帕朱罗（Erythrina edulis）种皮与种仁粉作为新型食品原料的风险-收益评估

《Agriculture》：Risk–Benefit Assessment of Pajuro (Erythrina edulis) Seed Coat and Seed Kernel Flours as Novel Food Ingredients

　　

摘要：帕朱罗（Erythrina edulis）是一种未被充分利用的安第斯豆类，具有开发新型食品配方的潜力。本研究在理论饼干配方情景下，评估了帕朱罗种皮粉与种仁粉的风险与收益。研究人员对营养成分和潜在有毒元素进行了评价，并使用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo simulation）对四个年龄组的膳食暴露进行了概率性估算。小麦粉替代采用均匀概率分布建模，替代比例范围为小麦粉部分的5%至10%。最高的个体收益商数（BQ）出现在1–6岁儿童群体中，其中种皮粉的膳食纤维和种仁粉的钾分别贡献了最高值。相比之下，危害商数（HQ）保持较低水平，最高均值见于种皮粉中的锌（0.00590）和种仁粉中的铜（0.00586）。总危害商数（THQ）被解释为筛选级别的复合指标，而非累积健康风险的直接估计，在所有年龄组中均低于1，种皮粉范围为0.06至0.15，种仁粉范围为0.08至0.16。在1–6岁儿童中，种皮粉和种仁粉的总收益商数（TBQ）上尾分别达到0.97和0.86。这些发现表明，在所建模的情景下，定量风险-收益特征较为有利；然而，在实际食品应用确立之前，仍需进行实验验证。

帕朱罗（Erythrina edulis）种皮与种仁粉作为新型食品原料的风险-收益评估解读**

一、研究背景与研究目的

帕朱罗（Erythrina edulis），又称chachafruto或basul，是一种原产于南美洲的豆科植物，历史上由印加人、丛林文化及安第斯山间河谷居民栽培。在秘鲁，它被视为野生植物，其叶片用作动物饲料，种子供人类食用。传统消费过程中，外种皮被去除，通常不被人类食用，这一部分常被用作小型牲畜饲料，因此是一种潜在的农业副产品。而种仁是可食部分，传统上需经烹饪后食用。帕朱罗种子具有宝贵的营养特性，包括高蛋白质含量（18–26%）、与鸡蛋蛋白相当的质量、几乎完整的必需氨基酸谱，并富含碳水化合物（主要为淀粉）、微量元素（钙、铁、钾、锌等）、膳食纤维和抗氧化物质。然而，这些益处可能因潜在有毒物质的存在而受到影响，这些物质可能在食品生产、加工或运输过程中自然产生或被引入。在秘鲁亚马逊地区，已有研究报告指出帕朱罗树土壤、根部和树干中存在潜在有毒物质。

目前，将帕朱罗种皮和种仁制成的面粉作为小麦粉替代品的研究，不应仅基于其营养特性的比较，还应考虑毒理学方面。风险-收益评估（RBA）是一种决策工具，允许在同一方法论框架内同时考虑营养学和毒理学方面。此前，RBA已被用于评估饮料中用甜味剂替代糖、用氯化钾替代氯化钠、用鱼类替代红肉以及用昆虫替代红肉等情况。饼干是全球广泛消费的烘焙零食，因其口感、便利性和长保质期而受欢迎，同时也是重要的能量来源。在饼干生产中，主要成分是小麦粉（不含麸皮），其淀粉含量高，蛋白质和膳食纤维含量低。小麦粉有限的营养特性，加上发展中国家进口小麦的成本，引发了健康和可持续性方面的担忧。因此，有必要利用各地区本土的食品和副产品来满足人群的能量、蛋白质和微量元素需求。

