釀酒酵母 對錦鯉魚體內(nèi)銅、汞、鎘三種重金屬排隊效果的比較研究

張金碩，許曉曦，*，滕國新

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030;2.北京三元食品股份有限公司，北京100085)

釀酒酵母 對錦鯉魚體內(nèi)銅、汞、鎘三種重金屬排隊效果的比較研究

張金碩1，許曉曦1，*，滕國新2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030;2.北京三元食品股份有限公司，北京100085)

通過對錦鯉魚幼魚進(jìn)行銅、汞、鎘的單一重金屬積累實驗和排除實驗，研究了以釀酒酵母作為飼料添加劑對錦鯉魚內(nèi)臟、鰓和肉的排除作用效果。結(jié)果表明，釀酒酵母對錦鯉魚體內(nèi)臟、鰓和肌肉中積累的銅、汞、鎘均有排除作用，其中對Cu的排除效果比較為肌肉>鰓>內(nèi)臟;對Hg的排除效果比較為內(nèi)臟>肌肉>鰓;對Cd的排除效果比較為肌肉≈內(nèi)臟>鰓。綜合比較得出，釀酒酵母對魚體內(nèi)Cd和Hg的排除效果顯著，可以排除魚肉中絕大多數(shù)的重金屬離子。對Cu的排除效果相對減弱。釀酒酵母對魚體內(nèi)的重金屬排除效果主要體現(xiàn)在內(nèi)臟和肌肉中，而對魚鰓的排除效果不明顯。

錦鯉魚，重金屬，排除，釀酒酵母

近年來，工業(yè)生產(chǎn)中大量使用的重金屬引起了嚴(yán)重的污染，尤其是對水體的污染，造成了人類及動物生存環(huán)境嚴(yán)重的危害。2010年《中國環(huán)境發(fā)展報告》對2009年中國所發(fā)生的多起環(huán)境污染導(dǎo)致人體健康受損事件進(jìn)行總結(jié)分析，包括江蘇鹽城水源被污染，20萬人飲水受影響;湖南瀏陽鎘污染，509人尿鎘超標(biāo)，引發(fā)群體事件;陜西鳳翔615名兒童血鉛超標(biāo);湖南武岡1354人血鉛疑似超標(biāo);“鉛都”河南濟(jì)源1088名兒童接受驅(qū)鉛治療等。這些事件經(jīng)過媒體曝光，震驚社會，也引起全社會對環(huán)境污染和人體健康關(guān)系的廣泛關(guān)注。常見的重金屬污染源有銅、汞、鎘、鉛和砷等，水中的重金屬污染物可通過食物鏈傳遞進(jìn)入人體并對人類造成嚴(yán)重的危害［1］。因此對重金屬吸附劑的研究具有重要意義。釀酒酵母是一類重要的工業(yè)微生物，廣泛應(yīng)用于食品和飲料工業(yè)，可以吸附除去多種有毒重金屬、回收貴金屬以及放射性核素。相對于其它的重金屬吸附劑，釀酒酵母具有廉價、來源穩(wěn)定、量大、易于獲得以及安全性高等特點(diǎn)［2］。目前對釀酒酵母的研究主要包括對其對重金屬吸附性能和吸附機(jī)理的研究、啤酒酵母的固定化研究以及其對重金屬吸附的影響因素的研究等［3］。酵母多糖(Yeast polysaccharide，YPS)是酵母細(xì)胞壁的重要組成部分［4］，應(yīng)用在水產(chǎn)養(yǎng)殖中可以明顯促進(jìn)魚類的生長并且提高魚的成活率［5］。為此，本實驗用錦鯉魚幼魚為實驗材料，對釀酒酵母排除重金屬的效果進(jìn)行了研究，從而為魚類重金屬排除凈化技術(shù)的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

錦鯉魚(Cyprinus carpioi)幼魚 從當(dāng)?shù)鼗B魚市場購得，體長(6.0±1.1)cm，體重(5.9±3.5)g，在經(jīng)曝氣5d的自來水中馴養(yǎng)7d，然后選取健康的個體供實驗所用;釀酒酵母 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院提供;濃HNO3、HClO4均為優(yōu)級純;CuSO4·5H2O、CdCl2·2.5H2O、HgCl2均為分析純;酵母膏、蛋白胨、瓊脂均從北京奧博生物技術(shù)有限責(zé)任公司購得。

AA800型原子吸收光譜儀，DMA－80型測Hg儀，PHS－3C型 pH計，可調(diào)式電熱板，電子分析天平。

1.2 實驗方法

1.2.1 蓄積實驗 需暴露水體的pH為6.95～7.20，水中溶解氧(DO)為7.0～7.5mg/L。馴養(yǎng)以及實驗期內(nèi)的室溫隨天氣變化，溫度范圍在18～25℃，同時保持自然光照。每個水族箱中裝曝氣5d的自來水30L，放養(yǎng)30尾(約50d)錦鯉魚。每種重金屬離子分成兩個水族箱同時喂養(yǎng)，重金屬離子Cu2+、Hg2+、Cd2+的濃度分別為0.15、0.01、0.1mg/L(分別選取國家漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)允許Cu、Hg、Pb濃度的15、20、20倍)，蓄積時間為十二周。每一周取樣一次，同時取三個平行樣，實驗期內(nèi)每3d喂食一次，喂食量按1%體重喂養(yǎng)，保證即喂即食，以免影響水體重金屬離子濃度。處理實驗采取半靜態(tài)法，每天用虹吸法清除魚體內(nèi)代謝產(chǎn)物，更換1/3的重金屬離子溶液。

