近江牡蛎中生物锌的提取制备方法研究

柯珂，王俊，王一兵，*，庄军莲，何碧娟

（1.广西科学院广西近海海洋环境科学重点实验室，广西南宁530007；2.广西化工研究院，广西南宁530001）

近江牡蛎中生物锌的提取制备方法研究

柯珂1，王俊2，王一兵1，*，庄军莲1，何碧娟1

（1.广西科学院广西近海海洋环境科学重点实验室，广西南宁530007；2.广西化工研究院，广西南宁530001）

为了从近江牡蛎中高效而简便的提取生物锌，以锌和氨基酸的含量为指标，探讨了超声波细胞破碎的功率、料水比以及是否匀浆对近江牡蛎中生物锌提取率的影响。研究结果表明，采用超声波直接提取（未匀浆）的方式即可将牡蛎中的生物锌、部分氨基酸直接提取出来，结合实际生产需要，超声波破碎功率80 W，料水比1∶3（g/g），提取时间20min为最佳提取条件。该条件下提取的生物锌浓缩液中锌含量为66.0mg/L，氨基酸含量为206.13mg/100mL。

近江牡蛎；超声波细胞破碎；生物锌；氨基酸；制备

锌是人体必需的微量元素之一，在成人体内含量约为2 g～3 g，存在于所有的组织中，肝、肾、胰、脑等组织含锌量较多［1］。人体每日所需的锌含量为12 mg～16 mg［2］，主要通过膳食摄入。锌具有非常重要的生理功能，是体内200多种酶的组成部分或酶的激活剂，对促进机体发育及骨骼生长、组织再生、调节细胞内酸碱平衡、促进味觉嗅觉的正常形成、促进VA的正常代谢、维持皮肤健康、增强免疫机能、防止老化等方面具有非常重要的意义。锌参与机体蛋白质与核酸的代谢，对神经细胞至关重要，也是维持男性生殖系统健康的重要营养。如果人体内缺乏锌会出现发育不全或发育迟缓、味觉障碍、骨骼生长缓慢、免疫力下降、先天性畸形等症状［3-4］，因此锌的正常摄入对成人、尤其是儿童及孕妇至关重要。

近江牡蛎是暖水性双壳类软体动物，其肉质鲜美，蛋白质含量高达鲜重的10%［5］，富含糖元、氨基酸、维生素、微量元素等成分，具有很高的营养价值［6-7］。广西是近江牡蛎的主要产地，资源非常丰富，然而大多只作为海鲜食用，深加工项目较少。广西出产的近江牡蛎中含锌量高达447.50 mg/kg［5］，是天然、优质的生物锌来源之一。本研究以锌和氨基酸的含量为指标，探讨了超声波功率以及料水比对近江牡蛎中生物锌提取的影响，旨在开发出一种操作简单、提取率高的活性生物锌的制备方法。

1材料与方法

1.1材料与试剂

新鲜近江牡蛎肉购于南宁海鲜市场。

去离子水、高纯水均为广西近海海洋环境科学重点实验室自制；其他试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

原子吸收仪（Aanalyst800）：美国PerkinElmer公司；微波快速消解系统（WX-4000）：上海屹尧分析仪器有限公司；高速冷冻离心机（3-18K）：美国Sigma公司；超声波细胞破碎仪（VCX500）：美国SONICS&MATERIALS公司；旋转蒸发仪（RE-52AA）：上海亚荣生化仪器厂；数显恒温水浴锅（HH-S）：中国江苏金坛市医疗仪器厂；控温磁力搅拌器（HJ-3）：江苏金坛医疗仪器厂；氨基酸自动分析仪（8800）：日本日立公司；超纯水机（Milli-Q Academic A10）：美国MILLI PORE公司；高速组织捣碎机（LB20ES）：美国Waring公司；高速冷冻离心机（3-18K）：美国Sigma公司。