本研究填补了对未被充分利用的安第斯作物进行评估的关键空白，首次提供了将帕朱罗种皮粉和种仁粉作为新型食品原料的综合风险与收益评估。与以往主要关注营养成分的研究不同，本研究同时考虑了潜在有毒元素带来的毒理学风险以及必需营养素和生物活性化合物的贡献。在此背景下，本研究分别评估了种皮和种仁的营养成分和潜在有毒元素，并通过理论替代情景（而非实验性饼干生产）来评估其在饼干配方中的应用前景，因此其在食品产品中的实际适用性仍有待实验验证。

二、主要技术方法

研究人员采用了Boué等人、Ververis等人、Nauta等人以及欧洲食品安全局（EFSA）科学委员会提出的风险-收益评估（RBA）方法论框架。研究材料来源于秘鲁亚马逊大区Luya省和Chachapoyas省多个地区的种植园，共收集30份帕朱罗果实样品。面粉制备采用托盘干燥器在60°C下脱水至恒重，随后研磨并过筛。分析方法方面，近似组成由外部认可实验室依据标准化方法测定，包括凯氏定氮法（Kjeldahl method）测定蛋白质、粗纤维测定以及矿物质含量测定。总酚含量采用福林-酚比色法（Folin-Ciocalteu method）测定，抗氧化能力采用DPPH法测定。潜在有毒元素（镉、铬、镍、铅）的分析在获得ISO/IEC 17025:2017认可的土壤和水研究实验室中进行，采用微波等离子体原子发射光谱法（MP-AES）。膳食暴露评估采用蒙特卡洛模拟（Monte Carlo simulation）结合拉丁超立方抽样进行概率性估算，每次情景迭代100,000次。风险表征采用危害商数（HQ），收益评估采用收益商数（BQ）。

三、研究结果

3.1 营养与毒理学组成

帕朱罗种皮粉和种仁粉的营养与毒理学组成显示互补性特征。种皮粉的钾、钙、钠和镁含量分别为1135.7、292.25、135.69和135.69 mg/100 g；而种仁粉的相应值为2020.4、423.8、187.55和162.65 mg/100 g。种皮粉的近似组成将其定位为显著的膳食纤维来源，主要由纤维素和半纤维素等结构性多糖组成。种皮粉含有更高的钙（292.25 mg/100 g）和锌（4.73 mg/100 g），而种仁粉更富含镁（162.65 mg/100 g）、钾（2020.34 mg/100 g）、钠（423.8 mg/100 g）和铜（0.94 mg/100 g）。种皮粉的高钙含量凸显其开发针对骨骼健康的功能性食品的潜力，锌含量也因其在免疫功能和多种酶过程中的作用而具有重要意义。种仁粉的高钾含量在营养学上意义重大，尤其是在血压调节和心血管功能方面。然而，相对较高的钠含量可能成为面向需限制钠摄入人群的应用限制因素。种仁粉中显著较高的铜含量提示需要进行额外的毒理学评估。在潜在有毒元素方面，镉仅在种皮中检出（0.02 mg/kg），而在种仁中低于检测限；铅在两种面粉中含量相同（0.02 mg/kg）；铬和镍分别在种皮（0.88 mg/kg）和种仁（0.03 mg/kg）中浓度略高。

3.2 总多酚含量与抗氧化能力

帕朱罗种皮粉的总多酚含量较高（441.96 mg GAE/100 g），而种仁粉仅为45.76 mg GAE/100 g。然而，在抗氧化能力方面，种仁粉表现出更高的自由基清除能力（89.5%），高于种皮粉（63.5%）。结果表明帕朱罗种皮壳具有更大的抗氧化潜力，这可能与其较高的酚类化合物浓度密切相关。

3.3 估计每日摄入量

总体而言，估计每日摄入量（EDI）值表明营养成分的贡献大于潜在有毒元素，其中种仁粉通常在多种营养素（如纤维、蛋白质、钙、钾、镁和锌）方面显示出更高的摄入量。例如，在成年人中，来自种皮粉的纤维平均EDI为5.26 mg/kgBw/day，而来自种仁粉的为0.376 mg/kgBw/day；蛋白质摄入量分别为2.62和2.91 mg/kgBw/day。相反，镉、铬、镍和铅的估计摄入量低数个数量级。年龄相关模式进一步表明，大多数成分在儿童和青少年中的EDI值高于成年人，这与体型和摄入假设的差异一致。

