《Microchemical Journal》：Elemental fingerprinting reveals nutritional differences between commercial and naturally dried tropical fruits: a chemometric and Monte Carlo simulation approach
编辑推荐：
•商业干果与自然干果相比表现出截然不同的元素谱。•主要、微量及潜在毒性元素通过 ICP-MS 进行定量。•蒙特卡洛模拟对暴露不确定性进行建模，用于概率性消费者安全和癌症风险评估。•使用既定指数评估了营养贡献和健康风险。•多元分析揭示了基于元素组成的清晰聚类。•该研究提供了对干
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商业干果与自然干果相比表现出截然不同的元素谱。
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主要、微量及潜在毒性元素通过 ICP-MS 进行定量。
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蒙特卡洛模拟对暴露不确定性进行建模，用于概率性消费者安全和癌症风险评估。
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使用既定指数评估了营养贡献和健康风险。
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多元分析揭示了基于元素组成的清晰聚类。
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该研究提供了对干果产品组成的比较见解。
引言
近年来，由于消费者对方便、耐储存且被视为传统加工食品更健康替代品的果基零食产品需求不断增加，全球干果市场显著扩张 [1], [2], [3]。商业干果产品在成分上可能不同于直接由新鲜原料干燥的水果，因为工业加工和配方实践可能会改变其化学成分。它们含有新鲜干果中不存在的添加糖、载体剂和热诱导化合物，导致甜度和视觉吸引力增强，但生物活性化合物减少，并可能引发食品安全担忧 [4], [5], [6]。总体而言，在相同“干果”名称下销售的产品可能因植物来源、栽培条件、成分配方和采后处理的不同而存在显著差异 [7], [8], [9], [10]。这些差异强调了具备评估成分完整性、产品差异性和真实性能力的稳健分析方法的必要性。
在干果的成分特征中，多元素谱代表高度信息化的分析指纹，因为它们既反映了内在的植物特性，也反映了外在的环境和技术影响。必需元素和微量元素的分布受水果种类、地理来源、土壤特征、农业实践和成熟条件的影响，而脱水、配方和工业加工可能进一步改变这些元素特征 [10], [11], [12], [13], [14]。因此，多元素谱分析已成为食品表征、真实性评估和质量评价中日益有价值的分析策略。食品元素谱分析通常使用先进的光谱技术进行，如电感耦合等离子体光学发射光谱 (ICP-OES)、电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 和微波等离子体原子发射光谱 (MP-AES)。这些技术通常需要适当的样品消解，最常见的是通过微波辅助酸消解，以确保完整的元素提取和准确定量 [15], [16], [17], [18]。电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)，特别是与化学计量学分析结合时，能够通过揭示与植物来源、加工历史、环境暴露和潜在污染相关的系统性成分差异，实现对元素指纹的综合表征 [19], [20]。
由于食品基质受众多相互作用变量的影响，仅基于单个元素浓度进行的解释往往是不够的。化学计量学方法，包括主成分分析 (PCA)、层次聚类分析 (HCA) 和相关性分析，能够通过识别自然分组模式、元素间关系和成分变异的潜在来源，从多元素数据集中提取有意义的分析信息。因此，元素指纹与多元统计分析的结合为产品表征、真实性评估和质量评价提供了一个强大的分析框架，将元素数据的解释扩展到简单的浓度测量之外 [21], [22], [23], [24]。
