TWI664998B - Method for removing inorganic arsenic from Sargassum - Google Patents

Abstract

本發明提供一種去除厚葉馬尾藻中無機砷，包含三價砷跟五價砷，的方法，包含步驟：(1) 製備一厚葉馬尾草之乾燥粉末；(2) 將一有機酸螯合劑加入該粉末形成一混和液；(3) 將該混和液置於一恆溫水槽中反應；(4) 以超音波震盪該混和物；及 (5) 以蒸餾水清洗該混和物。本發明透過去除無機砷之能力達到淨化海藻之效果，低汙染的海藻能夠作為原料進行海藻產業開發，提高海藻產業發展性，且此技術方法簡單，不需使用昂貴儀器，推動性高。

Description

去除厚葉馬尾藻中無機砷的方法

本發明係關於一種去除藻類中重金屬的方法，特別是關於去除厚葉馬尾藻中無機砷的方法。

厚葉馬尾藻含有豐富的褐藻多醣、維生素、碘等營養物質，具有高度的利用價值。目前市面上之高單價海藻健康保健食品為褐藻多醣產品居冠，但在萃取褐藻多醣的過程中同時會將海藻所含的砷一併萃取出來，且乾燥的萃取物其砷濃度高於濕重之藻體，造成萃取出的褐藻多醣原料會因無機砷濃度過高而無法使用。

厚葉馬尾藻(Sargassum crassifolium)具吸附水中砷的特性，台灣海域野生採集或人工養殖的馬尾藻普遍經常發生無機砷超標的問題。砷對人類具有毒性，且攝取過量的砷會造成皮膚癌、肝癌等疾病，其中又以無機砷毒性高於有機砷。在台灣馬尾藻屬是種類及生物量最高的褐藻類，種類約有20幾種，馬尾藻亦是台灣最大型的海藻。然而因砷含量之問題使本土野外馬尾藻無法被利用，台灣海藻產業發展受到阻礙。目前市海藻褐藻產品原料均依賴國外進口，具有貨源不穩定以及進貨成本提升的問題。

台灣周邊環海，冬春季節時礁岩海岸時常會看見一片「馬尾藻海」，數量非常豐富，但礙於野生馬尾藻無機砷含量超標，其中又以三價砷毒性最高，使本土馬尾藻無法被利用，造成台灣海藻開發上的阻礙。台灣擁有豐 富的馬尾藻資源，卻因無機砷問題導致海岸大量馬尾藻資源無法真正利用，數量如此龐大天然資源無法利用相當可惜。在海藻人工養殖方面，可能因為引進海水中帶有無機砷元素造成海藻中重金屬累積放大之效果，當養殖收成時會造成無機砷過量之疑慮，造成養殖風險提高，使海藻人工養殖產業投資意願降低。

然而現有去除海藻中無機砷的方法無法大量地去除無機砷，僅能去除少量的無機砷，且耗時耗量。故本發明之發明人為改善現有之技術，解決目前重金屬累積的問題，遂研發出本發明。

故，本發明之其中一目的為提供一種去除厚葉馬尾藻中無機砷的方法，包含步驟：(1)製備厚葉馬尾藻之乾燥粉末；(2)將兩種有機酸加入該粉末形成一混和溶液；(3)將該混和溶液置於一恆溫水槽中反應；(4)以超音波震盪該混和溶液；及(5)以蒸餾水清洗該混和溶液。

該有機酸較佳為檸檬酸及醋酸。

該恆溫水槽之溫度為20-60度。

反應時間為30分鐘至1.5小時。超音波震盪時間為5分鐘至30分鐘，震盪頻率為20-60kHz。

本方法可將厚葉馬尾藻中三價砷及五價砷等無機砷含量大量除去。去除無機砷後之厚葉馬尾藻可做為保健食品之原料，例如褐藻醣膠碇、褐藻醣膠飲等，也可萃取褐藻膠，做為工業、食品業、醫技業等之應用，用途相當廣泛。

此技術可將降低厚葉馬尾藻無機砷含量，有助於台灣海藻產業推動，可與有意願合作之產業進行產學合作，投資研究將此技術延伸，如大量去 除馬尾藻無機砷試驗、提高去除無機砷之試驗、去除無機砷後海藻原料製備試驗等。此技術能透過去除無機砷之能力達到淨化海藻之效果，低汙染的海藻能夠作為原料進行海藻產業開發，提高海藻產業發展性。

