榴莲壳内皮果胶多糖和黄酮对重金属吸附作用的研究

王晓波，车海萍，陈海珍，刘冬英，王 梅

(广东药学院公共卫生学院，广东广州510310)

榴莲壳内皮果胶多糖和黄酮对重金属吸附作用的研究

王晓波，车海萍，陈海珍，刘冬英，王 梅

(广东药学院公共卫生学院，广东广州510310)

目的:从榴莲壳内皮中提取果胶多糖和黄酮，并评价果胶多糖和黄酮对重金属的吸附作用。方法:以榴莲壳内皮为原料，采取水提乙醇沉淀法从榴莲壳内皮中提取高酯果胶及黄酮，采用碱化法将高酯果胶转化为低酯果胶，并用原子吸收光谱法测定高酯果胶、低酯果胶及黄酮对重金属的吸附率，从而评价其吸附能力。结果:在模拟胃液及肠液条件下，高酯果胶、低酯果胶和黄酮对铅的吸附能力:高酯果胶＞低酯果胶＞黄酮，对镉的吸附能力:低酯果胶＞高酯果胶＞黄酮;对钙、铁及锌离子均无吸附能力。结论:榴莲壳内皮中提取物果胶及黄酮对重金属元素有一定的选择性吸附作用，具有进一步研究和开发价值。

榴莲壳内皮，果胶多糖，黄酮，吸附作用

近年来，重金属污染日趋严重，严重危害人们的身体健康。铅和镉是常见的环境重金属污染物，在人体内有蓄积作用，具有多器官毒性［1］。由于铅、镉在体内的蓄积时间长，排泄慢，所以驱铅、镉是预防及治疗重金属中毒的主要手段，研制开发安全有效的驱铅、镉的食品添加剂，预防其对人体的损害，是国内外目前研究的重点课题之一。果胶和黄酮作为植物中重要的化学物质，具有螯合重金属的作用［2］，随着功能性多糖的开发，果胶不仅可以开发为水溶性膳食纤维，还被应用为去除环境中重金属污染的添加剂，越来越受到各个行业的关注。榴莲壳作为一种农业废弃物，国内近年来已尝试利用其作为宝贵的材料来源，国外近年发现可以用榴莲壳制备成本低的炭吸附剂，从水溶液中去除酸性染料［3］。本研究旨在以榴莲壳内皮干粉为原料提取果胶及黄酮，通过模拟胃、肠实验研究榴莲壳内皮中提取的果胶及黄酮对混合溶液中重金属的吸附作用，为榴莲壳深度开发利用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

榴莲 购于广州市果品市场，取榴莲壳内皮，放入鼓风电热恒温干燥箱70℃干燥至恒重，过60目筛，装密封袋备用;铁、锌、钙、镉、铅标准储备液(GSB G 62025－90(3001) 购自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院;盐酸、氢氧化钠、氯化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、浓硫酸、苯酚、无水乙醇等 均为国产分析纯;实验用水 为购买的怡宝蒸馏水。

AA－6200原子吸收分光光度计 日本岛津公司;Z－2000型石墨原子吸收分光光度计 日本株式会日立高新技术那河事业所;MP120－2电子分析天平 上海天平仪器厂;DL－228多功能食物搅拌机广州隆特电子有限公司;KA－1000离心机 上海安亭科学仪器厂;SH2－D(Ⅲ)循环水式真空泵 巩义市予华仪器责任有限公司;RE－52AA旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂;722型分光光度计 上海棱光技术有限公司;101A－1ET电热恒温鼓风干燥箱 上海实验仪器厂有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 果胶多糖及黄酮提取