1.3方法

1.3.1牡蛎生物锌提取液的制备工艺

将新鲜牡蛎去壳后用自来水冲洗，再用去离子水和高纯水充分淋洗；牡蛎肉洗净后沥干，称重，然后加入1倍～4倍重量的纯净水，混匀。将制得的混合液进行超声波破碎，功率为70 W～90 W，时间为20 min。为了防止超声过程中温度过高影响生物锌的提取率和生理活性，整个破碎过程的采用冰浴保持温度在60℃以下。冷却至室温后静置2 h，然后以11 000 r/min离心20 min，取上清液。上清液通过旋转蒸发仪进行浓缩。

1.3.2分析测定

生物锌的测定：原子吸收光谱法［8-9］。

游离氨基酸的测定：氨基酸自动分析仪法［10］。

2结果与分析

2.1因素与水平

超声波是一种高频机械波，其工作原理是强声作用于溶液时产生气泡，气泡长大和破碎出现空化现象，而空化现象引起的冲击波和剪切力使细胞破裂［11］。应用超声波强化提取可有效地提高提取率、缩短提取时间、节约成本，还可以提高产品的质量和产量［12］。由于生物锌主要是游离存在于近江牡蛎鲜肉中，因此本实验采用超声波直接破碎整块的牡蛎鲜肉的方法将其提取出来，此时也有部分的游离氨基酸被同时提取出来。本实验的主要影响因素为超声波破碎的功率、料水比，设定的因素水平见表1。

表1　因素、水平设置表Table 1The arrangements of factors and levels

2.2因素分析

图1为超声波破碎功率80 W、提取时间为20 min时，料水比对近江牡蛎中的生物锌、氨基酸提取率的影响。为便于比较，提取出的生物锌浓缩液均浓缩至与牡蛎重量相同。如图1a所示，生物锌的含量随着物料比的增加而增加，当料水比为1∶3（g/g）时提取的生物锌含量最高，而后略有下降；游离氨基酸的总含量则随着料水比的增加而持续增加（见图1b），当料水比为1∶4（g/g）时达最高。以生物锌的含量为标准，则料水比为1∶3（g/g）时为最佳提取物料比。

图1　料水比对生物锌（a）和氨基酸（b）提取率的影响Fig.1The effect of extraction rate on usage ratio to Zinc（a）and amino acids（b）

在料水比为1∶3（g/g）的基础上，进一步研究了超声波的破碎功率对提取率的影响。图2为料水比为1∶3（g/g）、提取时间为20 min时，超声波提取功率对近江牡蛎中生物锌、氨基酸提取率的影响。

图2　超声波功率对生物锌（a），氨基酸（b）的影响Fig.2.The effect of extraction rate on ultrasonic power to Zinc（a）and amino acids（b）

如图2a所示，生物锌的提取率与超声波功率呈正相关，随着超声波功率的增加，生物锌的含量也相应增加；而在图2b中，超声波功率70 W时，提取液中游离氨基酸的总含量略低于60 W时的含量，而在功率达到80 W时，游离氨基酸总含量又急剧增加，90 W时达到最高，但与80 W时的提取率相差不大。由于采用超声波破碎时会产生大量的热量，破碎功率过高时需采用相应的降温措施，给实验操作带来不便，也会增加提取成本，因此选择80 W作为最佳提取功率。

2.3生物锌提取液中氨基酸种类及含量分析

料水比为1∶3（g/g）、提取时间为20 min时，超声波破碎功率为80 W时，生物锌提取液中氨基酸的种类及含量见表2。

由表2可知，生物锌提取液中的氨基酸组成完备，含有18种氨基酸，其中8种为人体必需氨基酸，其总含量占游离氨基酸总量的22.67%。在这18种氨基酸中，谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸含量较高，三者的总含量超过了游离氨基酸总含量的60%，而谷氨酸、甘氨酸可以作为抗氧化物质减缓细胞受自由基和活性氧的毒害，因此该提取液可能具有一定的抗氧化功效。日本备前化成研究开发部的研究表明，从牡蛎中提取的海产锌含锌丰富，与无机锌和其他锌原料相比，更容易被人体吸收，改善锌缺乏症的功效更强，这可能与其同时提出的氨基酸有促进吸收的作用有关。