本技術可將厚葉馬尾藻中無機砷濃度及含量大幅降低，以低成本的方法將海藻中無機砷帶出，去除無機砷後之厚葉馬尾藻可進行原料之萃取，製成褐藻多醣保健品、飼料添加劑、營養食品等，且在成本上能減少依賴國外進口之褐藻原料，增加利潤，振興台灣海藻產業發展。

此技術方法簡單，不需使用昂貴儀器，推動性高，僅需具備實驗室基本操作以及海藻基礎萃取技術即可。萃取過程中需使用烘箱、恆溫水槽加熱、超音波震盪機設備，操作流程簡單，此技術方便一般產業即可進行操作。

本發明之優勢在於，在健康食品之中，海藻產品亦曾有爆發進口產品原料砷含量超標之新聞，目前我國加強藻類食品之管理，衛福部食藥署公告「藻類食品衛生標準」規範，規範包括其微生物、重金屬等限量標準。台灣野外採集之海藻所含砷含量偏高，製成健康食品具有砷含量超標之疑慮，然而市售大多數褐藻類健康食品原料來源依賴國外進口，直接提高生產成本，來源也受到限制。本技術以天然之試劑進行厚葉馬尾藻中重金屬去除方法，能有效降低藻體所含之砷含量，經過處理過後的厚葉馬尾藻可做健康食品之來源使用，一方面降低了原料上的成本，另一方面也提供了穩定的原料來源。

而在水產飼料業中，海藻粉添加於水產飼料中能提升魚隻免疫力以及成長率，已經去除無機砷之厚葉馬尾藻原料可減少飼料中砷含量超標之風險，也避免魚隻誤食含無機砷飼料而造成生物累積。

圖1為厚葉馬尾藻之圖；圖2為無機砷含量處理前後對照圖表；及圖3為無機砷去除率圖表。

以下，更進一步地配合實施例及圖式而詳細地說明本發明。然而，下列說明僅為例示性說明，非作為限制本發明說明書及申請專利範圍。除非本說明書另有定義以外，在本文中所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。

厚葉馬尾藻粉製備

本實施例使用之厚葉馬尾藻如圖1所示，厚葉馬尾藻採集自恆春萬里桐海岸。將收集的厚葉馬尾藻使用蒸餾水清洗將藻體表面上髒污清除，清洗完後將樣本烘乾移除水分，待藻體乾燥後使用粉碎機制成藻粉，即完成馬尾藻藻粉樣本的製備。

有機酸溶劑製備

挑選兩種有機酸作為去除厚葉馬尾藻中無機砷的實驗試劑。試劑須符合食品級及食用安全為原則。有機酸具有可吸附重金屬的官能基，如羥基、巰基、羧基、氨基等。這些官能基經由與金屬離子形成離子鍵或共價鍵而達到吸附金屬離子的目的。本發明利用有機酸可吸附重金屬的特性，進行砷的去除 實驗。本實施例中使用1%檸檬酸(AENCORE，食品級)以及1%醋酸(AENCORE，食品級)作為螯合試劑。

厚葉馬尾藻樣本處理步驟

將厚葉馬尾藻樣本分為兩個處理組：去除處理組(以檸檬酸及醋酸作為溶劑)以及對照組(加入蒸餾水)進行去除厚葉馬尾藻中無機砷的實驗。

將10g厚葉馬尾藻粉末樣本加入試劑溶液中，再放入40度恆溫水槽中反應一小時。接著使用超音波以35kHz震盪10分鐘，最後將樣本使用蒸餾水清洗，即完成去除無機砷之流程。較佳地該試劑溶液的體積為100mL。

實驗結束後樣本將進行無機砷去除能力計算，去除砷的能力計算公式為：(處理前樣本的無機砷含量-處理後該樣本無機砷含量)/處理前樣本無機砷含量×100%。

無機砷含量檢測

本檢測方法參考葉(2016)的檢測方法。實驗藻體樣品以超純水洗淨表面並擦拭乾淨，將樣品放入-20℃冷凍後再放入低溫真空凍乾機，待樣本完全凍乾後將藻體磨碎，並精秤0.1g乾重。將樣本置於離心管中，加入50%乙醇20mL，再以超音波震盪1小時，震盪頻率36kHz，以4000rpm轉速離心10分鐘，取上清液，剩餘殘渣再加入50%乙醇20mL，重複萃取並合併萃取液，以純水定量至50mL，使用0.22μm濾膜過濾供為待測樣品。