1.2.2 釀酒酵母吸附劑的制備

1.2.2.1 培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件 斜面培養(yǎng):培養(yǎng)基由5g/L酵母膏、10g/L蛋白胨、20g/L瓊脂和100mL自來水組成，自然pH，于28℃培養(yǎng)24h。擴(kuò)大培養(yǎng):所用培養(yǎng)基除不加瓊脂外，其余成分與斜面培養(yǎng)基相同。將斜面培養(yǎng)的釀酒酵母菌種接種于盛有100mL液體培養(yǎng)基的250mL三角瓶中，置于振蕩培養(yǎng)箱中，轉(zhuǎn)速為100r/min，溫度28℃，培養(yǎng)24h，經(jīng)純度檢查后，再吸取1mL接種于盛有100mL培養(yǎng)基的500mL三角瓶中，置于振蕩培養(yǎng)箱中，轉(zhuǎn)速110r/min，溫度28℃，培養(yǎng)96h。

釀酒酵母生物吸附劑的制備:將三角瓶中的培養(yǎng)物離心，轉(zhuǎn)速為3500/min，時間為15min，棄上清液，再加入去離子水，強(qiáng)烈攪動至菌體成糊狀，離心15min，棄上清液，再加入去離子水，強(qiáng)烈攪動至菌體成漿糊狀，離心，重復(fù)上述操作至上清液清澈透明，收集菌泥，于60℃烘干，冷卻，于4℃保存?zhèn)溆?，用時再在60℃時烘干至恒重，粉碎使用。

1.2.2.2 魚食的制備 將普通魚食磨成粉末，與釀酒酵母粉末混合，配制成釀酒酵母含量為5%的混合粉末，加入一定量的水，在電爐上攪拌加熱幾分鐘左右，然后用注射器擠壓成條狀烘干，壓成顆粒狀備用。

1.2.3 重金屬排除實驗 將前期已經(jīng)積累12周的錦鯉魚按相同種類的重金屬分成兩組，實驗組和對照組，兩組都在沒有重金屬離子的水環(huán)境中飼養(yǎng)，實驗組喂含有重金屬吸附劑的飼料，對照組喂普通飼料。排出期間每2d喂食一次，按1%體重喂養(yǎng)。每5d取樣一次，同時取三個平行樣，共取樣6次。

1.2.4 魚樣品的重金屬離子分析 所用的玻璃儀器均用10%的硝酸浸泡24h，用去離子水反復(fù)沖洗晾干，備用。取樣后，用去離子水清洗并擦干表面，分別解剖魚鰓、內(nèi)臟、肌肉組織。準(zhǔn)確稱量樣品后，置于50mL三角瓶中，放數(shù)粒玻璃球，加10mL混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)加蓋浸泡過夜，加一個小漏斗在可調(diào)式電熱板上消解，若變棕黑色，則再加混合酸至冒白煙，消化液成無色透明或略帶黃色，放冷，將樣品消化液轉(zhuǎn)入10mL容量瓶中，用去離子水少量多次洗滌三角瓶，洗液合并于容量瓶中定容，利用原子吸收光譜儀測定Cu、Cd的含量，用測汞儀測定Hg的含量［6］，同時做空白實驗。

2 結(jié)果與討論

本實驗測定了不同時間三種重金屬在錦鯉魚體內(nèi)各臟器中的含量，曲線圖如圖1～圖3，計算了含重金屬吸附劑的飼料以及普通飼料喂養(yǎng)下錦鯉魚各臟器對重金屬的排除率，結(jié)果如表1所示。

圖1 釀酒酵母作用下錦鯉魚各臟器中Cu的含量隨時間變化曲線

圖2 釀酒酵母作用下魚體各臟器中Hg的含量隨時間變化曲線

圖3 釀酒酵母作用下錦鯉魚各臟器中Cd的含量隨時間變化曲線

表1 重金屬吸附劑飼料及普通飼料喂養(yǎng)下錦鯉魚各臟器對重金屬排除率(%)

