海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法.pdf

海洋贝类多糖脱除重金属的方法。以贝类多糖与离子交换树脂之比为1.0g∶0.6～4.8ml，用贝类多糖1～3倍质量的去离子水制成溶液常温下进行混合离子交换0.5～6.0h，收集所得到的海洋贝类多糖溶液进行除盐、浓缩和干燥得到脱除了重金属的贝类多糖。海洋贝类多糖中的重金属脱出率为47.0～99.7％。所述脱除的重金属离子包括镉、钡、钒、铅、铊、钼、铀、锶、铝、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、银金属离子，以及砷、硒非金属离子。本发明解决了海产品易富集重金属而影响其营养价值的问题，提高了产品的安全与品质。脱除离子面广，处理工艺简单，易于操作，离子交换树脂可以再生、循环使用，其成本大为降低。

1、  海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法，其特征在于采用贝类多糖与离子交换树脂进行离子交换，使其吸附贝类多糖中的重金属离子；进行了吸附交换的离子交换树脂进行再生后回用。

2、  根据权利要求1所述海洋贝类多糖脱除重金属的方法，其特征在于脱除方法为：以贝类多糖与离子交换树脂之比为1.0g∶0.6～4.8ml，用贝类多糖1～3倍质量的去离子水制成溶液常温下进行混合离子交换0.5～6.0h，收集所得到的贝类多糖溶液进行后处理而得到脱除了重金属的贝类多糖。

3、  根据权利要求2所述海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法，其特征在于所述的混合离子交换1～3次；其步骤为：将离子交换树脂、贝类多糖溶液混合搅拌2～3h，过滤除去离子交换树脂，溶液进行除盐、浓缩和干燥得到脱除了重金属离子的贝类多糖；
重复交换的步骤为：将上述过滤除去离子交换树脂后的溶液以浓度为1Mol/L的NaOH或盐酸溶液调所需pH值，加入相同或不同的离子交换树脂再重复上述操作1～2次，而后得到的溶液过滤除去离子交换树脂，再进行后处理得到脱除了重金属离子的贝类多糖。

4、  根据权利要求2所述海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法，其特征在于所述的混合离子交换为用离子交换柱使贝类多糖的溶液循环交换1～3次；其步骤为：将离子交换树脂装柱，贝类多糖的溶液用泵使其在柱中循环吸附交换0.5～3.0h，接出贝类多糖的溶液，用相当离子交换树脂容量的0.15～1.00％的去离子水洗柱，洗液和接出贝类多糖的溶液合并，进行后处理得到脱除了重金属离子的贝类多糖；
重复交换的步骤为：将接出贝类多糖的溶液再用活化了的同样或不同样的离子交换树脂柱进行用泵循环，重复上述操作1～2次；洗液和接出贝类多糖的溶液合并，进行后处理得到脱除了重金属离子的贝类多糖。

5、  根据权利要求2、3或4所述海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法，其特征在于所述的后处理包括除盐、浓缩和干燥：
(1)除盐：将上述收集所得的多糖溶液，用过滤1-10K道尔顿孔径大小半透膜超滤或透析1-12h除去混杂的盐类物质即得脱除重金属后的多糖溶液；
(2)浓缩：采用真空浓缩的方法进行浓缩；
(3)干燥：采用冷冻干燥或喷雾干燥方法。

6、  根据权利要求1所述海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法，其特征在于所述进行吸附交换的离子交换树脂的再生后回用，其步骤为：
(1)阳离子交换树脂采用酸-碱-酸的方式清洗，每个步骤应持续不少于10min，步骤间隔要用去离子水洗到pH中性；
(2)阴离子交换树脂采取碱-酸-碱的方式清洗，每个步骤应持续不少于10min，步骤间隔要用去离子水洗到pH中性；
所使用的酸和碱为1-10％HCl和1-10％NaOH。

7、  根据权利要求1～6中任一项所述海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法，其特征在于所述脱除的重金属离子包括：镉、钡、钒、铅、铊、钼、铀、锶、铝、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、银金属离子，还包括砷、硒非金属离子。

