Переосмислення підготовки рису для високоефективного видалення неорганічного миш’яку за допомогою просоченої кулінарної води

Манус Кері

1 Інститут глобальної продовольчої безпеки, Університет Queen’s Belfast, Белфаст, Північна Ірландія,

Сяо Цзюцзінь

1 Інститут глобальної продовольчої безпеки, Університет Queen’s Belfast, Белфаст, Північна Ірландія,

2 Сичуанський сільськогосподарський університет, Ченду, Сичуань, П. Р. Китай,

Джулія Гомес Фаріас

1 Інститут глобальної продовольчої безпеки, Університет Queen’s Belfast, Белфаст, Північна Ірландія,

3 Departamento de Biologia, Centro de Ciências Naturais e Exatas, Університет Санта-Марія, Санта-Марія, Бразилія,

Ендрю А. Мехарг

1 Інститут глобальної продовольчої безпеки, Університет Queen’s Belfast, Белфаст, Північна Ірландія,

Задумав і спроектував експерименти: MC AAM. Виконував експерименти: MC XJ JGF. Проаналізовані дані: MC AAM. Написав папір: MC AAM.

Пов’язані дані

Усі відповідні дані знаходяться в газеті та в допоміжних файлах.

Анотація

Вступ

Неочищений рис є вуглеводним продуктом половини світу, проте є основним джерелом впливу первинного, непорогового канцерогенного неорганічного миш'яку (Asi) [1]. Міжнародні та національні органи перебувають у процесі встановлення норм неорганічного миш’яку в рисі через те, що субпопуляції піддаються рівням, пов’язаним із негативними наслідками для здоров’я [2]. ООН ВООЗ щойно встановила в 2014 році дорадчі рівні асі в полірованому (тобто білому) зерні рису на рівні 0,2 мг/кг [3], тоді як Європейський Союз [2] та Сполучені Штати Америки [4] знаходяться в процесі встановлення правових стандартів щодо неорганічного миш'яку в продуктах на основі рису.

Вкрай бажано зменшити вміст неорганічного миш'яку в рису. Хоча розведення рису з низьким вмістом миш'яку та зміна практики вирощування рису пропонують середньо- і довгострокові рішення щодо зменшення вмісту неорганічного миш'яку в зерні [5], якщо оптимізовано підготовку рису для видалення неорганічного миш'яку, це пропонує негайне рішення для зменшення кількості неорганічного миш'яку дієта. Фрезерування, випадково для тих, хто віддає перевагу полірованому (білий рис), вже зменшує вміст неорганічного миш'яку в рисі на

50% [6,7]. Висівки значно збагачені (

В 10 разів) у Асі порівняно з шліфованим (білим) рисом [6,7], хоча компонент подрібнених висівок - лише

10% цільнозернової біомаси. Однак рівні асі в полірованому рисі все ще залишаються дуже проблематичними [1,4,6,7]. Доведено, що спосіб приготування рису впливає на вміст асі. В даний час поширеним способом приготування вареного рису по всій земній кулі є використання такої кількості води, яка призведе до того, що вся вода поглинеться або випарується. Це не спричиняє втрати асі під час приготування їжі [8–10]. Там, де сама азіатська вода підвищена в Асі, як, наприклад, у великих масивах Бангладеш, кулінарія ще більше підвищує вміст миш’яку у приготовленому продукті [11]. Традиційний С.Е. Азіатські методи варіння рису включали велике промивання сирого зерна з подальшим варінням рису у великому надлишку води та відкиданням цієї води після припинення варіння, і це було встановлено для зменшення вмісту асі в їжі до 45% [10] і 57% [8] при використанні води без вмісту асі. Пропарювання - це ще один традиційний підхід до приготування їжі, коли рис не піддається безпосередньому впливу води для готування, але готування на пару може лише видалити

