adults via consumption of B. edulis from different geographical origins

3 結 論

本實驗采用電感耦合等離子體發射光譜法，測定8 個產地171 個美味牛肝菌子實體中14 種元素含量，分析其特征和富集情況，評估食用價值和暴露風險。結果表明，美味牛肝菌中富含人體所需的常量元素和微量元素，適量食用可以補充人體所需，但要注意Cd暴露風險。美味牛肝菌元素之間主要以協同作用為主，部分元素之間存在拮抗作用。PCA表明不同產地美味牛肝菌中礦質元素含量具有差異，有可能與不同產地氣候條件、土壤類型差異有關。