海洋贝类多糖脱除重金属离子的方法
技术领域
本发明涉及用离子交换的方法脱除贝类多糖中重金属离子的技术领域，同时也涉及酶水解、离子交换、冷冻干燥等技术领域。
背景技术
水产品及其加工产物以其健康、营养、味美等优点正成为国内外消费者的首选食品之一，水产品的年生产产量及加工品种也有越来越扩展的趋势；随着近海水产养殖业的发展和人类活动对近海海洋环境影响的加剧，水产品的质量和安全问题也越来越受到国内外消费者的关注，同时发达国家出于贸易保护的目的对我国出口产品的检测门槛有逐年提高的趋势迫使我们加强此类研究。
由于工农业废水排放进入海洋环境中的重金属元素即使在水相中检测出浓度很低，也能在生物体内富集而达到有害的浓度。人们食用受重金属污染的海洋食品会危及人体的健康。因此，开展海洋动物营养食品中重金属脱除方法的研究，对保证消费者的食用安全以及扩大产品出口是十分必要的。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种有效的脱除海洋贝类多糖中重金属离子的方法。
本发明的技术方案是：采用贝类多糖与离子交换树脂进行离子交换，使其吸附贝类多糖中的重金属离子，以达到去除多糖中有害重金属的目的，而带有重金属离子的离子交换树脂进行活化可再次使用。其方法是：
1.原料的选择：(1)贝类多糖：由鲍鱼、扇贝等或/和其脏器提取的多糖粗品或精制品均可以。(2)离子交换树脂：包括任何阳离子、阴离子交换树脂均可以使用。主要离子交换树脂类型为：强酸型阳离子交换树脂、阴离子树脂、201×7阴离子树脂、弱碱型阴离子交换树脂，四种类型，如南开牌001×14.5阳离子树脂、南开牌弱碱性阴离子树脂，南开牌、景华牌、绿宝牌、南岛牌201×7阴离子树脂、进口阳离子树脂美国Amberlite品牌、美国Dowex品牌、英国Purolie品牌、英国Zeokarb品牌、德国Lewatit品牌阳离子交换树脂等等，选任意品牌使用均可。
2.脱除方法：以贝类多糖与离子交换树脂之比为1.0(g)∶0.6～4.8(ml)，用贝类多糖1～3倍质量的无离子水制成溶液常温下进行混合离子交换0.5～6.0h，收集所得到的贝类多糖溶液进行后处理而得到脱除了重金属的贝类多糖。其中以如下两种方法进行：
(1)混合搅拌交换1～3次。其步骤为：将离子交换树脂、贝类多糖溶液混合搅拌2～3h，过滤除去离子交换树脂，溶液进行除盐、浓缩和干燥得到脱除了重金属离子的贝类多糖。或者将上述过滤除去离子交换树脂后的溶液以1Mol/LNaOH或盐酸溶液调所需pH值，加入相同或不同的离子交换树脂再重复上述操作1～2次，而后得到的溶液过滤除去离子交换树脂，再进行后处理得到脱除了重金属离子的贝类多糖。
(2)用离子交换柱使贝类多糖的溶液循环交换1～3次。其步骤为：将离子交换树脂装柱，贝类多糖的溶液用泵使其在柱中循环吸附交换0.5～3.0h，接出贝类多糖的溶液，用去离子水(相当离子交换树脂容量的0.15～1.00％)洗柱，洗液和接出贝类多糖的溶液合并，进行后处理得到脱除了重金属离子的贝类多糖。或者将接出贝类多糖的溶液再用活化了的同样或不同样的离子交换柱进行用泵循环，这样重复1～2次。洗液和接出贝类多糖的溶液合并，进行后处理得到脱除了重金属离子的贝类多糖。
3.后处理：包括除盐、浓缩和干燥。
(1)除盐：将上述收集所得的多糖溶液，用过滤1-10K道尔顿孔径大小半透膜超滤或透析1-12h除去混杂的盐类物质即得脱除重金属后的多糖溶液。
(2)浓缩：采用真空浓缩的方法进行浓缩。
(3)干燥：采用冷冻干燥或喷雾干燥方法。
4.树脂的活化与再生：
(1)新树脂的活化：新树脂应该先以95％乙醇泡30min，再水洗除乙醇，由2倍体积1-10％NaCl浸泡1h，再洗至中性后使用。
(2)用于交换过的树脂的再生：阳离子交换树脂采用酸-碱-酸的方式清洗，每个步骤应持续不少于10min，步骤间隔要用去离子水洗到pH中性。阴离子交换树脂采取碱-酸-碱的方式清洗，每个步骤应持续不少于10min，步骤间隔要用去离子水洗到pH中性。所使用的酸和碱为1-10％HCl和1-10％NaOH。
重金属脱除情况：由于季节、产地、生长年限、种属的不同，导致贝类对重金属的富集情况不尽一致，运用本发明相关方法处理后经原子吸收光谱鉴定重金属含量明显降低。尤其是重金属元素含量越高脱除效果越为显著。例如以金属镉为例，以贝类多糖中含量为ppm计，若含量为十位数，离子交换后可使其降低98％以上；若含量为小数位后，离子交换后可使其降低50～85％。交换次数多的脱除效果更好。本发明所述脱除的贝类重金属离子，除了镉、钡、钒、铅、铊、钼、铀、锶、铝、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、银等金属离子外，还包括砷、硒等非金属离子，其脱除效果都很好。
