فرآیند جامع ارزیابی ریسک سلامت عناصر کمیاب در بخش‌های مختلف گیاه زعفران (Crocus Sativus L.): از خاک تا کلاله

زعفران (Crocus Sativus L.)، به ویژه کلاله آن، یک ادویه و گیاه دارویی ارزشمند جهانی است. با این حال، درک فرآیند جامع جذب و تجمع عناصر کمیاب در تمام قسمت‌های گیاه، از خاک تا کلاله، برای تضمین ایمنی مواد غذایی و ارزیابی خطرات بالقوه سلامتی بسیار مهم است. این مطالعه با هدف انجام ارزیابی دقیق خطرات سلامتی عناصر کمیاب در اجزای مختلف گیاه زعفران (کلاله، برگ‌ها، گلبرگ‌ها، بنه‌ها، ساقه‌ها)، در کنار تجزیه و تحلیل خاک کشت و آب آبیاری (کل نمونه‌ها = 70) انجام شد. این تحقیق بر کمی‌سازی غلظت عناصر، ارزیابی دینامیک انتقال آنها در گیاه و ارزیابی خطرات مرتبط با سلامت انسان از طریق قرار گرفتن در معرض رژیم غذایی متمرکز بود.تجزیه و تحلیل با استفاده از روش طیف‌سنجی نشر نوری پلاسمای جفت‌شده القایی (ICP-OES) تجمع آهن (Fe، میانگین ۱.۴۶ میلی‌گرم بر کیلوگرم) و آلومینیوم (Al، میانگین ۲۹.۷۳ میلی‌گرم بر کیلوگرم) را در کلاله خوراکی نشان داد و پس از آن روی (Zn، ۰.۵۵ میلی‌گرم بر کیلوگرم)، منگنز (Mn، ۰.۱۸ میلی‌گرم بر کیلوگرم) و مس (Cu، ۰.۱۱ میلی‌گرم بر کیلوگرم) قرار داشتند. خاک کشت زعفران غلظت بسیار بالایی از Al (۲۷۳.۶۰ میلی‌گرم بر کیلوگرم) و Fe (۲۷۵.۸۳ میلی‌گرم بر کیلوگرم) را نشان داد که نشان‌دهنده فراهمی زیستی بالا و انتقال به بافت‌های گیاه است. نکته مهم این است که فلزات سمی مانند کادمیوم (Cd)، سرب (Pb)، آرسنیک (As)، نیکل (Ni) و کروم (Cr) در تمام قسمت‌های گیاه مورد تجزیه و تحلیل، بسیار پایین‌تر از آستانه‌های ایمنی تعیین‌شده بودند. یک رویکرد نقشه حرارتی، خوشه‌بندی نمونه دقیقی را ارائه داد و الگوهای توزیع عناصر را نشان داد. علاوه بر این، شبیه‌سازی‌های مونت کارلو (MCS) برای ارزیابی ریسک سلامت نشان داد که مقادیر محاسبه‌شده‌ی ضریب خطر هدف (THQ) و ریسک افزایشی سرطان در طول عمر (ILCR) برای مواجهه با فلزات سمی از طریق مصرف زعفران به طور قابل توجهی پایین‌تر از حد ایمنی بودند. هر دو جمعیت بزرگسال و کودک، ریسک غیرسرطان‌زای ناچیز (THQ < 1) و سطوح ریسک سرطان‌زایی قابل قبول (ILCR < 10-6) را نشان دادند که نشان‌دهنده‌ی حداقل نگرانی‌های بهداشتی ناشی از مصرف زعفران از طریق رژیم غذایی در شرایط مورد مطالعه است.این تحقیق، ارزیابی جامع چند بافتی از فلزات ضروری و سمی در زعفران را با ادغام داده‌های بافت‌های گیاهی، خاک و آب آبیاری ارائه می‌دهد. این تحقیق، چگونگی حرکت عناصر کمیاب به سمت کلاله خوراکی را روشن می‌کند و شواهد کلیدی برای کنترل کیفیت و ارزیابی ایمنی ارائه می‌دهد. این یافته‌ها به (ⅰ) ایجاد خطوط پایه ایمنی برای استانداردهای نظارتی و کیفی، (ⅱ) اطلاع‌رسانی در مورد شیوه‌های کشاورزی با آشکار کردن مکانیسم‌های جذب فلزات، و (ⅲ) ارزیابی ریسک‌های سلامت مصرف‌کننده از طریق تجزیه و تحلیل مواجهه با رژیم غذایی کمک می‌کند. این مطالعه با پوشش کل مسیر از خاک تا کلاله و به‌کارگیری ابزارهای پیشرفته ارزیابی ریسک (THQ، ILCR، MCS)، پایه محکمی برای تحقیقات آینده در مورد مدیریت عناصر در کشت زعفران تشکیل می‌دهد و بینش‌های ارزشمندی را برای ایمنی مواد غذایی و علوم کشاورزی ارائه می‌دهد.

Saffron (Crocus Sativus L.), particularly its stigma, is a valuable global spice and medicinal plant. However, understanding the comprehensive process of trace element uptake and accumulation across all its plant parts, from soil to stigma, is crucial for ensuring food safety and assessing potential health risks. This study aimed to conduct a detailed health risk assessment of trace elements in different components of the saffron plant (stigma, leaves, petals, corms, stems), alongside and analysis of cultivation soil and irrigation water (total samples = 70). The investigation focused on quantifying element concentrations, evaluating their translocation dynamics within the plant, and assessing the associated human health risks through dietary exposure.

Analysis using the inductively coupled plasma optical emission spectroscopy (ICP-OES) method revealed accumulation of iron (Fe, mean 1.46 mg/kg) and aluminum (Al, mean 29.73 mg/kg) in the edible stigma, followed by zinc (Zn, 0.55 mg/kg), manganese (Mn, 0.18 mg/kg), and copper (Cu, 0.11 mg/kg). The saffron cultivation soil exhibited very high concentrations of Al (273.60 mg/kg) and Fe (275.83 mg/kg), suggesting high bioavailability and transfer to the plant tissues. Importantly, toxic metals, such as cadmium (Cd), lead (Pb), arsenic (As), nickel (Ni), and chromium (Cr), were found to be well below established safety thresholds in all analyzed plant parts. A heatmap approach provided detailed sample clustering, illustrating element distribution patterns. Furthermore, Monte Carlo simulations (MCS) for health risk assessment demonstrated that the calculated target hazard quotient (THQ) and incremental lifetime cancer risk (ILCR) values for toxic metal exposure via saffron consumption were significantly below safety limits. Both adult and child populations showed negligible non-carcinogenic risk (THQ < 1) and acceptable carcinogenic risk levels (ILCR < 10-6), indicating minimal health concerns from dietary intake of saffron under the studied conditions.

This research presents a comprehensive multi-tissue assessment of essential and toxic metals in saffron, integrating data from plant tissues, soil, and irrigation water. It clarifies how trace elements move toward the edible stigma, providing key evidence for quality control and safety evaluation. The findings contribute to (ⅰ) establishing safety baselines for regulatory and quality standards, (ⅱ) informing agricultural practices by revealing metal uptake mechanisms, and (ⅲ) assessing consumer health risks through dietary exposure analysis. By covering the entire pathway from soil to stigma and applying advanced risk-assessment tools (THQ, ILCR, MCS), this study forms a solid foundation for future research on element management in saffron cultivation and offers valuable insights for food safety and agricultural science.