化学通报   2016, Vol. 79 Issue (8): 771-774   PDF    
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  • 2015-11-28 收稿
  • 2016-03-18 接受
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    何蒙
    陈宏
    张晗
    张羽
    刘旭
    励建荣
    聚天冬氨酸脱除贝肉匀浆液中的重金属镉
    何蒙1,3, 陈宏1,2,3,*, 张晗1,3, 张羽1,3, 刘旭1,3, 励建荣2,3,*    
    1 渤海大学化学化工学院 锦州 121013;
    2 渤海大学食品科学与工程学院 锦州 121013;
    3 渤海大学食品科学研究院 锦州 121013
    摘要: 以四角蛤蜊贝肉匀浆液为材料,利用聚天冬氨酸(PASP)对镉的优良结合能力来脱除贝肉匀浆液中的重金属镉。考察了PASP浓度、pH、脱除时间、料液比对贝肉匀浆液中镉脱除率的影响,并在单因素试验基础上通过正交试验确定了脱除镉的优化条件。在PASP浓度0.05mol/L,pH 3.0,反应时间3h,料液比1:10条件下,重金属镉的脱除率可达89.77%。因此,PASP可用于脱除贝肉匀浆液中的重金属镉。
    关键词四角蛤蜊     聚天冬氨酸          脱除    
    Removal of Cadmium from Shellfish Meat Homogenate by Sodium Poly (aspartic acid)
    He Meng1,3, Chen Hong1,2,3,*, Zhang Han1,3, Zhang Yu1,3, Liu Xu1,3, Li Jianrong2,3,*     
    1 College of Chemistry and Chemical Engineering, Bohai University, Jinzhou 121013;
    2 College of Food Science and Technology, Bohai University, Jinzhou 121013;
    3 Food Science Research Institute, Bohai University, Jinzhou 121013
    Abstract: Sodium polyaspartic acid (PASP) was used for the removal of cadmium from shellfish meat homogenate of mactra quadrangularis. The effects of PASP concentration, pH, removal time, and ratio of material to liquid on the cadmium removal rate were investigated, and the conditions of cadmium removal were optimized by orthogonal experiment method. The removal rate of cadmium was up to 89.77% when the concentration of PASP was 0.05mol/L, pH was 3.0, removal time was 3 h, and the ratio of material to liquid was 1:10. Therefore, PASP was suitable for the removal of cadmium from shellfish meat homogenate.
    Key words: Mactra quadrangularis     Sodium polyaspartic acid     Cadmium     Removal    
    1 实验部分
    1.1 材料与仪器

    活体四角蛤蜊(壳长3~4 cm,锦州市市售),清水中放置隔夜以除去泥沙,去除死亡个体,去壳取其全脏器作为实验材料,洗净,匀浆,0~2℃保存备用。

    柠檬酸(分析纯,天津市虔诚伟业科技发展有限公司);PASP (石家庄德赛化工有限公司);硝酸(分析纯,锦州古城化学试剂厂);高氯酸(分析纯,沈阳化学试剂厂)。

    WYS2200火焰-石墨炉一体机原子吸收分光光度计(安徽皖仪),ZD-85A型气浴恒温振荡器(金坛市科析仪器有限公司),雷磁PHSJ-3F实验室pH计,DB-1A型智能控温电热板(天津市静海县工兴电器厂),JJ-2高速组织捣碎机(金坛市华城润华实验仪器厂),MS105DU型电子天平(瑞士梅特勒-托利多)。

    1.2 实验方法
    1.2.1 PASP浓度对镉脱除率的影响

    准确称取匀浆液3.00g,加入30mL pH=3的PASP溶液,PASP浓度分别为0.01、0.03、0.05、0.07、0.10 mol/L,置于振荡器恒温振荡3h,4000r/min离心10min,残渣用超纯水清洗后再离心,反复3次。按照GB 5009.15-2014测定未提取出的镉[13]

    1.2.2 pH对镉脱除率的影响

    准确称取匀浆液3.00g,加入30mL 0.05mol/L pH分别为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0的PASP溶液,置于振荡器恒温振荡3h,4000r/min离心10min,残渣用超纯水清洗后再离心,反复3次。测定未提取出的镉[13]

    1.2.3 脱除时间对镉脱除率的影响

    准确称取匀浆液3.00g,加入30mL pH=3浓度为0.05mol/L的PASP溶液,置于振荡器中分别震荡0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 h后4000r/min离心10min,残渣用超纯水清洗后再离心,反复3次。测定未提取出的镉。

    1.2.4 料液比对镉脱除率的影响

    准确称取匀浆液3.00g,分别加入15、30、45、60 mL pH=3浓度为0.05mol/L的PASP溶液,置于振荡器恒温振荡3h,4000r/min离心10min,残渣用超纯水清洗后再离心,反复3次。测定未提取出的镉。

    1.2.5 正交试验设计

    为了确定PASP提取四角蛤蜊匀浆液中镉的最佳条件,寻找各因素之间的主次关系,根据单因素试验结果,设计三因素三水平正交试验,以镉的脱除率为考察指标,确定PASP提取四角蛤蜊匀浆液中镉的优化条件,因素水平见表 1

    表 1 正交试验因素水平 Table 1 Factors and levels of orthogonal test

    1.2.6 镉脱除率的计算

    镉的脱除率按公式(1)进行计算。

    $ Y = \frac{{{c_0}-c}}{{{c_0}}} \times 100\left( \% \right) $ (1)