本发明突出的优点是：1.采用离子交换树脂的方法对贝类多糖中的有害重金属进行去除，解决了海产品易富集重金属而影响其营养价值的问题，从而提高了产品的安全与品质。2.脱出的离子的面广，不仅重金属离子、轻金属离子可以脱除，非金属例子也可以顺利脱除。
3.处理工艺简单，易于操作。同时由于离子交换树脂可以再生、循环使用，其成本大为降低。
具体实施方式
实施例一
将50g鲍鱼脏器匀浆，加缓冲液至底物浓度(S)为1.0％，加入碱性蛋白酶，调节pH至10，43℃酶解3h，90℃灭酶10min后冷却至室温。调节pH至中性，4000r/min，离心10min。上清液浓缩，加入三倍体积95％乙醇，醇沉12h，离心，去上清。沉淀水洗后再次离心，再次醇沉干燥得鲍鱼粗多糖。
将鲍鱼脏器粗多糖100mg加去离子水200ml溶解，加强酸型阳离子交换树脂100ml(南开牌)，磁力搅拌2h后过滤，除去树脂留清液为多糖溶液。处理后的多糖溶液经透析、浓缩、冷冻干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.72ppm减少到0.25ppm降低了64％
实施例二
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
将鲍鱼脏器粗多糖150mg加去离子水300ml溶解，加入201×7阴离子交换树脂200mg(南开牌)，磁力搅拌2h后过滤，除去树脂留清液为多糖溶液。处理后的多糖溶液经透析、浓缩和冷冻干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.069ppm，降低了37.3％。
实施例三
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
将鲍鱼脏器粗多糖300mg加入去离子水500ml，加入弱碱型阴离子交换树脂200ml(南开牌)，磁力搅拌3h后过滤，除去树脂留清液为多糖溶液。处理后的多糖溶液经透析、浓缩和冷冻干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.05ppm，降低了54.5％。
实施例四
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
将鲍鱼脏器粗多糖200mg溶于200ml去离子水中，加入强酸型阳离子交换树脂200ml(美国Dowex牌)，磁力搅拌3h后过滤，所得液体以1Mol/L NaOH调pH至10，再次加入相同树脂200ml，磁力搅拌1h后过滤。处理后的多糖溶液经透析、浓缩和冷冻干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的12.76ppm减少到0.35ppm，降低了97.7％。
实施例五
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
将鲍鱼脏器粗多糖100mg溶于100ml去离子水中，加入201×7阴离子树脂80ml(南开牌)，磁力搅拌3h后过滤，所得液体以1Mol/L NaOH调pH至9，再次加入相同树脂80ml，磁力搅拌3h后过滤。处理后的多糖溶液经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
取处理前后冻干粉末样品各200mg进行原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.048ppm，降低了56.4％。
实施例六
将1kg扇贝脏器匀浆，加缓冲液至底物浓度(S)为3.0％，加入干重质量分数2％的碱性蛋白酶，调节pH至10，45℃酶解2h，90℃灭酶10min后冷却至室温。调节pH至中性，4000r/min，离心10min。上清液浓缩，加入三倍体积95％乙醇，醇沉12h，离心，去上清。沉淀水洗后再次离心，再次醇沉干燥得扇贝粗多糖。
将扇贝脏器粗多糖200mg溶解于400ml去离子水中，加入弱碱型阴离子交换树脂250ml(南开牌)，磁力搅拌2h后过滤，所得液体以1Mol/L NaOH调pH至10，再次加入相同树脂250ml，磁力搅拌1h后过滤。处理后的多糖透析，浓缩，醇沉干燥得到脱除了重金属的扇贝多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的60.39ppm减少到0.38ppm降低了99.37％。
实施例七
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
强酸型阳离子交换树脂(南开牌，或其他品牌皆可)100ml灌制成树脂交换层析柱，20mg/ml的浓度加装多糖20ml，以泵循环上下流动2h进行交换吸附，接出多糖液体，离子柱再以100ml去离子水冲洗出剩余多糖，两次收集多糖液体合并以另一活化后离子交换柱重复一遍。收集的多糖溶液经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.72ppm减少到0.09ppm降低了87.5％。
