豆渣膳食纤维吸附重金属的研究

涂宗财 胡月明 陈丽莉 王 辉 阮传英

（1.南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.南昌大学生物质转化教育部工程研究中心，江西 南昌 330047；3.江西师范大学，江西 南昌 330022）

豆制品加工过程中会产生大量的豆渣，其中含有的丰富的碳水化合物是极好的膳食纤维来源。研究证实，膳食纤维能够预防心血管疾病［1］、Ⅱ型糖尿病［2］、肠道癌［3］及肥胖症［4］等，其 中 豆 渣 膳 食 纤 维 （soybean residue dietary fibre，SDF）是众多天然膳食纤维源中价廉质高的一种。

汞、镉和铅是一类危害人体健康的化学物质，由于环境的污染，很多食物中都能检测到这些重金属元素，它们不易排出，都有在生物体内富集的潜在危机，其量达到一定程度可导致中毒以及癌症［5］。膳食纤维对重金属离子的束缚主要依靠化学吸附，同时也存在物理吸附［6］。化学吸附主要依靠纤维中来自糖醛酸的羧基和木质素的酚酸等基团与重金属离子结合，因此受pH的影响较大，pH值升高，这些基团解离增多，可以和带正电的重金属阳离子以离子键结合；反之，羧基解离减少，可能降低了吸附效果，即酸性环境不利于膳食纤维对重金属离子的吸附［7］；物理吸附则是范德华力作用的结果，受温度影响，反应速率一般很快。

目前，已有学者研究了麦麸膳食纤维［8，9］、果渣膳食纤维［10］、米糠半纤维素［11］等都有一定的吸附重金属能力，而不同条件改性的膳食纤维对重金属的吸附能力不同。发酵法具有工艺简单、成本低、产量大、无污染等优点；动态高压微射流（dynamic high pressure microfluidization，DHPM）技术则是一种高效的超微细化物理改性技术，在均质过程中，剧烈的处理条件，如液体高速撞击、高速剪切、空穴爆炸、高速震荡等作用可能影响物料的高级结构［12－14］，从而导致其功能性质的改变。

膳食纤维在人体内对重金属离子的吸收主要发生在肠道和胃中。本试验分别针对乳酸菌发酵和DHPM处理得到的SDF，在生理条件下（37℃，pH 2.0和7.0）模拟肠道和胃pH环境评价其对Hg、Cd和Pb的吸附能力。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

新鲜豆渣：南昌市青山湖市场；

保加利亚乳杆菌（CICC编号：20249）和嗜热链球菌（CICC编号：20391）：中国工业微生物菌种保藏管理中心；

氯化汞、氯化镉和硝酸铅等：分析纯，市售。

1.2 主要仪器

微射流均质机：M－110EH型，美国Microfluidics公司；

冻干机：LGJ－1型，北京亚泰科隆仪器技术有限公司；

离心机：TDL－5－A型，上海安亭科学仪器厂；

原子荧光光度计：AFS－230E型，北京海光公司；

等离子体发射光谱仪：Optima－5300DV型，美国PE公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

（1）发酵豆渣膳食纤维：新鲜豆渣→漂洗→调配（料液比1∶15）→胶体磨磨浆2次→灭菌→接种（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌1∶1混合）→42℃发酵至pH ＝4.0±0.3→调pH为中性→冻干得到发酵豆渣膳食纤维（fermented soybean residue dietary fibre，FSDF）。

（2）DHPM豆渣膳食纤维：新鲜豆渣→调配料液比1∶30→均质机40MPa处理2次→150MPa DHPM处理2次→冻干得到DHPM 豆渣膳食纤维（DHPM－treated soybean residue dietary fibre，DSDF）。

250mL三角瓶中分别加入100mL 150mg／L的重金属溶液［HgCl2，CdCl2和Pb（NO3）2］和1.0g膳食纤维样品，于37℃，120r／min振荡，于不同时间取5.0mL，4 000r／min离心10min，上清液测定残留重金属离子浓度［9］。采用原子荧光法测定Hg2＋含量，电感耦合等离子体原子发射光谱法测定Cd2＋和Pb2＋含量。

