0 引言
方竹属禾本科竹亚科寒竹属植物[1],主要生长在海拔1 400~2 500 m的高原山区,形呈四方,有棱有角,因最早采于南川区金佛山而命名为“金佛山方竹(chimonobambusa utilis)”。方竹自然分布于重庆市南川区和贵州省桐梓县、正安县,其中南川区是集中分布地和现代分布中心。
方竹笋形态方正,肉厚鲜美,营养丰富,被誉为“竹笋之冠”。近年相关单位或学者对方竹笋生物特性、营养品质、种植模式等进行了研究。涂华芬、吴鹏等[2,3]探讨了方竹笋的生物学特性以及栽培管理方法。张万萍等[4]通过对贵州不同山地竹笋品质分析,发现桐梓金佛山方竹笋营养价值显著高于其他产区竹笋品种。廖林等[5]从金沙县方竹笋中检测出14 种氨基酸,总含量为246.21 mg/g(干重),营养价值较高。张仁固等[6]发现南川方竹笋中铜、锌含量明显高于其他竹笋,并从区位、地貌、气候、土壤等方面探讨了方竹笋特殊品质成因。除常见矿质营养元素外,硒、锗也是人体有益元素。硒是人体和动物必需元素,具有多种生物学功能,如抗肿瘤、防衰老、防辐射、清除自由基和增强机体免疫力等,硒缺乏会引起一系列疾病[7]。与硒类似,锗也是一种具有延缓衰老、提高免疫功能等多种作用的人体保健元素[8]。因此,植物富硒、富锗将会大大提高其营养品质和经济价值。
目前,南川金佛山方竹笋硒研究并不多见,锗更是较少涉及。笔者在分析了南川方竹笋基本营养成分、常见矿质元素的基础上,对方竹笋富硒、富锗情况展开研究,并评估了方竹笋立地土壤养分和重金属环境质量等级,为更准确全面了解南川金佛山方竹笋品质、更科学开发利用方竹笋资源提供依据。
1 采样地概况
采样地位于金佛山南坡地段头渡镇方竹村一带。金佛山地处大娄山脉北部,北纬30°附近,面积1 300 km2,最高峰海拔2 238 m,森林覆盖率达95%以上,有“天然植物陈列馆”之称。金佛山属典型的喀斯特地质地貌,山势雄奇秀丽,峰谷绵延,天然溶洞星罗棋布。金佛山属亚热带湿润季风气候,气候垂直变化明显,温凉湿润多雨,日照少云雾多,终年无夏季,昼夜温差10~15℃。地层岩性主要为寒武系、奥陶系、志留系及二叠系灰岩、白云岩、粉砂岩。土壤以黄壤和山地黄棕壤为主,腐殖质累积明显。金佛山特殊的地理位置和自然气候为方竹笋的生长提供了得天独厚的优渥条件。
2 样品采集及测试
2.1 样品采集与制备
选择方竹笋最典型分布区头渡镇方竹村,在二叠系、志留系地层区的不同海拔高度(1 355~2 162 m)设置50个采样点,单元控制面积为1 000~3 000 m2,土壤类型为金佛山区主要土类黄壤和山地黄棕壤。每个样点采集健康生长、高20~40 cm的新鲜竹笋10~25株,将笋连根挖出去土,保持笋体完整均匀混合成一个组合样,装入样袋及时送西南大学分析测试中心进行检测。同点位采集方竹笋根系土样品送实验室分析。
室内方竹笋剥去笋捧和笋衣,用清水冲洗干净,用不锈钢刀去不可食部分,并将笋肉纵切成条状,宽约1 cm,然后横切成小块状,进行充分混和,称取10 g鲜样用于含水量和灰分分析,剩下样品置于105℃烘箱杀青,60~70℃恒温干燥粉碎后过50目筛,保存于棕色磨口瓶中用以测试营养成分和矿质元素。
2.2 测试分析
方竹笋基本营养成分测定方法分别为:水分,常压恒温干燥法;粗蛋白,凯氏定氮法;粗脂肪,索氏提取法;粗纤维,酸性洗涤法;总糖,苯酚—硫酸比色法;灰分,马福炉灼烧法;氨基酸,用Beckman 6300 型氨基酸分析仪测定。矿质元素采用等离子体质谱仪,等离子体光谱仪,分光光度计等测定。
根系土元素指标用X射线荧光光谱仪、原子荧光光谱仪、等离子体质谱仪、发射光谱仪等测定,具体每种元素的测试方法及检出限见表1。
表1 方竹笋根系土元素指标检测方法及质量参数
| 元素 | 方法名称 | 检出限 |
|---|---|---|
