Nina Bilandžić, Marija Sedak, B. Čalopek, Maja Đokić, Božica Solomun Kolanović, Ivana Varenina, Đurđica Božić, Ines Varga, Natalija Đafić, Dijana Mišetić, Snježana Zrnčić i D. Oraić
Dr. sc. Nina BILANDŽIĆ, dipl. ing. biotehnol., znanstvena savjetnica, Marija SEDAK, dipl. ing. prehr. tehnol.; Bruno ČALOPEK, dipl. ing. prehr. tehnol., Maja ĐOKIĆ, dipl. ing. kem. tehnol., Božica SOLOMUN KOLANOVIĆ, dipl. ing. biotehnol., Ivana VARENINA, dipl. ing. biotehnol., Đurđica BOŽIĆ, dipl. ing. biotehnol., Ines VARGA, dipl. ing. biotehnol., dr. sc. Snježana ZRNČIĆ, dr. med. vet, znanstvena savjetnica, dr. sc. Dražen ORAIĆ, dr. med. vet., znanstveni savjetnik, Hrvatski veterinarski institut, Zagreb; mr. sc. Natalija ĐAFIĆ, dr. med. vet., Dijana MIŠETIĆ, prof. kem., Hrvatski veterinarski institut – Veterinarski zavod Rijeka, Rijeka
UvodMaterijali i metodeRezultati i raspravaProcjena dnevnog unosa elemenataSažetakLiteraturaAbstract
Uvod
Kao rezultat industrijalizacije, obalna područja mora i oceana izložena su onečišćenju različitim kemijskim tvarima koja predstavljaju potencijalni rizik za ljudsko zdravlje konzumiranjem kontaminirane hrane. Također, ribolov i rekreativne aktivnosti u obalnim područjima dodatno zagađuju priobalne vode Jadranskog mora. Istraživanja hrvatske istočne obale Jadrana intezivirana su utvrđivanjem onečišćenja mora određivanjem teških metala u školjkama i sedimentima (Kljaković i sur., 2006., Scancar i sur., 2007.). Mnogi morski organizmi korišteni za prehranu akumuliraju visoke razine metala iz svog okoliša što sa stajališta zdravstvene ispravnosti i sigurnosti hrane predstavlja opasnost za zdravlje i čini ih neuporabljivim za prehranu u Jadranskom moru (Giusti i Zhang, 2002., Kljaković-Gašpić i sur., 2006., Bilandžić i sur., 2011.) te u ostalim svjetskim morima (Amiard i sur., 2008., He i Wang, 2013). Dijetalna izloženost elementima kao što su: kadmij (Cd), živa (Hg), arsen (As) i olovo (Pb) povezana je sa štetnim učincima na zdravlje (Robards i Worsfold 1991.). Stoga se danas školjkaši koriste kao biomarkeri praćenja zagađenja morskih sustava i pokazuju različite stupnjeve onečišćenja teškim metalima (Liang i sur., 2004., Amiard i sur., 2008., Copat i sur., 2013.).
U posljednjih nekoliko godina propagira se prehrana konzumacijom plodova mora, jer je bogata proteinima, sadrži nisku razinu kolesterola i visok postotak polinezasićenih masnih kiselina te u mastima topivih vitamina i esencijalnih elemenata (Barrento i sur., 2008.). Jedan od najčešće istraživanih vrsta školjki je kamenica (Ostrea edulis) za koju se zna da je vrijedan izvor proteina i vitamina te elemenata kao što su: kalcij (Ca) i željezo (Fe) (Haidari i sur., 2012.). Istraživanja su pokazala da populacija koje koriste prehranu bogatu plodovima mora imaju nizak rizik od koronarnih bolesti srca, hipertenzije i raka (Simopolpoulos, 1997.).
Redovit unos esencijalnih elemenata putem hrane od vitalnog je značenja, jer njihov nedostatak dovodi do nepravilnog metabolizma posredovanog enzimima, rezultira zatajanjem organa, kroničnih bolesti i na kraju smrti (FAO/WHO, 2002.).