У дослідженні, представленому тут, варіння рису радикально переглянуто для оптимізації видалення Асі. Показано, що технологія просочування, при якій варильна вода, що виділяється або є низькою, Asi постійно пропускається через рис у постійному потоці, є високоефективною при видаленні Asi. Це просочування води для приготування води потенційно максимізує видалення Asi, як збільшуючи обсяг води, з яким рис контактує, так і фізично видаляючи Asi, що вилужився з рису. Випробувано низку варіантів технології просочування; такий, де вода, що просочується через рис, переробляється дистиляцією; і той, де перфузована вода відкидається. Перший придатний там, де готується вода сама по собі в Асі та/або там, де води дефіцитний або потребує збереження, а другий підходить для джерел води з низьким рівнем Асі. Запропонована технологія може бути низькотехнологічною, і для демонстрації цього у побутовій обстановці кавовий перколятор був використаний для видалення Асі з цільнозернового і шліфованого рису.

Матеріали та методи

Рисове джерело

Ринок був придбаний у великих британських роздрібних торговців у місті Белфаст або придбаний через Інтернет через британські роздрібні магазини, тобто всі випробувані продукти були широко доступні для населення Великобританії. З 41 зразків, протестованих у цьому дослідженні, 2 були загально марковані як такі, що належать до ЄС, 11 - з Іспанії, 6 - з Італії, 5 - з Таїланду, 5 - з Франції, 2 - з Єгипту, 1 - з Японії, 1 - з Австралії, 1 - з Лівану, 1 з Пакистану, 1 з Туреччини та 5 з США; з 13 нешліфованих (цільнозернові), а решта шліфовані. Описи зразків наведені в таблиці S1.

Приготування рису в різних обсягах води

Початкові експерименти досліджували взаємозв'язок між об'ємом варильної води та вмістом асі. Був використаний стандартизований та повторюваний підхід, коли в якості посудини для приготування рису використовували пірекс із круглим дном об’ємом 250 мл. Його нагрівали в електротермічній нагрівальній мантії і горловину колби з'єднували з углубленою 25 см конденсаційною трубкою Vigreux (14 рядів з 3 ямочками = 42 ямочки), яка повертала пар у вигляді води у колбу. Втрати випаровування як фактор, що збиває з пантелику, виглядають при інтерпретації вмісту Asi у звареному рисі, а конденсація випареного пара назад у варильну посудину нівелює. Рис (вага пачки 20 г) із 6 цільнозернових і 6 відшліфованих, довільно вибраних із куплених пакетів, поміщали в колбу, а потім додавали подвійну дистильовану деіонізовану воду для отримання 3: 1, 6: 1 або 12: 1 води: рису співвідношення. Рис варили до готовності, а потім знімали з вогню. Після охолодження зразок сушили ліофілізацією, а потім порошкували за допомогою роторної кульової млини Retch PM100, використовуючи посудину, вистелену оксидом цирконію та кулі для подрібнення оксиду цирконію. Неварений рис аналогічним чином висушували ліофільно та подрібнювали.

Приготування рису, де просочується вода для готування переробляється через конденсацію

Тут усі 41 зразок купленого рису готували в стандартному апараті Сокслета. Рисове зерно, свіже з пакета, точно зважували (2 г) у наперсток VWR Soxhlet, а потім поміщали в Quickfit Soxhlet довжиною 25 см і діаметром 3,5 см, який прикріплювали до колби на 250 мл на одному кінці і конденсату Vigreux 25 см трубка (14 рядів з 3 ямочками = 42 ямочки), при цьому колба, що знаходиться, знаходиться в електрично нагрітій мантії та підтримується ретортною підставкою та затискачами. На початку експерименту колбу заповнювали 200 мл дводистильованої, деіонізованої дистильованої води. Приготування рису призначали за кількістю циклів рефлюксу Сокслета, причому 3 цикли були достатніми для повного приготування рису. В кінці 3-го циклу наперсток, що містить рис, видаляли, а рис заморожували, висушували та подрібнювали, як описано для експерименту з об'ємом варіння.