3.4 风险-收益评估

最高的收益商数（BQ）主要归因于营养成分，特别是1–6岁儿童中种皮的纤维（均值=0.0311；95th=0.0774）和同一年龄组种仁的钾（均值=0.0267；95th=0.0666）。相比之下，危害商数（HQ）值显著较低，最高均值见于1–6岁儿童种皮粉中的锌（HQ=0.00590；P95=0.0146），其次是种仁粉中的铜（HQ=0.00586；95th=0.0145）。在所有情况下，HQ值均远低于参考值1，表明在考虑的暴露条件下，所评估元素对非致癌风险的贡献较低。关于聚合风险（THQ），种皮粉（成人：0.10，1–6岁：0.15，7–11岁：0.07，12–17岁：0.06）和种仁粉（成人：0.11，1–6岁：0.16，7–11岁：0.08，12–17岁：0.11）的分布均保持在1以下。在收益方面，种皮粉（成人：0.41，1–6岁：0.97，7–11岁：0.57，12–17岁：0.48）和种仁粉（成人：0.35，1–6岁：0.86，7–11岁：0.53，12–17岁：0.41）的分布尾部接近1，表明将这些面粉掺入饼干可提供收益。

四、讨论与结论

本研究的讨论部分指出，该评估基于理论替代情景（5–10%的小麦粉替代率），结果为配方提供了预测基础，而非成品技术性能的直接证据。未来研究应实验性地开发含帕朱罗组分的饼干，评估其对面团处理、质地、色泽、水分、水分活度、烘焙行为等技术特性的影响，并确定最佳掺入比例以平衡营养组成、产品质量和消费者接受度。此外，本次评估基于生帕朱罗组分的营养和毒理学组成，未直接评估加工或消费过程中可能发生的变化。因此，实验验证应包括最终烘焙产品的表征，以及营养素保留、生物活性化合物和有毒元素在烘焙后的潜在修饰或生物可及性分析。涉及消费者的感官评价将为开发饼干的接受度提供补充信息。

研究结论部分总结如下：研究结果揭示了帕朱罗种皮粉和种仁粉具有互补的营养和抗氧化特性，表明它们作为未来食品配方研究中替代成分的潜力。种皮粉作为纤维（29.65 g/100 g）、钙（292.25 mg/100 g）和锌（4.73 mg/100 g）的丰富来源脱颖而出，适用于功能性食品应用。相比之下，种仁粉提供更高的蛋白质含量（16.41 g/100 g）、必需矿物质如钾（2020.34 mg/100 g）和镁（162.65 mg/100 g），以及更高的抗氧化能力（89.5% DPPH）。定量风险-收益评估表明，在所有建模的年龄组和面粉类型中，总危害商数（THQ）均保持在1以下。然而，这些聚合值应被解释为复合筛选级别指标。特别是，铅的基准剂量下限（BMDL）是出发点，并不建立安全暴露阈值。因此，结果为在假设暴露情景下评估的成分提供了初步表征，但不排除潜在健康风险。总收益商数（TBQ）在模拟分布的上端接近1，特别是在1–6岁儿童中，表明在建模条件下具有潜在相关的营养贡献。然而，这些发现基于理论替代和暴露情景，而非实验制备的饼干。因此，研究结果确定了帕朱罗种皮粉和种仁粉的营养潜力，但并未确立其在商业食品应用中的适用性。需要使用实验制备配方进行进一步研究，以评估技术特性、感官可接受性、加工对营养素生物利用度和污染物水平的影响以及整体产品安全性。