| As | 原子荧光光谱法 | 0.2 |
| Hg | 0.0005 | |
| Se | 0.01 | |
| Ge | 0.1 | |
| B | 发射光谱法 | 1 |
| Cr | X射线荧光光谱法 | 3 |
| Fe2O3 | 0.01 | |
| P | 8 | |
| Pb | 2 | |
| S | 20 | |
| Zn | 1 | |
| CaO | 等离子体发射光谱法 | 0.02 |
| K2O | 0.01 | |
| MgO | 0.02 | |
| Cu | 1 | |
| Ni | 1 | |
| Mn | 5 | |
| Cd | 等离子体质谱法 | 0.02 |
| Mo | 极谱法 | 0.3 |
| N | 酸碱滴定容量法 | 15 |
| OrgC | 氧化还原容量法 | 0.05 |
注:氧化物、有机碳(OrgC)含量单位为%、其余元素单位为10-6
3 结果与讨论
3.1 方竹笋基本营养成分
从表2可以看出,南川金佛山方竹笋含水率较高,平均值为94.65%,最高可达97.07%;粗蛋白含量范围为29.64%~42.12%,平均值为34.69%;总糖含量范围为9.16%~13.31%,平均值为 11.05%;灰分含量范围为10.38%~15.23%,平均值12.70%;粗脂肪和粗纤维含量较低,平均值分别为4.57%和0.61%。与毛竹(phyllostachys heterocycla)、寿竹(phyllostachys bambusoides)、苦竹(pleioblastus amarus)、绿竹(dendrocalamopsis oldhami)等竹笋相比[9,10,11,12],南川方竹笋的含水率、总糖和粗蛋白含量较高。方竹笋水分含量高,组织结构紧密,人体所需的糖分含量也较高,口感上肉厚而质地脆嫩,味道鲜美。因此,南川方竹笋是一种低脂高蛋白的营养食品。
表2 方竹笋和其他竹笋基本营养成分含量(干重)%
表3 南川方竹笋氨基酸含量 (干重)%
| 必需氨基酸 | 平均值 | 非必需氨基酸 | 平均值 |
|---|---|---|---|
| 赖氨酸 | 1.33 | 丝氨酸 | 0.934 |
| 缬氨酸 | 1.29 | 谷氨酸 | 3.07 |
| 蛋氨酸 | 0.491 | 甘氨酸 | 1.21 |
| 异亮氨酸 | 1.02 | 丙氨酸 | 1.53 |
| 亮氨酸 | 1.87 | 半胱氨酸 | 0.195 |
| 苏氨酸 | 0.987 | 天门冬氨酸 | 2.12 |
| 苯丙氨酸 | 1.17 | 酪氨酸 | 0.838 |
| 总必需氨基酸 | 8.16 | 组氨酸 | 0.523 |
| 总非必需氨基酸 | 12.66 | 精氨酸 | 0.614 |
| 总氨基酸 | 20.41 | 脯氨酸 | 1.21 |
3.2 方竹笋矿质元素分析
3.2.1 常见矿质元素
矿质元素是指除碳、氢、氧以外,主要由根系从土壤中吸收的元素,缺少这类元素植物将不能健康生长。矿质元素在人体中具有重要的生理功能,对于维持正常的人体健康发挥着积极作用。南川方竹笋中含有多种矿质元素,主要元素含量特征值见表4。大量元素含量由高至低依次是K>N>P>S>Ca>Mg>Si,微量元素由高至低依次是Zn>Fe>Mn>Cu>B>Ni>Mo。与竹笋类食品相比, 南川方竹笋中K、P、Zn、Cu、Ca、Mg平均含量较高。与全国18种常见新鲜蔬菜相比,南川方竹笋中K、P、Zn、Cu平均含量明显偏高,其中K含量平均值(0.460%)是18种蔬菜中K含量平均值(0.161%)的2.86倍,其最小值0.210%也高于蔬菜平均值;Zn、Cu含量平均值也是18种蔬菜平均值的2倍以上。由此可见,南川方竹笋富含多种矿质元素,尤以K、Zn、Cu最为丰富。