元素指纹还提供关于营养相关性和食品安全的同步信息。水分去除预计会浓缩天然存在的矿物质，而工业加工、成分添加和配方实践可能改变必需元素的相对丰度。同样，特定微量元素浓度的升高可能源自农业实践、灌溉水、环境暴露、加工设备或生产链中引入的污染 [10], [11], [25]。因此，元素指纹的综合解释应在统一的分析框架内结合营养意义和潜在安全影响。对于 Cd、Pb、Ni、Cr 和 As 等潜在毒性元素，膳食暴露评估仍然特别重要，它们在干果中的存在取决于环境和技术因素。尽管先前的研究通常报告平均健康风险较低，但在水果种类、地理来源和商业产品之间观察到了相当大的变异性 [26], [27], [28], [29], [30]。在此背景下，蒙特卡洛模拟 (MCS) 补充了确定性风险评估，通过考虑元素浓度、膳食摄入量和体重的变异性，为膳食暴露和人群风险提供更现实的表征 [31]。
尽管许多研究调查了干果的元素组成或健康风险，但结合基于 ICP-MS 的多元素指纹分析、化学计量数据探索、营养相关性和概率性暴露评估的综合分析研究仍然很少，特别是对于商业加工热带干果与直接由新鲜原料干燥的水果之间的直接比较。此外，先前的研究通常专注于干果的元素组成，而没有在统一的分析框架内结合成分指纹分析、营养评估和基于暴露的风险评估 [25], [32], [33]。因此，研究人员仍然不能完全理解工业加工如何影响元素指纹及其对成分完整性、营养等效性和安全性相关质量属性的影响。
为了解决这一分析空白，本研究提出了一种基于 ICP-MS 的分析工作流程，用于全面评估商业和自然干燥的热带水果。使用多元素指纹分析、营养贡献评估、化学计量模式识别（PCA、HCA 和 Spearman 相关性分析）以及确定性和蒙特卡洛支持的概率性健康风险评估，评估了十五种必需和潜在毒性元素。我们假设工业加工和商业配方实践会显著改变多元素指纹，产生不同的元素模式，并影响营养相关性和基于暴露的风险表征。通过将元素谱分析与多元分析和概率性暴露建模相结合，本研究展示了 ICP-MS 超越常规元素测定的分析能力。它为干果产品的真实性评估、质量控制、营养评估和食品安全监测提供了一个实用的框架。
章节片段
化学品和试剂
硝酸 (65%, 痕量金属级) 和盐酸 (37%, 痕量金属级) 购自 Merck (德国达姆施塔特)。超纯水 (18.2?MΩ·cm) 使用 Direct-Q8 纯化系统 (Merck-Millipore, 德国) 获得。认证多元素校准标准溶液和含有钪 (Sc)、钇 (Y) 和铟 (In) 的内标溶液购自 High-Purity Standards (美国南卡罗来纳州查尔斯顿)，用于 ICP-MS 校准和信号校正。
微量 - 宏量元素及每日营养值
商业和自然干燥热带水果的元素谱显示出明显的成分分歧，表明这两个产品组在营养上并不等效。如图 S1 和表 S3 所示，自然干燥水果通常含有更高浓度的内在矿物质，特别是 K、Mg、P、Mn、Cu、Zn 和 Fe。相比之下，商业干燥产品的特征是 Na 浓度显著升高。单因素方差分析后接 Tukey 事后检验
结论
本研究表明，基于 ICP-MS 的多元素指纹分析，结合化学计量学分析、营养贡献评估和蒙特卡洛模拟支持的健康风险评估，为商业和自然干燥热带水果的表征提供了全面的分析框架。识别出生产类别之间存在显著的成分差异，自然干燥水果通常表现出更高的浓度
CRediT 作者贡献声明
Mehmet Emin ?eker: 写作 - 审查与编辑，写作 - 原稿撰写，监督，调查，概念化。 Mehmet Metin Yazman: 方法论，形式分析，数据整理。 Ay?egül Erdo?an: 写作 - 审查与编辑，写作 - 原稿撰写，验证，方法论，调查，概念化。 Bayram Yüksel: 写作 - 审查与编辑，方法论，形式分析。 Fikret Ustao?lu: 方法论，形式分析。
资金来源
本研究未收到公共、商业或非营利部门资助机构的任何特定拨款。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能看似影响了本文报告的工作。
Mehmet Emin ?eker|Mehmet Metin Yazman|Ay?egül Erdo?an|Bayram Yüksel|Fikret Ustao?lu