Osim što je Ca važan kao bioaktivni mineral uključen u rast, metabolizam i razvoj kostiju, važan je i za održavanje integriteta koštanog tkiva u starijih osoba te prevenciju osteoporoze i hipertenzije (Kanis, 1993.). Poznato je da izloženost hipertenziji i kardiovaskularnim bolestima moguće prevenirati prehranom bogatom Ca, magnezijem (Mg) i kalijem (K), odnosno niskim koncentracijama natrija (Na) (Park, 2009.). Elementi u tragovima kao što su: željezo (Fe), bakar (Cu), cink (Zn), selen (Se), mangan (Mn) i drugi su bitni mikronutrijenati potrebni u odgovarajućim količinama za održavanje niza fizioloških funkcija (Noël i sur., 2012.).
Željezo je sastavni dio hemoglobina i s drugim proteinskim strukturama sastavni je dio mioglobina, koji drži zalihe kisika u mišićima i citokroma te je tako uključen u stanično disanje (Soares i sur., 2010.). Mangan je uključen u funkcije brojnih organskih sustava, odnosno enzimskih sustava. Potreban je za normalan rad imunosnog sustava, regulaciju šećera u krvi, regulaciju stanične energije, reprodukciju, probavu, rast kostiju, a učestvuje i u obrambenim mehanizmima protiv slobodnih radikala (Aschner i Aschner, 2005.).
Cilj je ovog istraživanja primarno bio određivanje i usporedba koncentracija makrominerala (Ca, Na, K, Mg) i esencijalnih elemenata (Fe, Mn) u četiri vrste školjkaša uzgojenih na obalama Istre te njihova usporedba s rezultatima sličnih studija. Isto tako, proveden je izračun doprinosa svakog elementa četiri vrste školjaka u odnosu na referentne prehrambene vrijednosti.
Materijali i metode
Uzorkovanje školjaka
Ukupno 35 uzoraka četiri vrste školjaka prikupljano je na uzgajalištima Istre tijekom jeseni 2013. godine.
Europska kamenica (lat. Ostrea edulis) prikupljana je na uzgajalištu Limskog kanala, jadranske dagnje (lat. Mytilus galloprovincialis) prikupljane su na istočnoj obali Istre na uzgajalištima Medulinskog i Raškog kanala te na zapadnoj obali na uzgajalištima Limskog i Savudrijskog kanala, jakobove kapice (lat. Pecten jacobaeus) i brbavica (lat. Venus verrucosa) prikupljane su na zapadnoj obali Istre.
Nakon prikupljanja, uzorci su označeni i spremljeni u polietilenske vrećice te smrznuti na -18 °C do analize.
Kemikalije
Korištene su kemikalije analitičke čistoće, HNO3 i H2O2 (p.a. Kemika, Hrvatska).
Ultračista voda za razrijeđivanje standarda dobivena je pomoću sustava za pročišćavanje vode NIRO VV UV UF 20 (Nirosta d.o.o. Water Technologies, Osijek, Hrvatska).
Plastično i stakleno suđe prano je ispiranjem razrijeđenom HNO3 (1/9, v/v) te isprano ultračistom vodom i osušeno prije uporabe.
Za kalibraciju instrumenta korišteni su certificirani standardi Cd i Pb od 1000 mg/L (Perkin Elmer, SAD). Radni standardi su pripremani razrijeđivanjem certificiranih standarda s 0,5% HNO3.
Priprema uzoraka
Uzorci školjaka (0,5 g) razarani su sa 4 mL HNO3 (65%) i 2 mL H2O2 (30%) mokrim spaljivanjem u mikrovalnoj pećnici Multiwave 3000 (Anton Paar, Njemačka).
Mikrovalna digestija započinje na snazi razaranja od 500 W (4 minute), zatim u drugom koraku na 1000 W (5 minuta) te u trećem koraku na 1400 W u trajanju od 10 minuta. Razoreni uzorak kvantitativno se prenosi u odmjerne tikvice od 25 mL te dopuni do oznake ultračistom vodom.
Isti postupak koristi se za slijepu probu.
Uzorci su analizirani u serijama koje su uključivale slijepu probu, standarde za kalibracijsku krivulju i dva uzorka s dodanim elementima. Određene su granice detekcije elemenata (LOD) izračunom koje odgovaraju tri puta standardnim devijacijama deset negativnih uzoraka (mg/kg, mokre težine): Ca 0,01, Na 0,01, K 0,025, Mg 0,02, Fe 0,005, Mn 0,01.
