專利名稱：海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用離子交換的方法脫除貝類多糖中重金屬離子的技術(shù)領(lǐng)域，同時也涉及酶水解、離子交換、冷凍干燥等技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
水產(chǎn)品及其加工產(chǎn)物以其健康、營養(yǎng)、味美等優(yōu)點(diǎn)正成為國內(nèi)外消費(fèi)者的首選食品之一，水產(chǎn)品的年生產(chǎn)產(chǎn)量及加工品種也有越來越擴(kuò)展的趨勢；隨著近海水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和人類活動對近海海洋環(huán)境影響的加劇，水產(chǎn)品的質(zhì)量和安全問題也越來越受到國內(nèi)外消費(fèi)者的關(guān)注，同時發(fā)達(dá)國家出于貿(mào)易保護(hù)的目的對我國出口產(chǎn)品的檢測門檻有逐年提高的趨勢迫使我們加強(qiáng)此類研究。
由于工農(nóng)業(yè)廢水排放進(jìn)入海洋環(huán)境中的重金屬元素即使在水相中檢測出濃度很低，也能在生物體內(nèi)富集而達(dá)到有害的濃度。人們食用受重金屬污染的海洋食品會危及人體的健康。因此，開展海洋動物營養(yǎng)食品中重金屬脫除方法的研究，對保證消費(fèi)者的食用安全以及擴(kuò)大產(chǎn)品出口是十分必要的。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種有效的脫除海洋貝類多糖中重金屬離子的方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是采用貝類多糖與離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，使其吸附貝類多糖中的重金屬離子，以達(dá)到去除多糖中有害重金屬的目的，而帶有重金屬離子的離子交換樹脂進(jìn)行活化可再次使用。其方法是 1.原料的選擇(1)貝類多糖由鮑魚、扇貝等或/和其臟器提取的多糖粗品或精制品均可以。(2)離子交換樹脂包括任何陽離子、陰離子交換樹脂均可以使用。主要離子交換樹脂類型為強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂、陰離子樹脂、201×7陰離子樹脂、弱堿型陰離子交換樹脂，四種類型，如南開牌001×14.5陽離子樹脂、南開牌弱堿性陰離子樹脂，南開牌、景華牌、綠寶牌、南島牌201×7陰離子樹脂、進(jìn)口陽離子樹脂美國Amberlite品牌、美國Dowex品牌、英國Purolie品牌、英國Zeokarb品牌、德國Lewatit品牌陽離子交換樹脂等等，選任意品牌使用均可。
2.脫除方法以貝類多糖與離子交換樹脂之比為1.0(g)∶0.6～4.8(ml)，用貝類多糖1～3倍質(zhì)量的無離子水制成溶液常溫下進(jìn)行混合離子交換0.5～6.0h，收集所得到的貝類多糖溶液進(jìn)行后處理而得到脫除了重金屬的貝類多糖。其中以如下兩種方法進(jìn)行 (1)混合攪拌交換1～3次。其步驟為將離子交換樹脂、貝類多糖溶液混合攪拌2～3h，過濾除去離子交換樹脂，溶液進(jìn)行除鹽、濃縮和干燥得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。或者將上述過濾除去離子交換樹脂后的溶液以1Mol/LNaOH或鹽酸溶液調(diào)所需pH值，加入相同或不同的離子交換樹脂再重復(fù)上述操作1～2次，而后得到的溶液過濾除去離子交換樹脂，再進(jìn)行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。
(2)用離子交換柱使貝類多糖的溶液循環(huán)交換1～3次。其步驟為將離子交換樹脂裝柱，貝類多糖的溶液用泵使其在柱中循環(huán)吸附交換0.5～3.0h，接出貝類多糖的溶液，用去離子水(相當(dāng)離子交換樹脂容量的0.15～1.00％)洗柱，洗液和接出貝類多糖的溶液合并，進(jìn)行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖?；蛘邔⒔映鲐愵惗嗵堑娜芤涸儆没罨说耐瑯踊虿煌瑯拥碾x子交換柱進(jìn)行用泵循環(huán)，這樣重復(fù)1～2次。洗液和接出貝類多糖的溶液合并，進(jìn)行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。
