CN104000026A

CN104000026A - 一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法及应用

Info

Publication number: CN104000026A
Application number: CN201410081917.9A
Authority: CN
Inventors: 张宾; 王晓玲; 高萌; 马璐凯; 王强
Original assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Current assignee: Zhejiang Ocean University ZJOU
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: CN104000026B

Abstract

本发明公开了一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法及应用。本发明以褐藻胶为原料，经降解后制备褐藻胶寡糖再与金属元素配位络合，制备出具有脱除克氏原螯虾体内重金属活性的褐藻胶寡糖-金属元素配合物，并将其应用于螯虾养殖过程中，达到脱除养殖螯虾体内重金属Cd、Pb等残留的作用。本发明原料来源成本低，安全可靠，制备的重金属脱除剂安全无毒且能有效减少克氏原螯虾体内的重金属污染，对于保障克氏原螯虾及其制品的质量与安全有重要的意义。

Description

一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及一种重金属脱除剂的制备方法，特别涉及一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法及应用。

背景技术

克氏原螯虾俗名淡水小龙虾，其营养价值高、味道鲜美，同时富含不饱和脂肪酸、蛋白质和游离氨基酸，是人体维生素E、叶酸、钾、锌、硒等营养素的良好来源。目前，克氏原螯虾养殖产业已广泛分布于我国各地，并已形成了可供利用的天然种群，特别是在长江中、下游地区生物种群量较大，已成为我国一种重要的淡水虾类资源，其也是长江中下游各省出口创汇的一个主导产品，深受国内外市场的欢迎。

近年来，随着环境污染的加剧，大量重金属被排入江河湖泊中，导致水质恶化现象严重，受到重金属污染的水产品（如虾类）进入食物链，对人体健康产生了很大的危害。2010年8月爆发的“龙虾门事件”，使人们心存疑虑，并引起了人们对克氏原螯虾食用安全性研究的广泛关注。研究发现，克氏原螯虾对环境的适应能力很强，其对水质要求也不高，其对重金属的富集能力比一般水生动物强得多。重金属通过克氏原螯虾鳃交换或者摄食过程进入虾体内，从而在肝脏、鳃、外骨骼和肌肉中大量富集，其体内重金属浓度可高出周围环境中的数十倍甚至呈数量级倍数增大。周立志等发现合肥市、肥东县、肥西县采集的克氏原螯虾中重金属Cd检出率达91.7%，且含量远超过国家限量标准（三种重金属在克氏原螯虾体内的富集特征，《生态学杂志》 2008年09期）。朱玉芳等对苏州地区克氏原螯虾体内重金属残留检测发现，Cd和Pb检出率分别为96.2%和50.0%，超标率分别为22.2%和0%（重金属元素在克氏原螯虾体内的生物富集作用[J]；水利渔业；2003年01期）。我国养殖克氏原螯虾重金属超标事件频发，其已成为威胁虾类养殖业经济和人民身体健康的安全隐患之一。

克氏原螯虾体内重金属的脱除可通过净水暂养或净化方式得以部分脱除。如崔勇华等将克氏原螯虾在净水中暂养 6 d后，发现虾肌肉、鳃、肝中Cd含量均有不同程度降低（重金属在克氏螯虾体内的释放与累积作用研究，《水利渔业》2004年第6期）。但这种净水暂养脱除方式存在劳动强度大、时间长的缺点，且释放的重金属离子存在再次污染暂养水质的可能。许梓荣等采用纳米蒙脱石、氯化钠和壳聚糖作为虾类饲料添加剂，通过物理吸附水体中的重金属可减轻重金属对虾类的毒害作用，但饲料配比复杂、吸附脱除作用有限。对于人体内重金属的脱除方式，主要是服用解毒剂，如环已烷二胺四乙酸、2,3-二巯基丙醇及二巯丁二酸等，其原理是靠其含有的巯基、氨基、羟基或羧基等争夺与MT结合的重金属离子，形成不溶性复合物而排出体外。目前，国内外关于克氏原螯虾体内重金属的研究，大部分集中于其在生物体内的富集能力、器官分布及毒性作用等，而如何降低或脱除螯虾体内重金属，除从源头上减少养殖环境中重金属污染方式外，关于养殖螯虾低成本脱除剂研究还未见报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法，原料来源成本低，方法简单易行，适合工业化生产，制备的重金属脱除剂安全无毒且能有效减少克氏原螯虾体内的重金属污染。