Određivanje koncentracija elemenata primjenom ICP-OES
Koncentracije elemenata određivane su primjenom induktivno spregnute plazme s optičkim emisijskim spektrometrom (ICP-OES) s aksijalnim i radijalnim pregledom plazme modela Optima 8000 opremljenim autosamplerom 10 S (Perkin-Elmer, SAD). Polikromator uređaja ima raspon spektra od 160-900 nm te rezoluciju od 0,009 nm na 200 nm. Radni uvjeti instrumenta prikazani su u Tabeli 1.
Izračun procjene dnevnog unosa (EDI)
Za izračun je korištena prosječna potrošnja školjkaša u Hrvatskoj od 20 g dnevno po odrasloj osobi (Antonić i sur., 2007.). Vrijednosti EDI korištene su za izračun doprinosa svakog elementa u odnosu na referentne prehrambene vrijednosti, odnosno preporuči dijetetski dodatak za žene i muškarce (RDA, Recommended Dietary Allowance) i adekvatan unos (AI, Adequate Intake).
Izračun procjene dnevnog unosa (EDI) proveden je prema formuli (Copat i sur., 2013.):
Statistička analiza
Statistička analiza provedena je programom STATA ® 13.1 (StataCorp LP®, SAD). Koncentracije elemenata određene u tkivu školjkaša s Istarske obale izražavane su kao minimalna i maksimalna određena koncentracija, medijan, srednja vrijednost ± standardna devijacija (SD). Primijenjen je Shapiro-Wilk test za određivanje distribucije podataka te One-way ANOVA test i Kruskal-Wallis test za određivanje razlike u koncentracijama elemenata između školjkaša. Statistički značajne su razlike izražavane na nivou vjerojatnosti ≤ 0,01.
Rezultati i rasprava
Koncentracije elemenata u školjkama
Makrominerali Ca, K, Na i Mg su uključeni u brojne fiziološke procese u tijelu, od kojih su najvažniji kontrakcija mišića, vodljivost živaca, održavanje pH, osmotski tlak i proizvodnja energije (Institute of Medicine, 2005.). Stoga je od presudnog značenja za pravilno funkcioniranje organizma balansirati njihovu količinu kroz ispravnu prehranu.
Brojne studije ističu prehrambenu vrijednost školjaka s obzirom na sastav elemenata, no naglašavaju i njihov potencijal, osobito dagnji i kamenica, kao bioindikatora zagađenja morskih sustava (Liang i sur., 2004., Amiard i sur., 2008., Calatayud i sur., 2012., Copat i sur., 2013.). Naime, zbog načina hranjenja filtriranjem hranjivih tvari iz vode (do 20 litara dnevno) kroz svoje škrge u tkivu nakupljaju brojne štetne tvari i tako mogu pokazati različite stupnjeve onečišćenja, na primjer teškim metalima. Stoga je bitno korištenje školjaka iz kontroliranih staništa te se danas najčešće uzgajaju u morskim akvakulturama među kojima su najbrojnije dagnje i kamenice. U prehrani se od morskih školjaka najviše koriste dagnje, kamenice, prstaci, vongole, jakobove kapice, kunke.
Rezultati statističke analize koncentracija elemenata Ca, Na, K, Mg, Fe i Mn u četiri vrste školjkaša uzgajanih na obalnim lokacijama Istre prikazani su u Tabeli 2.
