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克氏原螯虾对重金属的富集及脱除研究进展

【农业新技术 论文】摘要:文章针对克氏原螯虾在不同地区、不同组织、不同季节、不同水体中重金属残留情况作一综述,并介绍了克氏原螯虾重金属富集与释放情况,以及如何通过饲料途径脱除克氏原螯虾体内重金属。 关键词:克氏原螯虾;重金属;富集;脱除 中图分类号:X503.225 文献标识码:
摘要:文章针对克氏原螯虾在不同地区、不同组织、不同季节、不同水体中重金属残留情况作一综述,并介绍了克氏原螯虾重金属富集与释放情况,以及如何通过饲料途径脱除克氏原螯虾体内重金属。
关键词:克氏原螯虾;重金属;富集;脱除
中图分类号:X503.225 文献标识码:A 文章编号:1008-6137(2017)02-0001-04
0 引言
克氏原螯虾(Procambarus clarkii),隶属十足目、爬行亚目、蜊蛄科、原螯虾属,又名小龙虾。克氏原螯虾肉味鲜美,风味独特,近几年来,在出口市场的带动下,全国各地城乡小龙虾消费火爆,小龙虾已成为广大群众最常见与喜爱的美味佳肴。据中国渔业统计年鉴2016数据,2015年全国小龙虾养殖产量已达72.3万t,呈节节高升趋势[1]。高涨的消费需求带动了小龙虾的大规模人工养殖,而克氏原螯虾作为环境指示生物,具有很强的环境适应能力,能在一些污染的水体生存,并从环境中富集污染物,其体内重金属污染物含量可以是周围环境中的数倍。随着化肥、农药的日益广泛使用以及工业污染物的超量排放,大量重金属污染物进入环境,克氏原螯虾存在重金属超标的风险。因此,对于深受消费者喜爱的克氏原螯虾,本文从食品安全角度,关注克氏原螯虾重金属富集及脱除研究,作一综述。
1 克氏原螯虾重金属处理与检测方法
1.1 克氏原螯虾重金属处理方法
重金属在克氏原螯虾体内以化合物形式存在,检测前需要将克氏原螯虾样本化合态的重金属预处理转化为离子状态,以便得到客观、准确的数据。对克氏原螯虾的重金属检测处理方法有:传统干灰化法、湿法消解法和在湿化消解法基础上改进而成的微波消解法。
传统的干灰化法,消化周期长、消耗电量大,待测成分有一定量的损失;湿法消解法,在消解中强酸加热会形成对人体有害的酸雾,并且存在爆炸的危险。因此,在克氏原螯虾待测样本的预处理上,使用最广泛的方法是微波消解法。微波消解法是指将样本与强酸类消解液置于高温增压的密闭容器中进行湿法消解。微波消解法的优点:节约样本,取样量仅为常规的1/5~1/10;速度快,工作效率高且劳动成本低;免除常规消解中存在的一些人为因素;在密闭环境中进行,避免损失和污染;消解能力强;几乎可测定所有的元素。黄霞(2009)研究表明,微波消解法检出率、精确度、回收率均比干法消解法有较大幅度的提高[2]。
1.2 克氏原螯虾重金属检测方法
在克氏原螯虾重金属含量的研究中主要采用检测方法有:原子吸收光谱法、原子荧光光度法和电感耦合等离子体原子发射光谱法。原子吸收光谱法,可应用于重金属元素Cd2+、Cu2+、Pb2+和Zn2+,主要优点有:选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强及精密度高等。原子荧光光度法,可应用于As2+、Pb2+、Zn2+、Hg2+等检测,其灵敏度较高,能够实现多种元素的一次测定。电感耦合等离子体原子发射光谱法速度快,能够一次性测定多种重金属元素,测量范围广,能够对多元素进行定性和定量分析等。
2 克氏原螯虾不同地区重金属含量