Домашнє приготування в кавовому фільтрі

Шість випадково відібраних зразків цільнозернового та відполірованого рису готували з пакету в домашніх умовах у кількості, необхідній для годування великої родини, використовуючи готовий кавовий перколятор без будь-яких пристосувань. Вибраний для цих експериментів кавовий перколятор був моделлю громадського харчування, яка використовується для заповнення вакуумних колб - Bravilor Bonamat. Цей тип перколятора застосовувався, оскільки він має більший фільтруючий блок і не має конфорки. У фільтрувальний блок, викладений паперовим фільтром, що постачається виробниками, було поміщено 500 г ваги пакету рису. Агрегат містив 2 л води, і це зайняло 10 хвилин. для повного розряду через блок фільтра. Двічі по 10 хвилин. (тобто 20 хвилин варіння) повністю зварений шліфований рис, при цьому 3 рази 10 хвилин. (6 л води, тобто 3 * 2 л) було потрібно для шліфованого рису. Температура води, що надходить у фільтр, становила 98 ° C. Кулінарні експерименти проводились у трьох примірниках для кожного типу рису. Приготовлений рис сушили ліофілом та подрібнювали, як і для інших кулінарних експериментів, описаних вище. Миш'яку в водопровідній воді було мало, виявляли лише Asi, 0,050 ± 0,02 мкг/л, а LOD 0,036 мкг/л.

Хімічний аналіз

Для уточнення, як і в рису, розведені розчини рису, розведених 0,2% азотною кислотою, використовували на системі іонної хроматографії Thermo Scientific IC5000 (IC) з колонкою Thermo AS7, 2x250 мм (і захисною колоною Thermo AG7, 2x50 мм) і градієнтною рухомою фазою (A: 20мМ карбонату амонію, B 200мМ карбонату амонію - починаючи зі 100% A, змінюючи значення до 100% B, в лінійному градієнті протягом 15 хв.), Взаємодіючий з Thermo ICAP Q ICP-MS, який контролював m/z + 75, за допомогою газу He в режимі зіткнення комірок. Отриману хроматограму порівнювали з такою для автентичних стандартів; DMA, Asi, монометиларсинова кислота (MMA), тетраметил-арсоній (TETRA) та арсенобетаїн (AB). Миш'як, присутній під кожним хроматографічним піком, відкалібрували за допомогою серії концентрацій DMA.

Сумарні елементи вимірювали також за допомогою Thermo ICAP Q, але в режимі безпосереднього отримання розчину. Родій використовували як внутрішній стандарт. Всі елементи, про які повідомляється, були присутні як у калібрувальних стандартах, так і в CRM NIST 1568b, повідомлялося лише про елементи з хорошим вилученням CRM. Додаткові елементи також були проаналізовані за допомогою настільної XRF (Rigaku CG) на зразках, що живляться. Були представлені лише елементи, присутні в CRM та з хорошими аналітичними вилученнями.

Статистика

Для аналізу даних було використано загальне лінійне моделювання (GLM) з використанням Minitab v.16. Залишки були перевірені на нормальність за допомогою тесту Андерсона-Дарлінга, і там, де це було визнано нормальним, тому перетворення даних не потрібно, за винятком процентних даних, які були ранжировані та проаналізовані ранги.

Результати

Аналіз зазначеної CRM CR дав відмінні результати відновлення, виходячи з n = 11, з 91,6 ± 4,4% відновлення для DMA та 88,2 ± 3,3% відновлення для Asi, єдиних двох видів, знайдених у цій CRM, які також були виявлені в аналізують рис, даючи суму видобутку видів 90,3%. CRM мав сертифіковану концентрацію 0,182 та 0,092 мг/кг щодо DMA та Asi відповідно. Межі виявлення (LOD) як для DMA, так і для Asi (розраховані за калібруванням DMA) у рису були 0,0028 ± 0,001 мг/кг DMA рису, д.м.н., n = 5. Усі представлені зразки були вище LOD для Asi і лише мало зразків було нижче LOD для DMA (2), і в цьому випадку ½ LOD використовувався для статистичного аналізу даних.