本发明还提供了上述克氏原螯虾体内重金属脱除剂的应用，达到脱除养殖螯虾体内重金属Cd、Pb等残留的作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法，包括如下步骤：

（1）将褐藻胶溶液在25-30℃条件下进行超声处理后得预处理液；

（2）将预处理液升温至55-75℃，加入高浓度双氧水，保温降解1.0-1.5 h，然后升温至75-85℃，加入低浓度双氧水，保温降解20-40min；

（3）将步骤（2）处理完成的预处理液冷却至室温，静置6-10 h后，调节pH至3.0-3.5，过滤后加入3-5倍体积的乙醇，醇沉过夜，经减压抽滤、冷冻干燥获得褐藻胶寡糖混合物；

（4）将褐藻胶寡糖混合物溶于水后制得褐藻胶寡糖溶液，调节pH至5.5-6.4，向褐藻胶寡糖溶液中加入金属螯合剂，在45-75℃缓慢搅拌条件下，螯合反应7-12 h；

（5）螯合反应结束后，离心，获得上清液经真空浓缩、冷冻干燥后即得克氏原螯虾体内重金属脱除剂。

超声处理有助于大分子糖的断裂降解，辅助褐藻胶降解为褐藻胶寡糖，为下一步降解反应做好准备。本发明将褐藻胶首先在高浓度双氧水、低温（55-75℃）降解，再后面低浓度双氧水、高温（75-85℃）降解，制备出褐藻胶寡糖聚合度更好些，对于后面制备的褐藻胶寡糖-金属配合物（重金属脱除剂），脱除重金属效果更好。若采用单阶段的水解即一次性水解不分段水解，制备的重金属脱除剂脱除效果不佳。

作为优选，步骤（1）中所述褐藻胶溶液的浓度为8-16mg/ml。

作为优选，步骤（1）中超声处理的条件为：240-300W、20-40KHz超声波处理2.0-4.0 min。

作为优选，步骤（2）中高浓度双氧水的质量浓度为30-35%，高浓度双氧水的用量为预处理液体积的4.5-7.5%。

作为优选，步骤（2）中低浓度双氧水的质量浓度为3-5%，低浓度双氧水的用量为预处理液体积的1-3%。

作为优选，步骤（3）中乙醇的质量浓度为95-98%。

作为优选，步骤（4）中褐藻胶寡糖溶液的浓度为15-30mg/ml。

作为优选，步骤（4）中所述金属螯合剂选自Fe²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺中的一种或几种金属离子的混合物，金属螯合剂用量为每100ml褐藻胶寡糖溶液加入0.1-0.4g。金属螯合剂用量为0.1-0.4g，指单独的Fe²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺的重量或者它们中几种组合后的总重量，Fe²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺可以以多种常见化合物的形式加入，经换算成金属元素的量后即可。如氯化亚铁、硫酸亚铁、氯化锌、硫酸锌、氯化镁、硫酸镁、氯化钙、氢氧化钙等。

作为优选，步骤（4）中缓慢搅拌的搅拌速度为40-80 r/min。

一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的应用，将重金属脱除剂添加到克氏原螯虾养殖水体或养殖饲料中，克氏原螯虾经腮丝交换或摄食过程，摄入重金属脱除剂到体内，克氏原螯虾养殖水体中重金属脱除剂添加量为每升水体中添加20-60mg，克氏原螯虾养殖饲料中添加量为每千克基础饲料中添加200-600mg。

本发明的有益效果是：

1、以褐藻胶为原料，经降解后制备褐藻胶寡糖再与金属元素配位络合，制备出具有脱除克氏原螯虾体内重金属活性的褐藻胶寡糖-金属元素配合物，并将其应用于螯虾养殖过程中，达到脱除养殖螯虾体内重金属Cd、Pb等残留的作用。