表4 南川方竹笋矿质元素含量(鲜重)
| 元素 | 含量范围 | 平均值 | 竹笋[13] | 常见蔬菜[13] | |
|---|---|---|---|---|---|
| 大量元素含量/% | N | 0.054~0.145 | 0.109 | ||
| P | 0.028~0.074 | 0.061 | 0.036 | 0.032 | |
| K | 0.210~0.565 | 0.460 | 0.3 | 0.161 | |
| S | 0.015~0.036 | 0.028 | |||
| Ca | 0.007~0.035 | 0.022 | 0.008 | 0.035 | |
| Mg | 0.004~0.012 | 0.009 | 0.008 | 0.018 | |
| Si | 0.003~0.008 | 0.005 | |||
| 微量元素含量/10-6 | Fe | 1.95~6.32 | 4.58 | 24 | 8.93 |
| Mn | 0.412~5.24 | 2.21 | 7.8 | 2.01 | |
| Mo | 0.030~0.223 | 0.115 | |||
| Cu | 0.635~2.50 | 1.81 | 1.5 | 0.744 | |
| Zn | 2.72~9.64 | 6.9 | 4.3 | 3.11 | |
| B | 0.222~0.647 | 0.470 | |||
| Ni | 0.038~0.362 | 0.171 |
注:18种常见蔬菜为大白菜、萝卜、土豆、洋葱头、菠菜、芹菜、莴笋、韭菜、蒜薹、冬瓜、黄瓜、生菜、茄子、番茄、四季豆、豇豆、丝瓜、大葱。
K对维持机体的正常功能非常重要,它主要存在于人体骨骼和肌肉中,人体一旦缺K,正常的运动就会受到影响。Zn在人体生理与营养功能方面发挥着重要的作用,与 80 多种酶的活性存在密切关系,被称为生命元素,缺锌可引起侏儒、溃疡、炎症、白发、龈齿等。Cu是许多酶的组成成分,能帮助骨骼、血红蛋白、红细胞的形成,缺铜可引起贫血、心血管损伤、冠心病、脑障碍等。南川金佛山方竹笋可以作为一种补充人体内K、Zn、Cu的蔬菜食用。3.2.2 方竹笋中的Se、Ge从表5可知,南川方竹笋Se含量范围为0.158×10-6~0.647×10-6(干重),平均值高达0.316×10-6,远远高于重庆渝北富硒区蔬菜Se平均值 0.098×10-6[14]。根据前人研究成果,蔬菜作物中大蒜Se含量最高,可达 0.276×10-6[15],南川方竹笋中Se平均值略高于该值。按照《中国富硒食品硒含量标准分类(HB 001T-2013试行)》中新鲜蔬菜富硒标准[16],即蔬菜中Se含量0.01×10-6~0.9×10-6属于富硒,所采方竹笋富硒率为73%,高于50%,属富硒食品[14]。近年来,富硒产品广受青睐,已经兴起了一种“补硒热”,食用天然的富硒农产品是一种最安全有效的补硒途径。很多学者通过农产品Se研究,已经在湖北恩施、江苏、青海、江西、重庆等地发现了富硒稻米、富硒茶叶、富硒大蒜、富硒辣椒、富硒西瓜等多种粮食、水果或蔬菜作物[17,18,19,20]。南川方竹笋在其较高营养品质之上又增加了富硒特色,成为一种优质富硒食品,将会提高经济价值,促进当地农民增收。
表5 南川方竹笋Se、Ge含量
| 指标 | 平均值 | 含量范围 | 富硒标准 | 富硒率/% | |
|---|---|---|---|---|---|
| Se含量/10-6 | 干重 | 0.316 | 0.158~0.647 | ||
| 鲜重 | 0.017 | 0.006~0.042 | 0.01~0.9 | 73 | |
| Ge含量/10-6 | 干重 | 0.02 | 0.011~0.048 | ||