3.后處理包括除鹽、濃縮和干燥。
(1)除鹽將上述收集所得的多糖溶液，用過濾1-10K道爾頓孔徑大小半透膜超濾或透析1-12h除去混雜的鹽類物質(zhì)即得脫除重金屬后的多糖溶液。
(2)濃縮采用真空濃縮的方法進(jìn)行濃縮。
(3)干燥采用冷凍干燥或噴霧干燥方法。
4.樹脂的活化與再生 (1)新樹脂的活化新樹脂應(yīng)該先以95％乙醇泡30min，再水洗除乙醇，由2倍體積1-10％NaCl浸泡1h，再洗至中性后使用。
(2)用于交換過的樹脂的再生陽離子交換樹脂采用酸-堿-酸的方式清洗，每個步驟應(yīng)持續(xù)不少于10min，步驟間隔要用去離子水洗到pH中性。陰離子交換樹脂采取堿-酸-堿的方式清洗，每個步驟應(yīng)持續(xù)不少于10min，步驟間隔要用去離子水洗到pH中性。所使用的酸和堿為1-10％HCl和1-10％NaOH。
重金屬脫除情況由于季節(jié)、產(chǎn)地、生長年限、種屬的不同，導(dǎo)致貝類對重金屬的富集情況不盡一致，運(yùn)用本發(fā)明相關(guān)方法處理后經(jīng)原子吸收光譜鑒定重金屬含量明顯降低。尤其是重金屬元素含量越高脫除效果越為顯著。例如以金屬鎘為例，以貝類多糖中含量為ppm計，若含量為十位數(shù)，離子交換后可使其降低98％以上；若含量為小數(shù)位后，離子交換后可使其降低50～85％。交換次數(shù)多的脫除效果更好。本發(fā)明所述脫除的貝類重金屬離子，除了鎘、鋇、釩、鉛、鉈、鉬、鈾、鍶、鋁、鈦、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、銀等金屬離子外，還包括砷、硒等非金屬離子，其脫除效果都很好。
本發(fā)明突出的優(yōu)點(diǎn)是1.采用離子交換樹脂的方法對貝類多糖中的有害重金屬進(jìn)行去除，解決了海產(chǎn)品易富集重金屬而影響其營養(yǎng)價值的問題，從而提高了產(chǎn)品的安全與品質(zhì)。2.脫出的離子的面廣，不僅重金屬離子、輕金屬離子可以脫除，非金屬例子也可以順利脫除。
3.處理工藝簡單，易于操作。同時由于離子交換樹脂可以再生、循環(huán)使用，其成本大為降低。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施例一 將50g鮑魚臟器勻漿，加緩沖液至底物濃度(S)為1.0％，加入堿性蛋白酶，調(diào)節(jié)pH至10，43℃酶解3h，90℃滅酶10min后冷卻至室溫。調(diào)節(jié)pH至中性，4000r/min，離心10min。上清液濃縮，加入三倍體積95％乙醇，醇沉12h，離心，去上清。沉淀水洗后再次離心，再次醇沉干燥得鮑魚粗多糖。
將鮑魚臟器粗多糖100mg加去離子水200ml溶解，加強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂100ml(南開牌)，磁力攪拌2h后過濾，除去樹脂留清液為多糖溶液。處理后的多糖溶液經(jīng)透析、濃縮、冷凍干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.72ppm減少到0.25ppm降低了64％ 實(shí)施例二 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
將鮑魚臟器粗多糖150mg加去離子水300ml溶解，加入201×7陰離子交換樹脂200mg(南開牌)，磁力攪拌2h后過濾，除去樹脂留清液為多糖溶液。處理后的多糖溶液經(jīng)透析、濃縮和冷凍干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.069ppm，降低了37.3％。
實(shí)施例三 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
將鮑魚臟器粗多糖300mg加入去離子水500ml，加入弱堿型陰離子交換樹脂200ml(南開牌)，磁力攪拌3h后過濾，除去樹脂留清液為多糖溶液。處理后的多糖溶液經(jīng)透析、濃縮和冷凍干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.05ppm，降低了54.5％。
實(shí)施例四 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