    其中,Y为四角蛤蜊匀浆液中镉的脱除率(%);c为残渣中剩余的镉含量(μg/g);c0为原样品中的镉含量(μg/g)。

    2 结果与分析
    2.1 单因素试验结果与分析
    2.1.1 PASP浓度对镉脱除率的影响

    图 1为PASP浓度对镉脱除率的影响。随着PASP浓度的增加,脱除率呈现递增趋势,当PASP浓度达到0.05mol/L时,贝肉匀浆液中镉的脱除率达到极值(90.28%),PASP浓度再继续增大,脱除率增加不大明显。这可能是因为PASP分子结构中的所有羧基已经参与了镉的配位作用,继续增大PASP浓度对镉的提取能力影响不再明显[7]。因此,0.05mol/L可选为PASP脱除镉的优化浓度。

    图 1 PASP浓度对脱除率的影响 Fig. 1 Effect of PASP concentration on the removal rate of Cd

    2.1.2 pH对镉脱除率的影响

    图 2为pH对镉脱除率的影响。

    图 2 pH对镉脱除率的影响 Fig. 2 Effect of pH on the removal rate of Cd

    当pH从1.0升高到3.0时,镉的脱除率呈现增加趋势;当pH为3.0时,脱除率达到最高;pH进一步增加时,脱除率呈下降趋势。因此3.0是PASP脱除镉的最佳pH,与吴晓萍等[7]的研究结果相一致。Liu等对PASP与镉的结合能力研究表明,PASP与镉结合能力最强的pH区间是4~10,而不是pH=3[11]。PASP脱除镉的优选pH之所以为3,主要是因为在偏离蛋白质等电点的极端酸性条件下(pH<3),蛋白质的溶解度增大[14],利于PASP与蛋白质中的镉结合。但当pH过低的时候,虽然蛋白质的溶解度可进一步增大,但PASP由于质子化而导致其与镉的结合能力下降[15],致使镉的脱除率也在下降。

    2.1.3 脱除时间对镉脱除率的影响

    图 3为脱除时间对镉脱除率的影响。随着脱除时间的延长,镉的脱除率逐渐增加,当脱除时间超过2h后,脱除率增加不再明显,2h可选作PASP脱除镉的优选时间,远小于使用柠檬酸提取贝肉匀浆液中重金属镉所需要的最佳提取时间(8h)[7],表明PASP对镉的脱除能力远高于柠檬酸。

    图 3 脱除时间对镉提取率的影响 Fig. 3 Effect of extracting time on the removal rate of Cd

    2.1.4 料液比对镉脱除率的影响

    图 4为料液比对镉脱除率的影响。随着料液比的降低,镉的脱除率有所增加,当料液比介于1:10~1:15时,达到最大值,当料液比进一步降低时,镉的脱除率又有所下降。

    图 4 料液比对镉脱除率的影响 Fig. 4 Effect of ratio of material to liquid on the removal rate of Cd

    2.2 正交试验结果

    根据表 1的正交试验方案,进行PASP提取四角蛤蜊贝肉匀浆液中镉的试验,正交试验结果见表 2

    表 2 正交设计及结果 Table 2 Orthogonal design and results

    根据正交试验结果,比较各列的极差R值,可以看出,各因素对镉提取率的影响主次顺序为:pH (B)>料液比(A)>时间(C),比较各列的K值,提取条件的最优组合为A3B1C3,由于料液比(A)并非最主要影响因素,由单因素分析可知料液比为1:10和1:15时相差并不十分明显,为节约成本考虑选取A2为条件,则优化组合为A2B1C3

    按照上述优选条件进行试验重复3次,结果分别为:89.76%、90.52%、89.04%,平均值为89.77%,与正交试验结果相吻合,证明此条件稳定可行。

    3 结论

    PASP与镉具有较强的结合能力,适用于对四角蛤蜊贝肉匀浆液中镉的脱除。优化脱除条件为:PASP浓度为0.05mol/L,pH=3,反应时间3h,料液比为1:10。在此脱除条件下,四角蛤蜊贝肉匀浆液中镉的脱除可达89.77%。

    参考文献
    [1] 陈桂芳, 李学鹏, 高郡焕等.食品工业科技, 2015, 36(11): 207-209. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/spgykj201511044
    [2] 陈冲, 郑杰, 于笛等.水产科学, 2013, 32(8): 447-452. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/sckx201308003
    [3] 李群峰, 代惠洁, 李法君.中国水产, 2011, (4): 38-39. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=37357790
    [4] 殷悦.中国水产, 2001, (4): 62-64. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/zhongguosc200104056
    [5] 郑伟, 董志国, 李晓英等.食品科学, 2011, 32(3): 199-203. http://www.cqvip.com/QK/71135X/201107/36731317.html
    [6] 王彩理, 秦小明, 沈建等.生物学杂志, 2012, 29(4): 36-38. http://www.cqvip.com/QK/92127X/201204/43009290.html
    [7] 吴晓萍, 梁鹏, 徐慧等.食品研究与开发, 2011, 32(5): 156-158. http://www.cqvip.com/QK/71135X/201107/37817013.html
    [8] GB18406.4-2001, 2001.
    [9] NY 5073-2006, 中华人民共和国农业行业标准, 2006.
    [10] GB2762-2012, 2012.
    [11] Y J Liu, H Chen, F L Bai et al. Chem. Lett., 2012, 41(11): 1471-1472.
    [12] 陈宏, 张晗, 封丽等.食品科学, 2015, 36(4): 185-188. http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical/spkx201504036
    [13] GB 5009.15-2014, 2014.
    [14] S Rawdkuen, S Khamsom, M Chaijian et al. Food Chem., 2009, 112: 112-117.
    [15] H Chen, L W Guo, M H Zhang et al. Food Chem., 2014, 165: 9-13.