1.2.1.1 高酯果胶的提取 参照文献［4－5］:榴莲壳干粉→酸提→过滤→收集滤液→减压浓缩至胶状→醇沉→洗涤沉淀→干燥→高酯果胶

1.2.1.2 低酯果胶的提取 参照文献［6］:榴莲壳干粉→酸提→过滤→收集滤液→减压浓缩至胶状→醇沉→洗涤沉淀→高酯果胶溶液→碱化→低酯果胶

1.2.1.3 黄酮的提取 参照文献［7］:榴莲壳干粉→提取→离心→收集上清液→沉淀物复提一次→离心→收集上清液→合并上清液→减压浓缩至膏状→干燥→粗黄酮

1.2.2 高酯果胶、低酯果胶及黄酮对金属离子吸附能力 根据文献［8］的方法，选择人体胃液(pH=1.2)和人体肠液(pH=7.5)的pH进行体外模拟实验。分别用怡宝蒸馏水配制Pb2+1mg/mL、Cd2+1mg/mL、Fe2+10mg/mL、Zn2+10mg/mL、Ca2+20mg/mL标准液，取标准液用怡宝蒸馏水配制成(Pb2+1μg/mL、Cd2+0.1μg/mL、Fe2+20μg/mL、Zn2+20μg/mL、Ca2+25μg/mL)浓度的金属离子混合液。分别取1mL金属混合液置于六个25mL试管中，分别加入 0.00、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/mL高酯果胶、低酯果胶及黄酮水溶液，调整pH为模拟胃液(1.2±0.1)和肠液(7.5±0.1)，定容，放入37℃恒温水浴箱，搅拌吸附4h，0.45μm聚乙烯滤膜过滤，滤液于原子吸收分光光度计测定Pb2+、Cd2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+的吸光度，根据其标准曲线计算模拟胃液和模拟肠液条件下榴莲壳内皮提取物(高酯果胶、低酯果胶和黄酮)对金属的吸附率［9］:

式中，C0－未加样品溶液中各离子的浓度;C－加样后溶液中各离子的浓度。

2 结果与分析

2.1 对Zn2+、Fe2+、Ca2+的吸附能力

检测从榴莲壳内皮提取的低酯、高酯果胶及黄酮中的钙、铁、锌、铅及镉含量，结果显示高酯及低酯果胶中含有钙，含量为0.5mg/g，其他元素未检测到。

在模拟人体胃液及肠液pH的条件下，未加榴莲壳内皮提取物的空白管Zn2+、Fe2+、Ca2+吸光度值及榴莲壳内皮提取物采用五个不同的浓度(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/mL)每个浓度测定三次，榴莲壳内皮提取物对Zn2+、Fe2+、Ca2+的吸附能力，结果见表1、表2。

表1 模拟胃液榴莲壳内皮提取物对Fe2+、Zn2+、Ca2+的吸附能力

实验结果表明，在模拟胃液条件下，空白对照管中锌、铁、钙的吸光度值分别为0.058、0.055和0.111，加入低酯、高酯果胶及黄酮样品后，混合金属锌、铁吸光度值无明显差异，结果表明，低酯、高酯果胶及黄酮在胃液条件下对Fe2+、Zn2+无吸附作用;而低酯、高酯果胶使混合金属中钙离子增高，说明在模拟胃液条件下果胶中的钙有部分溶出进入溶液中。

表2 模拟肠液模拟榴莲壳内皮提取物对Fe2+、Zn2+、Ca2+的吸附能力

实验结果表明，在模拟肠液条件下，空白对照管中锌、铁、钙的吸光度值分别为0.285、0.055、0.028，加入低酯、高酯果胶及黄酮样品后，不同浓度中锌、铁的吸光度无明显差异，但是混合溶液中钙离子浓度增高，说明低酯、高酯果胶在肠液条件下对锌、铁无吸附作用，同时可以增加果胶中钙的溶出。

2.2 对重金属元素Pb2+、Cd2+的吸附能力

在模拟人体胃液及肠液pH的条件下，采用五个不同的样品浓度(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/mL)来测定样品对重金属元素的吸附能力，以样品浓度为横坐标，对铅和镉的吸附率为纵坐标。

由图1可知，在0.4～2.0mg/mL浓度范围内，模拟胃液条件下低酯果胶、高酯果胶及黄酮均能够有效地吸附重金属铅，且吸附率与样品浓度呈剂量关系，即随着样品浓度的增大，其吸附能力逐渐增强。三种物质中高酯果胶对铅的吸附能力最强，黄酮的吸附能力最弱，当样品浓度为2.0mg/mL时，高酯果胶的吸附率为47.02%，低酯果胶的吸附率为45.11%，黄酮的吸附率为31.74%。

图1 模拟胃液条件下黄酮、高酯及低酯果胶对铅的吸附能力

由图2可知，在0.4～2.0mg/mL浓度范围内，模拟肠液条件下低酯果胶、高酯果胶及黄酮均能够有效地吸附重金属铅，且吸附率与样品浓度呈剂量关系，随着浓度的增大，其吸附能力逐渐增强。三种物质中高酯果胶对铅的吸附能力最强，黄酮的吸附能力最弱，当样品浓度为2.0mg/mL时，高酯果胶的吸附率为81.09%，低脂果胶的吸附率为75.22%，黄酮的吸附率为58.48%。