將鮑魚臟器粗多糖200mg溶于200ml去離子水中，加入強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂200ml(美國Dowex牌)，磁力攪拌3h后過濾，所得液體以1Mol/L NaOH調(diào)pH至10，再次加入相同樹脂200ml，磁力攪拌1h后過濾。處理后的多糖溶液經(jīng)透析、濃縮和冷凍干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的12.76ppm減少到0.35ppm，降低了97.7％。
實(shí)施例五 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
將鮑魚臟器粗多糖100mg溶于100ml去離子水中，加入201×7陰離子樹脂80ml(南開牌)，磁力攪拌3h后過濾，所得液體以1Mol/L NaOH調(diào)pH至9，再次加入相同樹脂80ml，磁力攪拌3h后過濾。處理后的多糖溶液經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
取處理前后凍干粉末樣品各200mg進(jìn)行原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.048ppm，降低了56.4％。
實(shí)施例六 將1kg扇貝臟器勻漿，加緩沖液至底物濃度(S)為3.0％，加入干重質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的堿性蛋白酶，調(diào)節(jié)pH至10，45℃酶解2h，90℃滅酶10min后冷卻至室溫。調(diào)節(jié)pH至中性，4000r/min，離心10min。上清液濃縮，加入三倍體積95％乙醇，醇沉12h，離心，去上清。沉淀水洗后再次離心，再次醇沉干燥得扇貝粗多糖。
將扇貝臟器粗多糖200mg溶解于400ml去離子水中，加入弱堿型陰離子交換樹脂250ml(南開牌)，磁力攪拌2h后過濾，所得液體以1Mol/L NaOH調(diào)pH至10，再次加入相同樹脂250ml，磁力攪拌1h后過濾。處理后的多糖透析，濃縮，醇沉干燥得到脫除了重金屬的扇貝多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的60.39ppm減少到0.38ppm降低了99.37％。
實(shí)施例七 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂(南開牌，或其他品牌皆可)100ml灌制成樹脂交換層析柱，20mg/ml的濃度加裝多糖20ml，以泵循環(huán)上下流動2h進(jìn)行交換吸附，接出多糖液體，離子柱再以100ml去離子水沖洗出剩余多糖，兩次收集多糖液體合并以另一活化后離子交換柱重復(fù)一遍。收集的多糖溶液經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.72ppm減少到0.09ppm降低了87.5％。
實(shí)施例八 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
陰離子樹脂(南開牌)300ml灌制成樹脂交換層析柱，50mg/ml的濃度加裝多糖10ml，以泵循環(huán)上下流動1h進(jìn)行交換吸附，接出多糖液體，離子柱再以100ml去離子水沖洗出剩余多糖，兩次收集多糖液體合并以另一活化后離子交換柱重復(fù)一遍。收集兩次進(jìn)行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.032ppm，降低了70.9％。
實(shí)施例九 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
弱堿型陰離子交換樹脂(南開牌，或其他品牌皆可)400ml灌制成樹脂交換層析柱，80mg/ml的濃度加裝多糖10ml，以泵循環(huán)上下流動3h進(jìn)行交換吸附，接出多糖液體，離子柱再以80ml去離子水沖洗出剩余多糖，兩次收集多糖液體合并以另一活化后離子交換柱重復(fù)一遍。收集兩次進(jìn)行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.012ppm降低了89.1％。
實(shí)施例拾 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