如結(jié)果所示，在實驗期間內(nèi)釀酒酵母對三種重金屬在各臟器之中均有一定的排除效果。作用于Cu離子的重金屬吸附劑其作用效果大小為肌肉>魚鰓>內(nèi)臟，李峰［7］等在對產(chǎn)朊假絲酵母對銅離子吸附機(jī)理研究中發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁是酵母吸附重金屬離子的主要部位，細(xì)胞壁的蛋白酶酶解實驗證明，對胰蛋白酶不敏感的細(xì)胞壁嵌合蛋白是銅離子吸附的主要位點(diǎn)。作用于Hg離子的重金屬吸附劑其作用效果大小為內(nèi)臟>肌肉>魚鰓，對內(nèi)臟中Hg的排除效果比較顯著，為96.9%，而對魚鰓中Hg幾乎沒有排除效果;作用于Cd離子的重金屬吸附劑作用效果大小為肌肉>內(nèi)臟>魚鰓，其中對魚肉中Cd的排除效果非常顯著，為96.44%，內(nèi)臟中次之，魚鰓中最小。另外從圖中可以看出，釀酒酵母飼料添加劑對三種重金屬的排除作用主要體現(xiàn)在前10～15d，其中對內(nèi)臟中Cd的排除主要集中在前5d，由此可見，釀酒酵母不僅可以增加重金屬的排除率，而且可能提高重金屬的排除速率。

本實驗結(jié)果表明，釀酒酵母是一種有效的重金屬排除的飼料添加劑，對Cu、Hg、Cd三種重金屬在魚體內(nèi)各臟器的蓄積均有排除作用。綜合比較可知，釀酒酵母對Hg、Cd的排除作用效果較為顯著，對Cu的排除作用次之。對于魚類的主要食用部分即魚肉的排除效果為:對Cd、Hg的排除效果非常顯著，是一種高效的重金屬排除添加劑，對Cu的排除效果相對較差。參考釀酒酵母對各種重金屬的吸附容量的研究結(jié)果:對Cu的吸附容量為2～40［8－9］;對Hg的吸附容量為49～174［10－11］;對Cd的吸附容量為2.4～86.3［12－13］，分析可知釀酒酵母在魚體內(nèi)的排除效果與體外各條件下測得的結(jié)果大體符合。但由于這些數(shù)值是在不同的研究條件下得到的，所以僅能用于粗略的定性比較。另外由分析結(jié)果可知，釀酒酵母對重金屬的排除作用主要體現(xiàn)在內(nèi)臟和肌肉上，而對魚鰓中重金屬的排除效果不明顯。由于本實驗只通過排除率來判斷排除效果，因此對于釀酒酵母對重金屬在魚體內(nèi)的排除機(jī)理以及飼料配方的優(yōu)化還有待于進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與展望

3.1 釀酒酵母是一種有效的排除體內(nèi)重金屬的飼料添加劑，對Cu、Hg、Cd三種重金屬均有排除作用。其中對Hg、Cd的排除作用效果較為顯著，對Cu的排除作用次之。

3.2 對于魚類的主要食用部分即魚肉的排除效果比較結(jié)果為:對Hg、Cd的排除效果非常顯著，能夠排除體內(nèi)蓄積的絕大多數(shù)重金屬離子，而對Cu的排除效果較差。

3.3 由結(jié)果分析可知，釀酒酵母對重金屬的排除作用主要體現(xiàn)在內(nèi)臟和肉上，而對魚鰓中重金屬的排除效果不明顯。

由以上研究可知，釀酒酵母是理想的排除動物體內(nèi)重金屬的飼料添加劑，對于魚類乃至家禽類的重金屬排除凈化技術(shù)的研究具有廣闊的應(yīng)用前景。由于本實驗僅通過排除率來判斷排除效果，對其它的重要影響因素(如pH、多離子共存的競爭吸附)缺乏探討，因此對于機(jī)理的研究和飼料配方的優(yōu)化還有待進(jìn)一步研究。

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Effect of Saccharomyces cerecisiae on purification of copper，mercury and cadmium in organ of Cyprinus carpioi

ZHANG Jin－shuo1，XU Xiao－xi1，*，TENG Guo－xin2
(1.Food Science Institute，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China;2.Beijing SanYuan Foods Co.，Ltd.，Beijing 100085，China)

By exposing fish(Cyprinus carpioi)to the single heavy metal solutions，including copper，mercury and cadmium，Saccharomyces cerecisiae was selected as feeds additive to investigate the effects of visceral，gill and muscle purification.The results showed that Saccharomy cerecisiae had an effect on the purification of the three kinds of heavy metals accumulated in visceral，gill and muscle.The effect of purification on copper was:muscle>gill>visceral，the effect of purification on mercury was:visceral>muscle>gill，the effect of purification on cadmium was:muscle≈visceral>gill.In summary，Saccharomyces cerecisiae had a good effect on purification of cadmium and mercury，it can remove most of heavy metal ion accumulated in muscle and become relative weaker on the purification of copper.Saccharomyces cerecisiae had main effect on visceral and muscle，but little effect on gill.

Cyprinus carpioi;heavy metals;purification;Saccharomyces cerecisiae

TS254.1

A

1002－0306(2011)04－0120－03

2010－03－24 *通訊聯(lián)系人

張金碩(1984－)，女，在讀碩士研究生，研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程。

東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)品創(chuàng)新團(tuán)隊項目;北京市優(yōu)秀人才資助計劃(20071D0108100034);北京市科委科技新星計劃(2006B29);北京科委專項資助(Z0706002)。