图2 模拟肠液条件下黄酮、高酯及低酯果胶对铅的吸附能力

由图3可知，在0.4～2.0mg/mL浓度范围内，模拟胃液条件下低酯果胶、高酯果胶及黄酮均能够有效地吸附重金属镉，且吸附率与样品浓度呈剂量关系，随着浓度的增大，其吸附能力逐渐增强。其中低酯果胶对镉的吸附能力最强，黄酮的吸附能力最弱，当样品浓度为2.0mg/mL时，高酯果胶的吸附率为26.7%，低脂果胶的吸附率为33.35%，黄酮的吸附率为22.61%。

由图4可知，在0.4～2.0mg/mL浓度范围内，模拟肠液条件下低酯果胶、高酯果胶及黄酮均能够有效地吸附重金属镉，且吸附率与样品浓度呈剂量关系，随着浓度的增大，其吸附能力逐渐增强。其中低酯果胶对镉的吸附能力最强，黄酮的吸附能力最弱，当样品浓度为2.0mg/mL时，低酯果胶的吸附率为30%，高脂果胶的吸附率为27.93%，黄酮的吸附率为24.53%。

图3 模拟胃液条件下黄酮、高酯及低酯果胶对Cd的吸附率

图4 模拟肠液条件下高酯果胶、低酯果胶及黄酮对Cd的吸附能力

榴莲壳内皮提取的高酯果胶、低酯果胶及黄酮，在锌、铁、钙及重金属铅及镉共同存在的情况下，在模拟胃、肠液条件下均能够选择性地吸附重金属铅及镉，不影响铁、锌离子的浓度，这种选择性吸附作用机制可能的原因:a.与果胶结构有关，果胶上有官能团，如羧酸、羟基，这些对金属离子具有高的亲和力。b.果胶中的钙与重金属铅、镉进行离子交换的化学吸附作用有关［10］。c.在多种金属离子共存的混合液中，果胶和黄酮对各种金属离子的吸附存在竞争关系［11］。

3 结论

从榴莲的废弃物中提取果胶和黄酮，研究其对混合金属离子溶液中重金属的吸附作用，国内外尚未见报道。本文研究结果表明，榴莲壳内皮中提取的高酯果胶、低酯果胶及黄酮在锌、铁、钙及重金属铅及镉共同存在情况下，在模拟胃、肠液条件下均能够选择性地吸附重金属铅及镉，而且不影响铁、锌离子的浓度，在0.4～2.0mg/mL的浓度范围内，吸附率与样品浓度呈剂量关系，随着浓度的增大，其吸附能力逐渐增强。对铅吸附能力高酯果胶＞低酯果胶＞黄酮;对镉的吸附能力:低酯果胶＞高酯果胶＞黄酮。本文研究结果提示，来自榴莲壳内皮的提取物，具有对重金属的选择吸附特性，其中果胶和黄酮类提取物具有开发去除铅、镉重金属的功能食品添加剂的潜能，有可能作为一种具有较高吸附潜力的吸附剂来源。该实验结果亦为使用农业废弃物提取果胶提供了一个方法，作为一个替代活性炭的来源，对当前循环经济的发展及环保具有一定的实际意义，值得进一步研究。

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Study on pectin polysaccharides and flavonoids extraction of durian inner shell on adsorption capacity of heavy metals

WANG Xiao－bo，CHE Hai－ping，CHEN Hai－zhen，LIU Dong－ying，WANG Mei
(School of Public Health，Guangdong Pharmacy College，Guangzhou 510310，China)

Objective:Study on pectin polysaccharides and flavonoids from durian inner shell and the adsorption capacity of the heavy metal.Methods:The durian inner shell as raw materials to ethanol precipitation，water extraction were directly extracted，high ester pectin and flavonoids，using alkaline method into the high－ester pectin with low ester pectin，to evaluate their adsorption capacity by atomic absorption spectrometry.Results:In simulated gastric and intestinal fluid conditions，the high ester pectin，low ester pectin and flavonoids adsorption capacity of Pb2+:high ester pectin＞low ester pectin＞flavonoids，the adsorption capacity of Cd2+:low ester pectin＞high ester pectin＞flavonoids.There was no significant influence on Fe2+，Zn2+，Ca2+absorption.Conclusion:The pectin and flavonoids extraction from durian inner shell had a certain heavy metal adsorption capacity，with research and development value.

durian inner shell;pectin polysaccharides;flavonoids;adsorption capacity

TS255.1

A

1002－0306(2011)12－0129－04

2010－11－24

王晓波(1961－)，硕士，教授，研究方向:食物营养与安全。