Utvrđene su statistički značajne razlike u koncentracijama svih analiziranih elemenata između četiri vrste školjaka (p < 0,01, sve). Koncentracije Ca određene su u rasponu od 223 do 16761 mg/kg. Najviša srednja vrijednost od 6893 mg/kg utvrđena je u brbavicama, a najniža od 584 mg/kg u jakobovim kapicama. Raspon koncentracija za K kretao se od 1435 do 3473 mg/kg. Najviša srednja vrijednost od 2746 mg/kg određena je u jakobovim kapicama, dok je najniža od 1741 mg/kg utvrđena u dagnjama uzorkovanim na istočnoj obali Istre. Koncentracije ostalih elemenata određene su u rasponu (mg/kg): Na 4581-9029, Mg 520-3671, Fe 4,79-523, Mn 0,63-27,6. Najviše srednje vrijednosti koncentracija Mg, Fe i Mn od 1887, 223 i 20,1 mg/kg utvrđene su u brbavicama. Najniže vrijednosti elemenata su (mg/kg): Mg od 771 u kamenicama, Fe od 16,9 u jakobovim kapicama, Mn od 1,77 i 2,22 u dagnjama. Uspoređivanjem koncentracija elemenata dagnji uzorkovanih na uzgajalištima istočne i zapadne obale Istre utvrđene su slične vrijednosti. U zadnjih nekoliko godina u literaturnim podatcima nema radova s koncentracijama makroelemenata Ca, K i Na u pojedinim vrstama školjaka. Najveći broj radova fokusiran je na koncentracije teških metala As, Cd, Hg i Pb, odnosno elemenata Zn i Cu (Giusti i Zhang, 2002., Kljaković-Gašpić i sur., 2006., Amiard i sur., 2008., Copat i sur., 2013., He i Wang, 2013., Bogdanović i sur., 2014.). Makroelementi su određivani u okviru studija ukupne dijete stanovništva u pojedinim zemljama. Francuska agencija za sigurnost hrane (AFSSA) provela je drugu studiju ukupne dijete (Total Diet Study, TDS) određivanja makrominerala i elemenata u tragovima u različitim vrstama hrane u svrhu procijene prehrambene izloženosti stanovništva u Francuskoj (Chekri i sur., 2012., Millour i sur., 2012., Noël i sur., 2012.). Pri tome su određene i koncentracije u školjkama kao posebnoj grupi te su određene srednje koncentracije (raspon) elemenata (mg/kg): Ca 1418 (98-5650); Mg 776 (367-1280); K 2329 (1050-4340); Na 5299 (388-8920); Mn 3,37 (0,077-21,0); Fe 27,4 (3,15-74,6). U ovome su radu utvrđene slične vrijednosti elemenata u kamenicama (osim za Fe) dok vrijednosti za ostale elemenate divergiraju u ostale tri vrste školjki.
U okviru studije ukupne dijete u Kini određeni su mediani (raspon)el emenata (mg/kg): Ca 548 (439-9460); Mg 354 (247-442); K 1840 (1380-3230); Na 1350 (573-5920); Mn 3,19 (1,14-15,2); Fe 25,0 (2,83-138) (Jiang i sur., 2015.). U odnosu na ove vrijednosti u ovome radu su utvrđene značajno više vrijednosti za: Ca u brbavicama; K u kamenicama, brbavicama i jakobovim kapicama; Na i Mg u sve četiti vrste; Fe u svima osim u jakobovim kapicama; Mn u brbavicama.
Niže vrijednosti utvrđene su za: Fe u jakobovim kapicama; Mn u dagnjama.
Koncentracije Mg dobivene u ovome radu podudaraju se s koncentracijama određenim u opsegu od 621 do 1226 mg/kg u prijašnjem istraživanju ukamenicama s dvije lokacije s Jadranske obale (Bilandžić i sur., 2014).
Koncentracije Fe utvrđene u dagnjama u ovome radu (49,5-53,9 mg/kg) su značajno niže od koncentracija utvrđenih u nedavnom istraživanju u dagnjama u Crnoj Gori gdje su, ovisno o lokaciji, određene u rasponu od 128 do 603 mg/kg (Joksimović i sur., 2011.).
Međutim, koncentracije određene u ovome radu su značajno više od onih u dagnjama (12,2-46,1 mg/kg) te su slične koncentracijama u kamenicama (27,6 – 74,3 mg/kg) utvrđenim na različitim priobalnim lokacijama u Kini (He i Wang, 2013.). Utvrđene koncentracije Fe su za 2-3 puta više od vrijednosti određenih u dagnjama (23,9 mg/kg) i kamenicama (19,5 mg/kg) s francuske obale (Guérin i sur., 2011.).