江苏省克氏原螯虾养殖面积8.7万hm2,16万人从事该虾养殖业。2010年南京爆发的“龙虾门”事件,引起人们对龙虾安全性研究的极大关注。朱玉芳[3](2003)研究表明苏州地区克氏原螯虾体内未检出汞,而铜和锌的检出率为100%。铜的超标率最大,为38.00%;说明苏州地区克氏原螯虾受铜和镉的污染程度较为严重(见表1)。张振燕等[4](2012)对江苏省淮安市淮阴区、盱眙县、洪泽县、楚州区、金湖县五个县区的检测结果表明,克氏原螯虾As、Hg、Pb检出率均为100%,Cd检出率为98%,但均未超标,并未受重金属离子污染。杨娟等[5](2014)对江苏淮安市克氏原螯虾重金属含量调查显示,其体内As、Pb、Hg、Cd检出率分别为100.0%、55.8%、56.7%和92.5%,含量超0.5mg/kg浓度水平的比重分别为34.2%、5.0%、10.0%及0%。研究者指出该地区小龙虾以As、Hg的含量最高,头部(虾黄)高于尾部(肌肉)。
黄霞[2](2009)检测结果表明,安徽地区稻田养殖模式下的克氏原螯虾Pb含量超标。周立志等[11](2008)报道安徽省合肥市、肥东县、肥西县克氏原螯虾体内Cr、Cd和Pb的平均检出率分别为100%,91.7%和94.1%;平均含量分别为4.03、0.38和7.14μg/g。陈细香等[6](2015)对泉州地区克氏原螯虾体内的重金属含量进行评价,克氏原螯虾单项污染指数的大小顺序为Cr>As>Hg>Cd>Pb。含量超标的重金属主要有As和Cr。
3 克氏原螯虾不同组织重金属含量
克氏原螫虾是一种对环境的适应能力很强、可以在多种环境中生存的甲壳类动物,而水体中的重金属污染物可以通过呼吸作用由鳃和通过食物由消化道进入,然后通过血液传递到各个器官,还可以通过渗入等次要方式进入体内,由于鳃的特殊结构利于水中离子穿过,鳃成为水生生物直接从水中吸收重金属的主要部位,也导致鳃的重金属含量较高。此外,由于肝的解毒作用,组织内可诱导产生大量束缚重金属的金属硫蛋白,使肝胰腺成为体内重金属的主要蓄积部位。苏州地区克氏原螯虾鳃、肝的重金属含量较高,且部分超标,而螯足肌、腹部肌的重金属残留量均未超出。泉州地区克氏原螯虾的鳃和肝胰腺对6种重金属的富集能力相对较强,但仅Cr、Mn和As分别有2.78%、4.6%和0.9% 超标外,其他重金属均未超标;克氏原螯虾的主要食用部位腹部肌各重金属含量都在安全限值内均未超标,并且螯足肌肉重金属含量略低于腹部肌肉。黄霞[2](2009)分析得到安徽地区不同重金属在克氏原螯虾体内不同组织中残留规律为Pb:鳃>肝脏>尾部>腹肌肉>螯足肌;Cd:肝脏>鳃>尾部>腹肌肉>螯足肌;As:鳃>肝脏>尾部>腹肌肉>螯足肌;Hg:肝脏>鳃>尾部>腹肌肉≥螯足肌(见表2)。
4 克氏原螯虾不同季节与重金属含量
吴春峰等[8](2010)对上海市出售克氏原螯虾不同的季节重金属富集量进行调查研究,结果显示,5~7 月(丰水期)平均Cd2+富集量为0.007mg/kg,11~12月(枯水期)平均Cd2+富集量为0.013mg/kg,无显著差异。但在不同季节,克氏原螯虾体内Pb2+富集程度显著不同,5~7月Pb2+含量为0.030 mg/kg,而到了11~12月则上升至0.327 mg/kg。
5 克氏原螯虾不同水体与重金属含量关系
随着工业化程度的不断提高。重金属离子通过工业废水和生活污水等进入地表水,克氏原螯虾能从水体中将浓度很低的重金属离子在短期内浓集于体内,直接危害其本身,继而通过食物链的放大、传递作用威胁人类的安全与健康。杨娟等[5](2014)研究表明,苏北地区养殖塘水与小龙虾体内砷、汞含量有相关性。资料显示盱眙地区有高砷水源存在,克氏原螯虾养殖塘水中砷含量高可能与此有关。水中铅、镉未检出,可能与其虽然在自然界中分布很广但含量很低有关系。小龙虾体内砷、汞蓄积来自水体可能性很大。水体中铅、镉未检出而小龙虾体内检出,可能其喂养饲料、底泥或者土壤中含有重金属,在体内不断积累并通过食物链不断富集所致。吴坤杰[9](2015)测定了信阳市污水沟、浉河下游、茶叶生产区、稻田、工业区和养殖池塘各水域克氏原螯虾中甲基Hg、Cd、Pb、As和Cr的含量,分析了克氏原螯虾对5种重金属的富集特征,结果表明,污水沟克氏原螯虾Cd、Pb和Hg含量最高,分别达到0.42mg /kg、0.32mg/kg和0.41mg/kg,与其他水域差异极显著;工业区克氏原螯虾Cr含量最高为1.54mg/kg,与其他水域差异极显著;茶叶生产区克氏原螯虾As含量最高达到0.38mg/kg,与其他水域差异极显著。