2、本发明原料来源成本低，安全可靠，制备的重金属脱除剂安全无毒且能有效减少克氏原螯虾体内的重金属污染，对于保障克氏原螯虾及其制品的质量与安全有重要的意义。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

褐藻胶市售。

实施例1：

（1）将浓度为8mg/ml的褐藻胶溶液在25℃条件下经240W、20KHz超声波处理4.0 min得预处理液。

（2）将预处理液升温至55℃，加入质量浓度为30%的高浓度双氧水，高浓度双氧水的用量为预处理液体积的4.5%，保温降解1.5 h，然后升温至75℃，加入质量浓度为3%的低浓度双氧水，低浓度双氧水的用量为预处理液体积的1%，保温降解40min。

（3）将步骤（2）处理完成的预处理液冷却至室温，静置6h后，加入2.5mol/L NaHCO₃溶液调节pH至3.0，过滤后加入3倍体积的质量浓度为98%的乙醇，醇沉过夜，经减压抽滤、冷冻干燥获得褐藻胶寡糖混合物。

（4）将褐藻胶寡糖混合物溶于水后制得浓度为15mg/ml的褐藻胶寡糖溶液，加入1.0 mol/L HCl溶液调节pH至5.5，向褐藻胶寡糖溶液中加入氯化亚铁溶液，经换算后使得铁元素即Fe²⁺用量为每100ml褐藻胶寡糖溶液加入0.1g，在45℃，40 r/min搅拌速度下缓慢搅拌条件下，螯合反应12 h。

（5）螯合反应结束后，8000 r/min离心20 min，获得上清液经真空浓缩、冷冻干燥后即得克氏原螯虾体内重金属脱除剂。

实施例2：

（1）将浓度为16mg/ml的褐藻胶溶液在30℃条件下经300W、40KHz超声波处理2.0min得预处理液。

（2）将预处理液升温至75℃，加入质量浓度为35%的高浓度双氧水，高浓度双氧水的用量为预处理液体积的7.5%，保温降解1.0h，然后升温至85℃，加入质量浓度为5%的低浓度双氧水，低浓度双氧水的用量为预处理液体积的3%，保温降解20min。

（3）将步骤（2）处理完成的预处理液冷却至室温，静置10 h后，加入3.5 mol/L NaHCO₃溶液调节pH至3.5，过滤后加入5倍体积的质量浓度为95%的乙醇，醇沉过夜，经减压抽滤、冷冻干燥获得褐藻胶寡糖混合物。

（4）将褐藻胶寡糖混合物溶于水后制得浓度为30mg/ml的褐藻胶寡糖溶液，加入2.0 mol/L HCl溶液调节pH至6.4，向褐藻胶寡糖溶液中加入氯化锌，经换算后使得锌元素即Zn²⁺用量为每100ml褐藻胶寡糖溶液加入0.4g，在75℃，80 r/min搅拌速度下缓慢搅拌条件下，螯合反应7 h。

（5）螯合反应结束后， 10000 r/min离心10min，获得上清液经真空浓缩、冷冻干燥后即得克氏原螯虾体内重金属脱除剂。

实施例3：

（1）将浓度为10mg/ml的褐藻胶溶液在28℃条件下经280W、30KHz超声波处理3.0 min得预处理液。

（2）将预处理液升温至60℃，加入质量浓度为30%的高浓度双氧水，高浓度双氧水的用量为预处理液体积的5%，保温降解1.2 h，然后升温至80℃，加入质量浓度为3%的低浓度双氧水，低浓度双氧水的用量为预处理液体积的2%，保温降解30min。

（3）将步骤（2）处理完成的预处理液冷却至室温，静置8 h后，加入3 mol/L NaHCO₃溶液调节pH至3.5，过滤后加入4倍体积的质量浓度为95%的乙醇，醇沉过夜，经减压抽滤、冷冻干燥获得褐藻胶寡糖混合物。