Експеримент, який пов’язував вміст Asi у звареному рисі з об’ємом варіння рису, виявив лінійну залежність, коли чим більший об’єм варильної води, тим більший винос Asi з вареного рису (рис. 1). Аналіз GLM виявив, що рис був цільнозерновим або полірованим (P Рис. 2). За даними про відсотковий рейтинг (оскільки відсотки зазвичай не розподіляються) зменшення варіння Асі при приготуванні Сокслета корелювало з концентрацією в сировинному рисі (Р = 0,024), тоді як тип рису (цільнозерновий або шліфований) суттєво відрізнявся (Р = 0,001 ) та тип рису * Вміст Asi в термічному режимі взаємодії необробленого рису був значущим при аналізі аналізу ко-дисперсії GLM, причому Asi у невареному рисі був коваріатом. Що стосується абсолютних концентрацій Asi у вареному рисі, то Asi в коваріатному терміні сирого рису був дуже значущим (P Рис. 3). GLM-аналіз коваріації показав, що лише початкова концентрація Asi у сиреному рисі мала значний внесок у фактичну концентрацію у вареному рисі (P = 0,045). Цей показник для DMA (S3 Fig) був (P Fig 4). На калій було втрачено 53% при варінні. Для фосфору цей показник становив 7%.

Кожна точка є середнім значенням для 3 повторень. Квадрати призначені для цільнозернового рису, а кола для шліфованого рису. Суцільна регресійна лінія призначена для цільнозернових, штрихова для полірованої.

Обговорення

Пом'якшення рівня Asi в рисі є дуже важливим, оскільки цей товар є основним глобальним джерелом цього канцерогену, оскільки Asi, отриманий в результаті споживання рису, передбачає значне збільшення надмірного тягаря раку протягом усього життя в порядку

1–2 на 1000, для найвищих спільнот, що їдять рис [1]. Використання постійного потоку чистої кулінарної води в порівнянні з традиційними статичними системами дозволяє видаляти до 85% вмісту Asi сирого зерна під час приготування їжі, набагато вище, ніж використання стандартної статичної кулінарної води або систем на пару [10]. Крім того, ця система безперервного потоку пропонує спосіб визначити, який рис піддається видаленню Асі при варінні, а за допомогою системи на основі Сокслета метод також стандартизований і повторюваний в будь-якій лабораторії і не залежить від чистоти води, що використовується, оскільки доставка кулінарної води здійснюється через дистильований пар. Хоча стандартизовані методи приготування були розроблені навколо дефлегмації/Сокслета для стандартизації, побутові та комерційні кухонні плити могли застосувати той самий підхід, який продемонстровано тут в експерименті з кавовим перколятором.

Видоутворення in situ [6] показує, що Asi зерна є або вільним Asi, або сульфгідрильним комплексом As. Незрозуміло, чому зерна з більшою кількістю асі виділяють більше асі під час приготування їжі порівняно з тими, що мають низький вміст асі, але, можливо, це геометрія зерна, тобто, що асі у зовнішніх частинах зерна легше видаляються, ніж у внутрішніх частинах. Відомо, що Асі більше піднесений на поверхні зерна, ніж у центрі [6].

Висновок про те, що Asi легко вимивається з рису, тоді як DMA погано відповідає тому, що відомо про наявність рисової кишки, де Asi має високу доступність кишечника, де DMA цього не робить [18]. Важливий і той факт, що Асі легко вимивають як із цільнозернового, так і з шліфованого рису. Хоча тут не тестували, якщо рисові висівки Asi легко видаляються за допомогою постійного потоку поповненої кулінарної води, то цей продукт, що має високий вміст в Asi, може бути придатним для харчової ланцюга людини, враховуючи те, що в багатьох аспектах це надзвичайно поживний продукт чиє здоров'я та комерційна цінність заперечується вмістом Asi.

Довідкова інформація

Три додаткові графіки, що стосуються вмісту DMA в рису, які доповнюють вміст Asi в рису, показаний на рис. S1 – S3, в основній частині тексту. Таблиця описів зразків рису також подана в таблиці S1.

S1 Рис

Квадрати призначені для цільнозернового рису, а кола для шліфованого рису. Суцільна регресійна лінія призначена для цільнозернових, штрихова для полірованих.