王书莉[10](2012)研究克氏原螯虾体内重金属在四种不同水体下的富集规律表现为:Cd2+为河流>稻田>湖泊>人工池塘;Pb2+为稻田>河流>湖泊>人工池塘;Cu2+为稻田>河流>湖泊>人工池塘。克氏原螯虾富集量与生存土壤和水体中重金属含量密切相关,环境中重金属污染越严重,虾体各组织富集重金属的量就越多。
黄霞[2](2009)选取十个不同地区分别对池塘、稻田、湖泊养殖克氏原螯虾及其养殖水域中的五种重金属含量进行分析,并根据重金属的污染情况进行风险评价。结果表明:安徽克氏原螯虾重点养殖区养殖水质均符合渔业水质标准(GB11607-89);除铜陵池塘外,各稻田养殖模式下的克氏原螯虾Pb含量超标,其它各养殖模式下克氏原螯虾体内重金属都符合相应国家卫生标准。
6 克氏原螯虾对重金属富集及释放作用
克氏原螯虾是一种生物富集作用十分明显的甲壳动物,环境中的污染物通过克氏原螯虾的鳃交换或者摄食过程进入体内,还可通过渗入等次要方式进入体内,在肝脏、鳃和外骨骼中富集。重金属污染主要的积蓄场所是鳃、肝等部位,在肌肉中积累较低。朱玉芳等[3](2003)研究了苏州地区克氏原螯虾幼虾对重金属元素铜和镉的富集量,结果表明暂养的幼虾,经过35 d的积累实验,对Cu和Cd的积累量很大,且随浓度增大而上升,与浓度呈正比关系。
有研究者指出,克氏原螯虾随清水驯养时间的延长,重金属释放率随之提高。在清水饲养克氏原螯虾一段时间后,有助于克氏原螯虾体内的重金属排出,并且不同的组织对重金属富集能力和释放作用也不相同。崔勇华等[2](2004)研究结2017年第2期江西饲料综述果表明,克氏原螯虾肝、鳃、肌肉能释放重金属离子,肌肉释放各种重金属离子的能力最强,鳃次之,肝最弱;而从释放单一离子能力来看,肌肉的释放率仍为最高。这一结论与重金属离子在克氏原螯虾体内的累积作用一致。黄霞[2](2009)研究克氏原螯虾体内铅的净化速率,对克氏原螯虾进行清水饲养净化检出率,分时段检测其体内Pb的含量,通过一级动力学模型求出其体内铅的排出速率,计算得出铅的半衰期为15.05 d。
但也有研究者提出相反结果,吴继明[13]等(2006)研究表明,克氏原螯虾四个部位的Cu、Zn、Cd、Pb、Cr含量随饲养天数从0 d至56 d增加没有显著变化。因此,当食用克氏原螯虾时,摒弃重金属富集能力强、释放能力弱并缺少食用价值的鳃和肝胰腺,保留腹部肌肉部分,可提高食用安全性。
7 克氏原螯虾重金属脱除——饲料途径
张严伟等[14](2011)在饲料中添加2%沸石进行克氏原螯虾养殖试验,研究沸石对其体内Cd和Pb残留的影响。结果表明,饲料中添加2%沸石显著降低了克氏原螯虾体内Cd的残留量,对Pb的残留量也有降低的作用。
史周荣等[15](2015)采用基础饲料中添加制备的蛋白水解肽-Fe2+配合物(TPH-Fe2+)进行饲喂克氏原螯虾,探讨其体内重金属Cd2+残留的脱除方法。结果显示,添加400、800 和1200mg/kgTPH-Fe2+饲喂螯虾,内脏团、鳃、肠及腹部肌肉中Cd2+含量均有不同程度下降;饲喂12d后,螯虾不同器官中Cd2+脱除率为肠>内脏团>鳃>腹部肌肉,脱除率分别为40.60% 、36.13% 、33.36% 和10.15%。研究表明,蛋白水解肽-Fe2+配合物能有效脱除螯虾体内Cd2+残留,可作为一种螯虾养殖饲料添加剂在基础饲料中加以应用。
张宾等[16](2014)专利《一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法及应用》提及,以褐藻胶为原料,经降解后制备褐藻胶寡糖再与金属元素配位络合,制备出具有脱除克氏原螯虾体内重金属活性的褐藻胶寡糖-金属元素配合物,并将其应用于螯虾养殖过程中,达到脱除养殖螯虾体内重金属Cd、Pb等残留的作用。


 
 
 
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