Koncentracije Mn od 1,77 i 2,22 mg/kg određene u dagnjama slične su koncentracijama izmjerenim na različitim lokacijama u Kini (1,76-3,76 mg/kg) gdje je na jednoj lokaciji nađena i koncentracija od 10,6 mg/kg (He i Wang, 2013.). S obzirom na lokacije u crnogorskim obalnim lokacijama koncentracije Mn variraju od 7,3 do 85,2 mg/kg (Joksimović i sur., 2011.). U nedavnoj studiji u Španjolskoj u dagnjama su utvrđene slične srednje vrijednosti Mn (0,926 mg/kg) kao i u ovoj studiji (Olmedo i sur., 2013.). Rezultati utvrđeni u kamenicama i dagnjama slični su vrijednostima određenim u Francuskoj od 3,01, odnosno 1,06 mg/kg (Guérin i sur., 2011.).
Procjena dnevnog unosa elemenata
Za potrebe procjene prehrambenih vrijednosti koncentracijama elemenata u školjkama izvršen je izračun procjene dnevnog unosa (EDI) koji je zatim uspoređen s preporučenim referentnim vrijednostima za žene i muškarce: preporučeni dijetetski dodatak (RDA, Recommended Dietary Allowance) i adekvatan unos (AI, Adequate Intake).
RDA i AI su preporučene dnevne dijetetske količine elemenata za koje se smatra da zadovoljavaju ili premašuju potrebe zdravih žena i muškaraca (mg/dan): Ca 1000; K 4700; Na 1500; Mg 320 i 420; Fe 18 i 8; Mn 2,3 i 1,8 (Institute of Medicine 2001., 2005., 2010.). U Tabeli 3. prikazane su EDI vrijednosti elemenata i njihov doprinos u odnosu na RDA i AI vrijednosti.
Najviši doprinos RDA vrijednosti za Ca od 574% dale su izračunate EDI vrijednosti za brbavice. Ostale vrste školjki daju doprinosa RDA vrijednosti od 47,7 do 83,2%. Jedino za K su doprinosi školjaka u odnosu na AI vrijednost ispod 50%. Koncentracije Na u sve četiri vrste školjaka dale su izrazito visoke vrijednosti doprinosa u odnosu na AI vrijednosti, iznad 310%.
Izrazito visoke EDI vrijednosti izračunate su i za Mg, Fe, i Mn te su u donosu na RDA i AI vrijednosti dale doprinos od 72,2 do čak 2325%. Najveći doprinos RDA vrijednostima dale su brbavice za elemente (%): Mg 492 (Ž) i 375 (M), Fe 1033 (Ž) i 2325 (M), Mn 730 (Ž) i 933 (M).
Dobiveni rezultati usporedbe doprinosa elemenata u odnosu na referentne dnevne potrebe potvrdili su da su školjke bogat izvor makroelemenata Ca, K, Na i Mg (Chekri i sur., 2012.) odnosno mikroelemenata Fe i Mn (Millour i sur., 2012., Noël i sur., 2012.).
Zaključno, analize makrominerala Ca, K, Na i Mg te esencijalnih elemenata Fe i Mn u pokazale su da su četiri vrste školjkaša s istarske obale bogate analiziranim elementima. Pri tome su brbavice dale najveće koncentracije Ca, Mg, Fe i Mn što ih čini najznačajnim izvorom ovih elemenata u prehrani.
Sažetak
Koncentracije makrominerala (Ca, Na, K, Mg) i esencijalnih elemenata (Fe, Mn) određene su u četiri vrste školjkaša (kamenice, dagnje, jakobove kapice i brbavice) prikupljanih na uzgajalištima istočne i zapadne obale Istre. Koncentracije elemenata određene su u rasponu (mg/kg): Ca 223-16761, Na 4581-9029, K 1435-3473, Mg 520-3671, Fe 4,79-523, Mn 0,63-27,6. Najviše srednje vrijednosti elemenata određene su u brbavicama (mg/kg): Ca 6893, Mg 1887, Fe 223, Mn 20,1. Najviša srednja vrijednost K od 2746 mg/kg određena je u jakobovim kapicama.