1.3.2 原子荧光测定参数 参照文献［15］。灯电流15mA；载气流量：500mL／min；屏蔽气流量1 000mL／min；负高压280V；原子化器温度200℃；原子化器高度8mm；读数时间10s；读数方式：峰面积；测量方式：标准曲线。

1.3.3 等离子体发射光谱测定参数 参照文献［16］。雾化气流速0.8L／min；辅助气流速0.2L／min；冷却气流速15L／min；样品提升量1.5L／min；射频功率1 200W；轴向观测方向。元素测定波长分别为 Cd 228.802nm，Pb 220.353nm。

2 结果与讨论

图1～3分别描述了体外模拟肠道和胃pH环境下不同方式处理的SDF对3种重金属离子的吸附能力。本试验在体外模拟肠道pH 条件下（pH ＝7.0），SDF对 Hg2＋、Cd2＋和Pb2＋都有较强的吸附作用，其中对Pb2＋的吸附作用最强，对Hg2＋的吸附作用次之，对Cd2＋的吸附作用较弱。SDF分别经发酵和DHPM处理后，吸附重金属离子作用都有所增强。在胃pH条件下（pH＝2.0），SDF对Hg2＋和Cd2＋的吸附作用很弱，但对Pb2＋的吸附作用却远远强于对 Hg2＋和Cd2＋的吸附作用。由图3可知，在pH＝2.0条件下，发酵和DHPM会增强SDF对Pb2＋的吸附作用。随着吸附时间的延长，对重金属离子的吸附量增大，10～20min均能达到吸附的相对平衡，这说明在胃肠排空前，膳食纤维可以迅速完成对摄入的重金属离子的吸附作用。

图1 豆渣膳食纤维对Hg2＋的体外吸附能力Figure 1 In vitro binding capacity of soybean dietary fibres for Hg2＋

图2 豆渣膳食纤维对Cd2＋的体外吸附能力Figure 2 In vitro binding capacity of soybean dietary fibres for Cd2＋

图3 豆渣膳食纤维对Pb2＋的体外吸附能力Figure 3 In vitro binding capacity of soybean dietary fibres for Pb2＋

由图1～3可知，对同一种重金属离子的吸附过程中，pH＝7.0条件下比pH＝2.0条件下吸附效果好，说明小肠环境更适合膳食纤维对重金属离子的吸附。Thompson等［17］研究发现，大多数膳食纤维在pH＝6.8时对金属离子的束缚能力最强，pH＝0.65时则会进行解吸释放。

由图1～3还可以看出，在对重金属离子的吸附作用中，DSDF达到吸附平衡比SDF和FSDF要快些，只需约10min，说明经DHPM处理增强了反应速率较快的物理吸附作用。刘成梅等［18］研究也表明，DHPM处理后的样品，颗粒高度破碎，比表面积增加，组织松散，可溶性膳食纤维含量增加。颗粒变小、表面积增大使DSDF与重金属离子接触的更充分从而增强对重金属离子的物理吸附作用。

3 结论

体外试验模拟肠道pH条件下，SDF有较强的吸附Hg2＋、Cd2＋和Pb2＋的作用，吸附效果Pb2＋＞Hg2＋＞Cd2＋；在胃的pH条件下吸附能力显著减弱，表明肠道环境比胃环境更适合SDF对重金属离子的吸附，且吸附作用20min内能达到相对平衡。发酵和DHPM都增强了SDF吸附重金属离子的作用。可以看出，同一种膳食纤维，对不同重金属离子的吸附作用不同；经不同方式处理的膳食纤维对同一种重金属离子吸附作用也不同；在不同酸度条件下膳食纤维对重金属离子的吸附作用差别也很大。这说明，膳食纤维对重金属离子的吸附作用与改性方式、重金属的种类和pH条件有关。

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