香菇提取液中重金屬的去除方法研究

譚禮浩 李莉楠

摘 要：隨著食品工業(yè)的發(fā)展，藥食同源食材的安全性問題日益受到國內(nèi)外的普遍關(guān)注，并引起了人們的高度重視。重金屬含量超標(biāo)不僅降低了藥食同源食材的質(zhì)量、影響了其食用及用藥安全，還制約了出口，因此解決并控制好其中重金屬含量具有重要的意義。本文以香菇為對象，分析香菇提取液中重金屬的去除方法。結(jié)果表明，去除Pb2+的最佳條件為pH為7.5、反應(yīng)溫度為40 ℃、殼聚糖添加量是170 mg、反應(yīng)時(shí)間是7.5 h時(shí)，Pb2+降低率最高為43.07%，降低后香菇提取液中Pb2+含量為33.03 μg·kg-1;去除Cd2+ 的最佳條件為pH為7.0、反應(yīng)溫度為40 ℃、殼聚糖添加量為170 mg、反應(yīng)時(shí)間為7.0 h時(shí)，Cd2+降低率最高為38.95%，降低后香菇提取液中Cd2+含量為28.48 μg·kg-1。

關(guān)鍵詞：香菇;提取液;重金屬;去除方法

Abstract： With the development of food industry， the safety of food materials with the same origin has been paid more and more attention at home and abroad. It not only reduces the content of heavy metals in food materials， but also has an important effect on the quality of food and medicine. In this paper， taking Lentinus edodes as the object， the removal methods of heavy metals in Lentinus edodes extract were analyzed. The results showed that the best conditions for Pb2 + removal were pH 7.5， reaction temperature 40 ℃， chitosan dosage 170 mg， reaction time 7.5 h， the highest reduction rate of Pb2+ was 43.07%， and the content of Pb2+ in mushroom extract was 33.03 μg·kg-1. The best conditions for removing Cd2+ were pH 7.0， reaction temperature 40 ℃， chitosan dosage 170 mg and reaction time 7.0 h. The highest reduction rate of Cd2+ was 38.95%， and the content of Cd2+ in Lentinus edodes extract was 28.48 μg·kg-1.

Key words：Shiitake; Extract; Heavy metals; Removal method

中圖分類號(hào)：S646.1+2

殼聚糖是甲殼素脫乙?；a(chǎn)物，由水產(chǎn)加工副產(chǎn)物——蝦殼、蟹殼等制備。研究表明，殼聚糖中的-NH2是與金屬離子結(jié)合的最佳活性位點(diǎn)，對金屬離子有穩(wěn)定的配位作用。由于殼聚糖具有生物降解能力、生物相容性、生物活性以及無毒等獨(dú)特的性能，近年來殼聚糖及其衍生物在水處理領(lǐng)域已得到高度重視和廣泛研究[1]。本文采用殼聚糖作為重金屬降低實(shí)驗(yàn)材料，對香菇提取液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

重金屬檢測方法包括比色法、紫外分光光度法、原子吸收分光光度法等[2]，本實(shí)驗(yàn)采用石墨爐原子吸收分光光度法，該法是利用石墨管高溫下使樣品原子化通過爐內(nèi)光路產(chǎn)生吸收的原理來測定。該法具有靈敏度高，檢測限一般可達(dá)到1×10-9，選擇性好，方法簡便，分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，非常適合Pb2+、Cd2+等重金屬元素的測定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇，購于廣東杏林藥業(yè)有限公司;殼聚糖（脫乙酰度≥90%），購于廣州市齊云生物技術(shù)有限公司;EthosD微波消解儀，產(chǎn)自意大利邁爾斯通公司;AA800原子吸收光譜儀，產(chǎn)自美國珀金埃爾默公司;AL104電子天平，產(chǎn)自瑞士梅特勒-托利多公司;R204B3旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，產(chǎn)自上海申生科技有限公司;SH-D真空泵，產(chǎn)自河南予華儀器有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

取一定量香菇原料，粉碎過40目篩，第1次加入上述藥材總投料量10倍的去離子水，加熱100 ℃提取2.0 h，第2次加入上述藥材總投料量8倍量的去離子水，加熱100 ℃提取2.0 h。每次提取后經(jīng)紗布過濾，合并兩次提取濾液，置旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中濃縮至提取液體積的1/10左右，得到香菇提取液。測定水分含量得固形物含量。水分含量按GB/T 5009.3-2010用直接干燥法進(jìn)行測定。

1.3 殼聚糖降低提取液中重金屬工藝流程

取香菇提取液35 mL→加一定量殼聚糖→調(diào)節(jié)溶液pH→設(shè)置反應(yīng)溫度→置于恒溫振蕩水浴鍋中反應(yīng)→取出5 000 r·min-1離心→轉(zhuǎn)移上清液→上清液中重金屬檢測[3]。詳細(xì)方案見表1正交試驗(yàn)因素水平表。

1.4 重金屬檢測方法

準(zhǔn)確稱量提取液2.000 g于消解罐，加入6 mL硝酸，2 mL過氧化氫，擰緊消解罐，置于微波消解儀中，加熱程序?yàn)?5 min溫度升至180 ℃，保溫20 min，降溫30 min，溫度降至70 ℃左右[1-2]，消解完畢。從微波消解儀中取出消解罐，用去離子水少量多次轉(zhuǎn)移至50 mL燒杯中，蓋上表面皿，把燒杯放置在電熱板上，設(shè)置電熱板120 ℃加熱趕酸，待液體剩余