Najniže vrijednosti elemenata su (mg/kg): Mg 771, kamenice; Fe 16,9, jakobove kapice; Mn 1,77 i 2,22, dagnje. Utvrđene su statistički značajne razlike u koncentracijama svih analiziranih elemenata između četiri vrste školjaka (p<0,01, sve). Koncentracije elemenata u dagnjama uzorkovanih na uzgajalištima istočne i zapadne obale Istre pokazale su slične vrijednosti. Za potrebe procjene prehrambenih vrijednosti koncentracijama elemenata u školjkama određen je izračun doprinosa procjene dnevnog unosa (EDI) u odnosu na referentne vrijednosti preporučeni dijetetski dodatak (RDA) i adekvatan unos( AI). Najviši doprinos RDA vrijednosti za Ca od 574% utvrđen je za brbavice, a ostale tri vrste školjki daju doprinos od 47,7 do 83,2%. Doprinos školjaka za K obzirom na AI vrijednost je ispod 50%. Koncentracije Na u sve četiri vrste školjaka dale su visoke doprinose u odnosu na AI vrijednost, iznad 310%. Brbavice su pokazale najveći doprinos u odnosu na RDA vrijednosti za elemente (%): Mg 492 (Ž) i 375 (M), Fe 1033 (Ž) i 2325 (M), Mn 730 (Ž) i 933 (M). Sve četiri vrste školjki bogati su izvor makrominerala Ca, K, Na i Mg te esencijalnih elemenata Fe i Mn. Pri tome su brbavice dale najveće koncentracije Ca, Mg, Fe i Mn što ih čini najznačajnim izvorom ovih elemenata u prehrani.
Literatura [… prikaži]
Differences in element contents of shellfish from coastal locations of Istria
Nina BILANDŽIĆ, Grad. Biotechnology Eng., PhD, Scientific Advisor, Marija SEDAK, Grad. Food Technology Eng., Bruno ČALOPEK, Grad. Food Technology Eng., Maja ĐOKIĆ, Grad. Chem. Technology Eng., Božica SOLOMUN KOLANOVIĆ, Grad. Biotechnology Eng., Ivana VARENINA, Grad. Biotechnology Eng., Đurđica BOŽIĆ, Grad. Biotechnology Eng., Ines VARGA, Grad. Biotechnology Eng., Snježana ZRNČIĆ, DVM, PhD, Scientific Advisor, Dražen ORAIĆ, DVM, PhD, Scientific Advisor, Croatian Veterinary Institute Zagreb; Natalija ĐAFIĆ, DVM, MSc, Dijana MIŠETIĆ, Prof. Chem., Veterinary Institute Rijeka, Rijeka- Croatian Veterinary Institute
Concentrations of macrominerals (Ca, Na, K, Mg) and essential elements (Fe, Mn) were determined in four types of shellfish (oysters, mussels, scallops and warts ) collected along the coast of Istria. Element concentrations were determined in the range (mg/kg): Ca 223–16,761, Na 4581–9029, K 1435–3473, Mg 520–3671, Fe 4.79–523, Mn 0.63–27.6. The highest means were determined in warts (mg/kg): Ca 6893, Mg 1887, Fe 223, Mn 20.1. The highest mean value of K of 2746 mg/kg was determined in scallops. The lowest means were measured as (mg/kg): Mg 771 in oysters; Fe 16.9 in scallops; Mn 1.77 and 2.22 in mussels. Significant differences in the concentrations of all analyzed elements were found among the four types of shellfish (p<0.01, all). Element concentrations in mussels sampled at locations along the eastern and western coast of Istria showed similar values. For the purpose of assessing the nutritional value of element concentrations in shellfish, the contribution to the estimate daily intake (EDI) was calculated and compared to the reference values of the recommended dietary allowance (RDA) and adequate intake (AI). The highest contribution to RDA values for Ca of 574% was found for warts, with the other three types of shellfish contributing 47.7 to 83.2%. The contribution of K to the AI value was below 50%. The measured Na concentrations in all four types of shellfish gave higher contributions in relation to the AI value, over 310%. Warts showed the largest contribution in relation to the RDA values for elements (%): Mg of 492 (W ) and 375 (M ), 1033 Fe (F ) and 2325 (M ), Mn of 730 (W) and 933 (M ). All four types of shellfish are a rich source of the macrominerals Ca, K, Na, Mg and essential elements Fe and Mn. Warts contain the highest concentrations of Ca, Mg, Fe and Mn, which makes them the most important dietary source of these elements.