| 鲜重 | 0.001 | 0.0002~0.0018 | |||
3.3 方竹笋食用安全评价
方竹笋的安全性在其品质评价中首当其冲,如不安全,营养品质也就失去了意义。安全品质也称卫生品质,是指生物体内所含重金属等有害物质的含量及潜在健康威胁。笔者就As、Cd、 Cr、Hg、Pb共5种重金属元素对方竹笋的安全影响进行了评价。按照《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)新鲜蔬菜(块茎根)标准[23],方竹笋样品中这5种重金属元素均未超标,符合食品安全要求(表6)。重金属含量从高到低依次为Cr>Pb>As>Cd>Hg,含量较低的As、Cd、Hg最大值远低于限量值,含量最大的Cr最大值仍远低于限量值,而含量较大的Pb最大值接近于限量值,该元素可能对方竹笋食用安全性具有潜在威胁。整体来看,南川方竹笋目前安全性尚符合标准,可以放心食用。
表6 南川方竹笋5种重金属含量值(鲜重)
| 元素 | 含量范围/10-6 | 平均值/10-6 | 限量标准/10-6 |
|---|---|---|---|
| As | 0.0009~0.0099 | 0.0044 | 0.5 |
| Hg | 0.0001~0.0006 | 0.0003 | 0.01 |
| Cd | 0.0008~0.0151 | 0.0033 | 0.1 |
| Cr | 0.0084~0.0453 | 0.0153 | 0.5 |
| Pb | 0.0043~0.0999 | 0.0143 | 0.1 |
3.4 方竹笋立地土壤养分评价
土壤是影响植物生长和品质的重要因素之一,植物生长所需营养元素绝大部分是通过根系从土壤中吸收。方竹笋立地土壤中养分的丰缺及特色有益元素硒、锗的分布对营养品质起关键作用。
3.4.1 土壤有机质和常见矿质元素
表7 方竹笋立地土壤矿质元素含量分布
| 指标 | 含量范围 | 平均值 | 营养等级 |
|---|---|---|---|
| 有机质 | 1.02~7.93 | 3.43 | 较丰富 |
| N | 1.17~9.17 | 4.13 | 丰富 |
| P | 0.632~1.93 | 1.12 | 丰富 |
| K | 7.1~26.1 | 17.1 | 中等 |
| CaO | 0.192~7.33 | 1.52 | 中等 |
| MgO | 0.780~9.38 | 2.34 | 丰富 |
| Fe2O3 | 3.45~13.7 | 8.83 | 丰富 |
| S | 218~1794 | 796 | 丰富 |
| B | 26.2~122 | 59.7 | 较丰富 |
| Mn | 525~2474 | 1395 | 丰富 |
| Mo | 1.58~4.31 | 2.57 | 丰富 |
| Cu | 23.4~91.1 | 49.8 | 丰富 |
| Zn | 70.8~174 | 123 | 丰富 |
注:有机质、Cao、MgO、Fe2O3含量单位为%,N、P、K含量单位为10-3,S、B、Mn、Mo、Cu、Zn含量单位为10-6
3.4.2 有益元素Se、Ge分布
3.5 方竹笋立地土壤环境质量评价
产地土壤不仅会为方竹笋提供生长所需的营养有益元素,土壤中的重金属等有毒有害元素也会直接危害方竹笋质量安全。
按照GB15618-2008土壤环境质量标准(修订版),评价得出了方竹笋产地土壤8种重金属质量等级,见表9。该区土壤环境质量总体较好,Pb、Zn环境质量等级均为清洁,As、Cr、Cu、Hg、Ni为清洁和轻微超标。Cd环境质量较差,存在40%的中度至重度超标样品。但上文得出方竹笋中Cd含量并不高,符合食品安全要求,推断土壤中Cd的可利用态较少,或者方竹笋对Cd的吸收能力较弱。