201×7陰離子樹脂(南開牌，或其他品牌皆可)300ml灌制成樹脂交換層析柱，40mg/ml的濃度加裝多糖10ml，以泵循環(huán)上下流動0.5h進(jìn)行交換吸附，接出多糖液體，離子柱再以90ml去離子水沖洗出剩余溶液多糖，兩次收集多糖液體合并以另一活化后強(qiáng)酸型陽離子交換柱重新交換2h。收集兩次進(jìn)行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.056ppm，降低了49.1％。
實(shí)施例十一 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
弱堿型陰離子交換樹脂(南開牌)200ml灌制成樹脂交換層析柱，70mg/ml的濃度加裝多糖10ml，以泵循環(huán)上下流動1h進(jìn)行交換吸附，接出多糖液體，離子柱再以30ml去離子水沖洗出剩余溶液多糖，兩次收集多糖液體合并以另一活化后強(qiáng)酸型陽離子交換柱重新交換2h。收集兩次進(jìn)行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.013ppm，降低了88.2％。
實(shí)施例十二 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
弱堿型陰離子交換樹脂(南開牌)100ml灌制成樹脂交換層析柱，100mg/ml的濃度加裝多糖10ml，以泵循環(huán)上下流動1h進(jìn)行交換吸附，接出多糖液體，離子柱再以60ml去離子水沖洗出剩余溶液多糖，兩次收集多糖液體合并以另一活化后陰離子柱重新交換1h。收集兩次進(jìn)行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經(jīng)超濾除鹽、濃縮和噴霧干燥得到脫除了重金屬的鮑魚多糖凍干粉。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的0.11ppm減少到0.023ppm降低了79.1％。
實(shí)施例十三 扇貝粗多糖的制取如實(shí)施例六。
將扇貝臟器粗多糖300mg溶解于400ml去離子水中，加入強(qiáng)酸型陽離子交換樹脂400ml(美國Dowex牌)，磁力攪拌3h后過濾，所得液體以1Mol/LNaOH調(diào)pH至10，再次加入相同樹脂400ml，磁力攪拌2h后過濾。處理后的多糖經(jīng)透析、濃縮和冷凍干燥得脫除重金屬得扇貝多糖。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的60.39ppm減少到0.20ppm降低了99.7％。
實(shí)施例十四 扇貝粗多糖的制取如實(shí)施例六。
將扇貝臟器粗多糖250mg溶解于400ml去離子水中，加入201×7陰離子樹脂300ml(南開牌)，磁力攪拌2h后過濾，所得液體以1Mol/L NaOH調(diào)pH至10，再次加入相同樹脂300ml，磁力攪拌1h后過濾。處理后的多糖經(jīng)透析、濃縮和冷凍干燥得脫除重金屬得扇貝多糖。
原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結(jié)果顯示其中鎘含量由處理前的60.39ppm減少到1.78ppm，降低了97.0％。
實(shí)施例十五 鮑魚粗多糖的制取如實(shí)施例一。
離子交換脫除重金屬操作同實(shí)施例四。
在實(shí)施例中對于鮑魚多糖中含有的多種重金屬元素(包括一些非重金屬元素)的脫除前后的含量對比如下表； 貝類多糖重金屬清除前后元素對比表(數(shù)據(jù)單位ppm)
權(quán)利要求
1、海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法，其特征在于采用貝類多糖與離子交換樹脂進(jìn)行離子交換，使其吸附貝類多糖中的重金屬離子；進(jìn)行了吸附交換的離子交換樹脂進(jìn)行再生后回用。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述海洋貝類多糖脫除重金屬的方法，其特征在于脫除方法為以貝類多糖與離子交換樹脂之比為1.0g∶0.6～4.8ml，用貝類多糖1～3倍質(zhì)量的去離子水制成溶液常溫下進(jìn)行混合離子交換0.5～6.0h，收集所得到的貝類多糖溶液進(jìn)行后處理而得到脫除了重金屬的貝類多糖。