（4）将褐藻胶寡糖混合物溶于水后制得浓度为20mg/ml的褐藻胶寡糖溶液，加入1.5 mol/L HCl溶液调节pH至6，向褐藻胶寡糖溶液中加入氯化镁溶液和氯化锌溶液，经换算后使得锌元素和镁元素即Mg²⁺+Zn²⁺两者之和用量为每100ml褐藻胶寡糖溶液加入0.2g，在60℃，60 r/min搅拌速度下缓慢搅拌条件下，螯合反应10 h。

（5）螯合反应结束后，9000 r/min离心15 min，获得上清液经真空浓缩、冷冻干燥后即得克氏原螯虾体内重金属脱除剂。

本发明在应用时，将重金属脱除剂添加到克氏原螯虾养殖水体或养殖饲料中，克氏原螯虾经腮丝交换或摄食过程，摄入重金属脱除剂到体内，克氏原螯虾养殖水体中重金属脱除剂添加量为每升水体中添加20-60mg，克氏原螯虾养殖饲料中添加量为每千克基础饲料中添加200-600mg。

重金属脱除效果验证

1、染毒：

克氏原螯虾（虾种规格6.0~6.5 cm），基础饲料（市售）。正常饲喂7天后，挑选生长正常的个体为实验对象。首先以含有CdCl₂养殖水体中（CdCl₂浓度为0.1mg/L水）进行染毒7天，期间以基础饲料正常饲喂。

2、分组：

（1）正常饲喂组：该组是未染毒克氏原螯虾，饲喂基础饲料，50只，饲喂7天；

（2）染毒饲喂组：染毒后螯虾，饲喂基础饲料（不含本发明重金属脱除剂），50只，饲喂7天；

（3）低剂量脱除组：染毒后螯虾，饲喂含重金属脱除剂200mg/kg的基础饲料，50只，饲喂7天；

（4）中剂量脱除组：染毒后螯虾，饲喂含重金属脱除剂400 mg/kg的基础饲料，50只，饲喂7天；

（5）高剂量脱除组：染毒后螯虾，饲喂含重金属脱除剂600 mg/kg的基础饲料，50只，饲喂7天。

3、检测结果：

检测部位：螯虾内脏团。

Cd检测方法：原子吸收光谱法（GB/T 5009.15-2003，食品中镉的测定）

（0）起始检测：正常克氏原螯虾（未染毒，饲喂前）：Cd未检出。

（1）正常饲喂组：Cd未检出。

（2）染毒饲喂组：Cd含量平均值为11.50 mg/kg.

（3）低剂量脱除组：Cd含量平均值为6.26 mg/kg。

（4）中剂量脱除组：Cd含量平均值为4.12 mg/kg。

（5）高剂量脱除组：Cd含量平均值为4.31 mg/kg。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims

1.一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述褐藻胶溶液的浓度为8-16mg/ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤（1）中超声处理的条件为：240-300W、20-40KHz超声波处理2.0-4.0 min。

4.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中高浓度双氧水的质量浓度为30-35%，高浓度双氧水的用量为预处理液体积的4.5-7.5%。

5.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤（2）中低浓度双氧水的质量浓度为3-5%，低浓度双氧水的用量为预处理液体积的1-3%。

6.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤（3）中乙醇的质量浓度为95-98%。

7.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中褐藻胶寡糖溶液的浓度为15-30mg/ml。

8.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述金属螯合剂选自Fe²⁺、Zn²⁺、Mg²⁺、Ca²⁺中的一种或几种金属离子的混合物，金属螯合剂用量为每100ml褐藻胶寡糖溶液加入0.1-0.4g。

9.根据权利要求1或2或3所述的制备方法，其特征在于：步骤（4）中缓慢搅拌的搅拌速度为40-80 r/min。

10.一种克氏原螯虾体内重金属脱除剂的应用，其特征在于：将重金属脱除剂添加到克氏原螯虾养殖水体或养殖饲料中，克氏原螯虾经腮丝交换或摄食过程，摄入重金属脱除剂到体内，克氏原螯虾养殖水体中重金属脱除剂添加量为每升水体中添加20-60mg，克氏原螯虾养殖饲料中添加量为每千克基础饲料中添加200-600mg。