实施例八
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
阴离子树脂(南开牌)300ml灌制成树脂交换层析柱，50mg/ml的浓度加装多糖10ml，以泵循环上下流动1h进行交换吸附，接出多糖液体，离子柱再以100ml去离子水冲洗出剩余多糖，两次收集多糖液体合并以另一活化后离子交换柱重复一遍。收集两次进行交换后的鲍鱼多糖液和洗液合并经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.032ppm，降低了70.9％。
实施例九
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
弱碱型阴离子交换树脂(南开牌，或其他品牌皆可)400ml灌制成树脂交换层析柱，80mg/ml的浓度加装多糖10ml，以泵循环上下流动3h进行交换吸附，接出多糖液体，离子柱再以80ml去离子水冲洗出剩余多糖，两次收集多糖液体合并以另一活化后离子交换柱重复一遍。收集两次进行交换后的鲍鱼多糖液和洗液合并，经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.012ppm降低了89.1％。
实施例拾
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
201×7阴离子树脂(南开牌，或其他品牌皆可)300ml灌制成树脂交换层析柱，40mg/ml的浓度加装多糖10ml，以泵循环上下流动0.5h进行交换吸附，接出多糖液体，离子柱再以90ml去离子水冲洗出剩余溶液多糖，两次收集多糖液体合并以另一活化后强酸型阳离子交换柱重新交换2h。收集两次进行交换后的鲍鱼多糖液和洗液合并，经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.056ppm，降低了49.1％。
实施例十一
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
弱碱型阴离子交换树脂(南开牌)200ml灌制成树脂交换层析柱，70mg/ml的浓度加装多糖10ml，以泵循环上下流动1h进行交换吸附，接出多糖液体，离子柱再以30ml去离子水冲洗出剩余溶液多糖，两次收集多糖液体合并以另一活化后强酸型阳离子交换柱重新交换2h。收集两次进行交换后的鲍鱼多糖液和洗液合并，经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.013ppm，降低了88.2％。
实施例十二
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
弱碱型阴离子交换树脂(南开牌)100ml灌制成树脂交换层析柱，100mg/ml的浓度加装多糖10ml，以泵循环上下流动1h进行交换吸附，接出多糖液体，离子柱再以60ml去离子水冲洗出剩余溶液多糖，两次收集多糖液体合并以另一活化后阴离子柱重新交换1h。收集两次进行交换后的鲍鱼多糖液和洗液合并，经超滤除盐、浓缩和喷雾干燥得到脱除了重金属的鲍鱼多糖冻干粉。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的0.11ppm减少到0.023ppm降低了79.1％。
实施例十三
扇贝粗多糖的制取如实施例六。
将扇贝脏器粗多糖300mg溶解于400ml去离子水中，加入强酸型阳离子交换树脂400ml(美国Dowex牌)，磁力搅拌3h后过滤，所得液体以1Mol/LNaOH调pH至10，再次加入相同树脂400ml，磁力搅拌2h后过滤。处理后的多糖经透析、浓缩和冷冻干燥得脱除重金属得扇贝多糖。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的60.39ppm减少到0.20ppm降低了99.7％。
实施例十四
扇贝粗多糖的制取如实施例六。
将扇贝脏器粗多糖250mg溶解于400ml去离子水中，加入201×7阴离子树脂300ml(南开牌)，磁力搅拌2h后过滤，所得液体以1Mol/L NaOH调pH至10，再次加入相同树脂300ml，磁力搅拌1h后过滤。处理后的多糖经透析、浓缩和冷冻干燥得脱除重金属得扇贝多糖。
原子吸收光谱重金属含量测试分析，其结果显示其中镉含量由处理前的60.39ppm减少到1.78ppm，降低了97.0％。
实施例十五
鲍鱼粗多糖的制取如实施例一。
离子交换脱除重金属操作同实施例四。
在实施例中对于鲍鱼多糖中含有的多种重金属元素(包括一些非重金属元素)的脱除前后的含量对比如下表；
贝类多糖重金属清除前后元素对比表(数据单位：ppm)