專利名稱：海洋貝類多糖脫除重金屬離子的方法
技術領域：
本發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領域，同時也涉及酶水解、離子交換、冷凍干燥等技術領域。
背景技術：
水產品及其加工產物以其健康、營養、味美等優點正成為國內外消費者的首選食品之一，水產品的年生產產量及加工品種也有越來越擴展的趨勢；隨著近海水產養殖業的發展和人類活動對近海海洋環境影響的加劇，水產品的質量和安全問題也越來越受到國內外消費者的關注，同時發達國家出于貿易保護的目的對我國出口產品的檢測門檻有逐年提高的趨勢迫使我們加強此類研究。
由于工農業廢水排放進入海洋環境中的重金屬元素即使在水相中檢測出濃度很低，也能在生物體內富集而達到有害的濃度。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，開展海洋動物營養食品中重金屬脫除方法的研究，對保證消費者的食用安全以及擴大產品出口是十分必要的。
發明內容
針對現有技術存在的缺陷，本發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。
本發明的技術方案是采用貝類多糖與離子交換樹脂進行離子交換，使其吸附貝類多糖中的重金屬離子，以達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倍質量的無離子水制成溶液常溫下進行混合離子交換0.5～6.0h，收集所得到的貝類多糖溶液進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或鹽酸溶液調所需pH值，加入相同或不同的離子交換樹脂再重復上述操作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吸附交換0.5～3.0h，接出貝類多糖的溶液，用去離子水(相當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，進行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。或者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柱進行用泵循環，這樣重復1～2次。洗液和接出貝類多糖的溶液合并，進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，每個步驟應持續不少于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，每個步驟應持續不少于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、產地、生長年限、種屬的不同，導致貝類對重金屬的富集情況不盡一致，運用本發明相關方法處理后經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，離子交換后可使其降低98％以上；若含量為小數位后，離子交換后可使其降低50～85％。交換次數多的脫除效果更好。本發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。
本發明突出的優點是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行去除，解決了海產品易富集重金屬而影響其營養價值的問題，從而提高了產品的安全與品質。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、循環使用，其成本大為降低。
具體實施例方式 實施例一 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，調節pH至10，43℃酶解3h，90℃滅酶10min后冷卻至室溫。調節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％ 實施例二 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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％。
實施例三 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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％。
實施例四 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
將鮑魚臟器粗多糖200mg溶于200ml去離子水中，加入強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％。
實施例五 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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進行原子吸收光譜重金屬含量測試分析，其結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％，加入干重質量分數2％的堿性蛋白酶，調節pH至10，45℃酶解2h，90℃滅酶10min后冷卻至室溫。調節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％。
實施例七 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
強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，以泵循環上下流動2h進行交換吸附，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一遍。收集的多糖溶液經超濾除鹽、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％。
實施例八 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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，以泵循環上下流動1h進行交換吸附，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一遍。收集兩次進行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并經超濾除鹽、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％。
實施例九 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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，以泵循環上下流動3h進行交換吸附，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一遍。收集兩次進行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經超濾除鹽、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％。
實施例拾 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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，以泵循環上下流動0.5h進行交換吸附，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酸型陽離子交換柱重新交換2h。收集兩次進行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經超濾除鹽、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％。
實施例十一 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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，以泵循環上下流動1h進行交換吸附，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酸型陽離子交換柱重新交換2h。收集兩次進行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經超濾除鹽、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％。
實施例十二 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
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，以泵循環上下流動1h進行交換吸附，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。收集兩次進行交換后的鮑魚多糖液和洗液合并，經超濾除鹽、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％。
實施例十三 扇貝粗多糖的制取如實施例六。
將扇貝臟器粗多糖300mg溶解于400ml去離子水中，加入強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％。
實施例十四 扇貝粗多糖的制取如實施例六。
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％。
實施例十五 鮑魚粗多糖的制取如實施例一。
離子交換脫除重金屬操作同實施例四。
在實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(數據單位ppm)
權利要求
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行離子交換，使其吸附貝類多糖中的重金屬離子；進行了吸附交換的離子交換樹脂進行再生后回用。
2、根據權利要求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倍質量的去離子水制成溶液常溫下進行混合離子交換0.5～6.0h，收集所得到的貝類多糖溶液進行后處理而得到脫除了重金屬的貝類多糖。
3、根據權利要求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或鹽酸溶液調所需pH值，加入相同或不同的離子交換樹脂再重復上述操作1～2次，而后得到的溶液過濾除去離子交換樹脂，再進行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。
4、根據權利要求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吸附交換0.5～3.0h，接出貝類多糖的溶液，用相當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，進行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖；
重復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行用泵循環，重復上述操作1～2次；洗液和接出貝類多糖的溶液合并，進行后處理得到脫除了重金屬離子的貝類多糖。
5、根據權利要求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行濃縮；
(3)干燥采用冷凍干燥或噴霧干燥方法。
6、根據權利要求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，每個步驟應持續不少于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，每個步驟應持續不少于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、根據權利要求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倍質量的去離子水制成溶液常溫下進行混合離子交換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。本發明解決了海產品易富集重金屬而影響其營養價值的問題，提高了產品的安全與品質。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 優先權日2009年7月21日
發明者朱蓓薇, 楊靜峰, 董秀萍, 李冬梅, 碩 閻, 娜 劉, 郭麗莉 申請人:大連工業大學