表9 方竹笋产地土壤环境地球化学等级分布
| 指标 | 清洁 | 轻微超标 | 轻度超标 | 中度超标 | 重度超标 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 样本 | 比例/% | 样本 | 比例/% | 样本 | 比例/% | 样本 | 比例/% | 样本 | 比例/% | |
| As | 17 | 34 | 33 | 66 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Cd | 12 | 24 | 11 | 22 | 7 | 14 | 10 | 20 | 10 | 20 |
| Cr | 32 | 64 | 18 | 36 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Cu | 25 | 50 | 25 | 50 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Hg | 41 | 82 | 9 | 18 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Ni | 19 | 38 | 31 | 62 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Pb | 50 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| Zn | 50 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
4 结论
1) 在基本营养品质方面,南川方竹笋含水率、总糖、蛋白质含量较高,氨基酸种类齐全且含量丰富;南川方竹笋含有多种人体健康不可缺少的矿质元素,其中K、Zn、Cu含量均高于竹笋类及常见的蔬菜。
2) 南川方竹笋Se含量高,样品富硒率达73%,属于富硒食品。立地土壤Se含量范围为0.543×10-6~2.97×10-6,属富硒土壤,是方竹笋富硒的根本原因。方竹笋Ge含量一般,应不属于富Ge食品。
3) 食品安全与人类健康息息相关,是人们日常生活中密切关注的环境问题。南川金佛山方竹笋中As、Cd、Cr、Hg、Pb这5种重金属元素达到了国家规定的食品安全标准,是一种无公害产品。
4) 南川方竹笋立地土壤养分中有机质和多数营养元素含量丰富或较丰富,仅K、CaO属中等水平。土壤环境质量总体较好,Cd存在超标情况,但并未影响方竹笋的安全品质。
参考文献
重庆土壤硒的地球化学特征及经济意义
[J].
DOI:10.11720/j.issn.1000-8918.2014.2.21
Magsci
[本文引用: 1]
通过重庆表层土壤网格化及岩土剖面取样测量，对重庆表层土壤Se的地球化学特征及丰缺进行研究。结果表明，重庆浅层土壤Se含量范围为（0.005~5.790）×10<sup>-6</sup>，背景值为0.197×10<sup>-6</sup>。土壤Se含量分布受地层、母岩岩性、土壤类型、土壤层位及土壤对Se富集特性的控制。高Se土壤主要分布在三叠系、二叠系、志留系、奥陶系及寒武系的石灰土中。以土壤Se含量（0.400~3.000）×10<sup>-6</sup>为富硒土标准，已调查发现重庆分布富硒土3 684 km<sup>2</sup>，在綦江南部—万盛—南川一带，在主城区周边天俯、花溪、三汇等小面积分布，推测在武隆—酉阳—秀山及城口—巫山一带存在大面积富硒土，重庆可能拥有上万平方千米富硒土。富硒土区pH环境、有机质含量有利于农产品安全，已发现北碚天府富硒土区谷物类及十字花科类农产品为富硒无公害或富硒绿色农产品。重庆富硒土具良好经济意义。