移動相A：精秤158.12mg碳酸氫銨(NH₄HCO₃)，以純水溶解後加入10mL甲醇，再將pH調整至8.0，再以純水定量至1L，經超音波震盪機除泡後，以0.22μm濾膜過濾，取濾液作為移動相溶液A。

移動相B：精秤1.6008g硝酸銨(NH₄NO₃)與2.3006g磷酸二氧銨(NH₄H₂PO₄)，加入1L定量瓶後再以純水溶解後加入10mL甲醇，再以氨水調整pH至9.2，最後以純水定量至1L。

為確實檢驗方法數據的適用性以及正確性，本實驗參照102年9月9日行政院衛生福利部食品藥物管理署食品化學檢驗方法的確校規範。

將標準品添加於類似樣品基質的空白樣品，依檢驗方法分析步驟，與待測樣品同時進行分析，空白分析值應小於2倍偵測極限。

其檢量線之線性回歸方程式之相關係數不應低於0.99，檢液中待測濃度應在檢量線之線性範圍內。

將標準品添加於類似樣品基質之空白樣品中，計算回收率(%)，依演驗方法分析步驟，依序進行3重複之檢測。

將標準參考物質依檢驗方法分析步驟，各進行3重複之檢測，並計算三日間各組樣品之總變異係數。變異係數公式為變數係數(%)=回收率之標準差/回收率之平均值×100。

空白樣品(7重複)之檢測值，再計算其感應之標準差(S)公式為LOQ=10s/m，m為檢樣線之斜率。

樣品分析前，先以試劑水清洗ICP-MS，使其訊號穩定且無殘留後，接著將感應耦合電漿質譜儀串聯陰離子交換管柱(Hamilton PRP-X100，100μm，內徑4.6mm×250mm)，利用自動進樣系統，取檢液100μL，注入高效能液相層析感應耦合電漿質譜(High performance liquid chromatography/Inductively coupled plasma mass spectrometer，HPLC-ICP-MS)(X-Series，ThermoFisher)，依下列計算試求出檢體中無機砷含量(μg/g)，再以樣本乾重求其含量，計算公式 為：樣品中無機砷含量(μg/g)=((C×V)/W)/1000，其中，C：由標準曲線求得檢液中無機濃度(ng/mL)，V：檢體最後定量之體積(mL)，W：檢體乾重(g)。

移動相溶液：藻類檢體以A液與B液下列表格1之沖提條件進行梯度分析。

請參照圖2及表格2，根據上述去除無機砷之方法，厚葉馬尾藻中三價砷含量僅剩0.35ppm；厚葉馬尾藻中五價砷含量自79.76ppm清除至剩51.05；厚葉馬尾藻中無機砷含量自97.07ppm清除至剩51.4ppm。

請參照圖3及表格3，根據上述去除無機砷之方法，厚葉馬尾藻中三價砷含量去除率為97.55%；厚葉馬尾藻中五價砷含量去除率為36.00%；厚葉馬尾藻中無機砷含量去除率為47.05%。

目前海藻的運輸是以藻粉的型態為主，故本案以藻粉作為反應物的型態，不僅可提高反應效率並縮短操作時間，且也更符合經濟效益及市場現況。

本發明所請之方法可有效去除厚葉馬尾藻之中的重金屬無機砷，以低成本的方法有效去除厚葉馬尾藻中無機砷(包括三價砷以及五價砷)含量，此技術能夠使用安全的試劑進行，降低無機砷對人體造成的風險，提升藻體附加價值，並有助於推動台灣海藻產業發展。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，但不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效改變與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

Claims (8)

1. 一種去除厚葉馬尾藻中無機砷的方法，包含步驟：(1)製備厚葉馬尾藻之一乾燥粉末；(2)加入兩種有機酸至該乾燥粉末形成一混合物，其中該有機酸為檸檬酸及醋酸，濃度各為1%(g/mL)；(3)置該混合物於一恆溫水槽中反應；(4)以超音波震盪該混合物；及(5)以蒸餾水清洗該混合物。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該恆溫水槽之溫度為20-60度。
3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該恆溫水槽之溫度為40度。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該反應的時間為30分鐘至1.5小時。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波震盪時間為5分鐘至30分鐘。
6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波震盪頻率為20-60kHz。
7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該超音波震盪頻率為35kHz。
8. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該無機砷包含三價砷及五價砷。