1～2 mL，趕酸完畢，轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中，用去離子水沖洗燒杯，合并洗液，并稀釋至刻度，搖勻備用，同時(shí)作試劑空白。

1.5 儀器測試條件

儀器測試條件（Pb2+），波長：283.3 nm，燈電流：10 mA，背景校正為塞曼效應(yīng);儀器測試條件（Cd2+）：波長：228.8 nm;燈電流：6 mA：背景校正為塞曼效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 線性回歸方程與相關(guān)系數(shù)

以重金屬Pb2+、Cd2+濃度為橫坐標(biāo)，以吸光度為縱坐標(biāo)，計(jì)算回歸方程。結(jié)果表明，重金屬Pb2+在

0～50 μg·kg-1濃度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)分別為：y=0.002 5x-0.0011，

R?=0.999;重金屬Cd2+在0～5 μg·kg-1濃度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，其線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)分別為：y=0.050 8x+0.002 9，R?=0.997 6。證明本實(shí)驗(yàn)重金屬檢測方法合理。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

選取pH、反應(yīng)溫度、殼聚糖添加量和反應(yīng)時(shí)間共4個(gè)因素及其對應(yīng)的3個(gè)較優(yōu)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，采用L9（34）正交試驗(yàn)對殼聚糖吸附香菇提取液中重金屬Pb2+工藝條件作進(jìn)一步優(yōu)化。

根據(jù)表2可以得出，pH、反應(yīng)溫度、殼聚糖添加量、反應(yīng)時(shí)間這4個(gè)因素的影響大小為C>A>D>B，正交試驗(yàn)表中組合A2B2C3D1（試驗(yàn)號(hào)5）香菇提取液中Pb2+降低率為40.37%;由k值得出的最佳組合為A3B1C3D3，此組合的降低率是43.07%，高于第5組香菇提取液Pb2+的降低率，因此選擇組合A3B1C3D3

作為最佳制備條件，降低后香菇提取液中Pb2+含量

為33.03 μg·kg-1。

根據(jù)表3可以得出，pH、反應(yīng)溫度、殼聚糖添加量、反應(yīng)時(shí)間這4個(gè)因素的影響大小為A>C>B>D，正交試驗(yàn)表中組合A2B2C3D1（試驗(yàn)號(hào)5）香菇提取液中Cd2+降低率為33.03%;由k值得出的最佳工藝組合為A2B1C3D2，此組合的降低率是38.95%。高于第5組香菇提取液Cd2+的降低率，因此選擇組合A2B1C3D2作為最佳制備條件，降低后香菇提取液中Cd2+含量為28.48 μg·kg-1。

3 討論與結(jié)論

殼聚糖常被用作重金屬離子的富集劑，能有效去除水中有害的重金屬離子，其優(yōu)勢在于無毒、無污染[4-5]。

殼聚糖吸附重金屬離子主要是通過分子中的羥基、胺基及其他活性基團(tuán)與重金屬相螯合來完成的，在低pH條件下，溶液中的離子強(qiáng)度大，H+和金屬離子與殼聚糖上的結(jié)合部位競爭性的結(jié)合，發(fā)生質(zhì)子化作用，殼聚糖上的-NH2形成-NH4+，對Cd2+、Pb2+的絡(luò)合能力大大的減小，從而對其的吸附率減小;隨著pH值的升高，殼聚糖中的-NH2游離出來，對Cd2+、Pb2+的絡(luò)合能力也隨之增加，吸附率逐漸增大[6]。本文研究表明，去除香菇提取液中Pb2+的最佳組合為A3B1C3D3，此組合的降低率是43.07%，

降低后香菇提取液中Pb2+含量為33.03 μg·kg-1;去除香菇提取液中Cd2+的最佳組合為A2B1C3D2，此組合的降低率是38.95%，降低后香菇提取液中Cd2+含量為

28.48 μg·kg-1。未來針對藥食同源藥材提取液的產(chǎn)業(yè)化處理，可考慮利用殼聚糖來降低重金屬含量。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁輝.降低貽貝蒸煮液中重金屬鎘、鉻含量的工藝優(yōu)化研究[D].杭州：浙江工商大學(xué)，2007.

[2]萬益群，柳英霞，郭嵐，等.原子吸收光譜法測定當(dāng)歸補(bǔ)血湯中重金屬的含量[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào)（理科版），2006（4）：365-367.

[3]程珊珊，楊錫洪，章超樺，等.殼聚糖對Cd2+和Pb2+的吸附作用[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2011，35（3）：410-416.

[4]程曉亮，楊亞妮，倪力軍，等.兩種螯合樹脂用于銀杏葉提取液脫重金屬的研究[J].中藥新藥與臨床藥理，2008（6）：492-495.

[5]袁迎.3種中藥重金屬成分鉛、鎘的含量分析[J].中國藥房，2007（6）：447-448.

[6]Zhu Y，Hu J，Wang J. Competitive adsorption of Pb （II），Cu （II） and Zn （II） ontoxanthate-modified magnetic chitosan[J].Journal of Hazardous Materials，2012，221-222：155-161.