3、根據(jù)權(quán)利要求2所述海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法，其特征在于所述的混合離子交換1～3次；其步驟為將離子交換樹脂、貝類多糖溶液混合攪拌2～3h，過濾除去離子交換樹脂，溶液進(jìn)行除鹽、濃縮和干燥得到脫除了重金屬離子的貝類多糖；
重復(fù)交換的步驟為將上述過濾除去離子交換樹脂后的溶液以濃度為1Mol/L的NaOH或鹽酸溶液調(diào)所需pH值，加入相同或不同的離子交換樹脂再重復(fù)上述操作1～2次，而后得到的溶液過濾除去離子交換樹脂，再進(jìn)行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。
4、根據(jù)權(quán)利要求2所述海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法，其特征在于所述的混合離子交換為用離子交換柱使貝類多糖的溶液循環(huán)交換1～3次；其步驟為將離子交換樹脂裝柱，貝類多糖的溶液用泵使其在柱中循環(huán)吸附交換0.5～3.0h，接出貝類多糖的溶液，用相當(dāng)離子交換樹脂容量的0.15～1.00％的去離子水洗柱，洗液和接出貝類多糖的溶液合并，進(jìn)行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖；
重復(fù)交換的步驟為將接出貝類多糖的溶液再用活化了的同樣或不同樣的離子交換樹脂柱進(jìn)行用泵循環(huán)，重復(fù)上述操作1～2次；洗液和接出貝類多糖的溶液合并，進(jìn)行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。
5、根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法，其特征在于所述的后處理包括除鹽、濃縮和干燥
(1)除鹽將上述收集所得的多糖溶液，用過濾1-10K道爾頓孔徑大小半透膜超濾或透析1-12h除去混雜的鹽類物質(zhì)即得脫除重金屬后的多糖溶液；
(2)濃縮采用真空濃縮的方法進(jìn)行濃縮；
(3)干燥采用冷凍干燥或噴霧干燥方法。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法，其特征在于所述進(jìn)行吸附交換的離子交換樹脂的再生后回用，其步驟為
(1)陽離子交換樹脂采用酸-堿-酸的方式清洗，每個步驟應(yīng)持續(xù)不少于10min，步驟間隔要用去離子水洗到pH中性；
(2)陰離子交換樹脂采取堿-酸-堿的方式清洗，每個步驟應(yīng)持續(xù)不少于10min，步驟間隔要用去離子水洗到pH中性；
所使用的酸和堿為1-10％HCl和1-10％NaOH。
7、根據(jù)權(quán)利要求1～6中任一項所述海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法，其特征在于所述脫除的重金屬離子包括鎘、鋇、釩、鉛、鉈、鉬、鈾、鍶、鋁、鈦、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、銀金屬離子，還包括砷、硒非金屬離子。
全文摘要
海洋貝類多糖脫除重金屬的方法。以貝類多糖與離子交換樹脂之比為1.0g∶0.6～4.8ml，用貝類多糖1～3倍質(zhì)量的去離子水制成溶液常溫下進(jìn)行混合離子交換0.5～6.0h，收集所得到的海洋貝類多糖溶液進(jìn)行除鹽、濃縮和干燥得到脫除了重金屬的貝類多糖。海洋貝類多糖中的重金屬脫出率為47.0～99.7％。所述脫除的重金屬離子包括鎘、鋇、釩、鉛、鉈、鉬、鈾、鍶、鋁、鈦、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、銀金屬離子，以及砷、硒非金屬離子。本發(fā)明解決了海產(chǎn)品易富集重金屬而影響其營養(yǎng)價值的問題，提高了產(chǎn)品的安全與品質(zhì)。脫除離子面廣，處理工藝簡單，易于操作，離子交換樹脂可以再生、循環(huán)使用，其成本大為降低。
文檔編號B01J49/00GK101607996SQ20091001266
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者朱蓓薇, 楊靜峰, 董秀萍, 李冬梅, 碩 閻, 娜 劉, 郭麗莉 申請人:大連工業(yè)大學(xué)