表2　生物锌提取液中氨基酸含量Table 2Amino acid content in Zinc extract

2.4匀浆牡蛎后生物锌提取液的有效成分含量

为进一步考察超声波直接提取方法的有效性，在其他实验条件相同的情况下，先将牡蛎肉匀浆后再进行超声波破碎提取。图3a显示了匀浆前后提取液中生物锌含量的变化，匀浆后生物锌含量为70.52 mg/L，略高于直接采用超声波提取时的66.00 mg/L；图3b显示了匀浆前后提取液中氨基酸总含量的变化，匀浆后总氨基酸的含量为225.00 mg/100 mL，较未匀浆提取时的206.13 mg/100 mL高18.87 mg/100 mL。综上所述，匀浆后提取的生物锌和总氨基酸含量均有小幅度的提高，但由于匀浆后牡蛎肉破碎彻底，导致后续步骤中牡蛎肉与提取液的分离过程难度加大，需要多次洗涤并高速离心，进而增加了浓缩提取液的工作量。因此，从生产效率和节约成本的角度考虑，不进行匀浆、直接对牡蛎肉进行超声波破碎提取就能得到理想的提取物，而且更加高效、简单。

图3　匀浆前后提取液中生物锌、氨基酸的含量Fig.3The content of Zinc（a）and amino acid（b）in extract made by homogenate or not

2.5生物锌浓缩液的后续处理

冷冻干燥技术是将含水物质在低温下冻结，然后使其水分在真空状态下升华的技术。这种技术干燥后的物质的物理、化学和生物性状基本不变，物质中的挥发性成分和受热性的营养成分损失很小；冻干后的物质呈多孔状，其体积和冷冻干燥前基本相同，因此加水后由于与水的接触面积大，能很快复原［14］。由于提取出的生物锌营养丰富，极易变质，为长期保存，拟采用冻干法对其进行处理，冻干温度为-30℃。冻干后的生物锌为浅蓝绿色粉末，经称重可得11.19 g/100 g牡蛎干肉，即提取率为11.19%。

3结论

通过以上对实验数据的分析和讨论，说明超声波细胞破碎提取近江牡蛎中的生物锌是一种简便而高效的方法。根据实验结果并结合实际生产，筛选出的生物锌最佳提取条件为超声波破碎功率80 W，料水比为1∶3（g/g），提取时间为20 min，整个提取过程的温度保持在60℃以下；该条件下提取的生物锌浓缩液中锌含量为66.0 mg/L，氨基酸含量为206.13 mg/100 mL。提取液经进一步浓缩冻干处理后得到蓝绿色粉末，提取率为11.19%。由于该方法并未改变牡蛎形态且实验温度控制在60℃以下，由于该方法未改变牡蛎形态且实验温度控制在60℃以下，不会破坏牡蛎中的其他活性物质，因此，提取完生物锌的牡蛎可作进一步的提取工作。

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Study on the Preparation of Zinc Extracted from Ostrea Rivularis Gould

KE Ke1，WANG Jun2，WANG Yi-bin1，*，ZHUANG Jun-lian1，HE Bi-juan1
（1.Guangxi Key Laboratory of Marine Environmental Science，Guangxi Academy of Sciences，Nanning 530007，Guangxi，China；2.Guangxi Research Institute of Chemical Industry，Nanning 530001，Guangxi，China）

In order to get the highly efficient way of extracting Zinc from Ostrea Rivularis Gould，the Zinc content and the total amino acid content were used as evaluating indicator to assess the products which were made by different power ultrasonic，different material usage ratio and homogenate or not.The result showed that ultrasonic cell disrupting（without homogenate）could extract Zinc and amino acid from Ostrea Rivularis Gould efficaciously，and the best extraction condition was ultrasonic power 80 W，material usage ratio 1∶3（g/g），extraction duration 20 min.Under this condition，the Zinc content was 66.0 mg/L，while the total amino acid content was 206.13 mg/100 mL in the concentrated solution.

Ostrea Rivularis Gould；ultrasonic cell disrupting；Zinc；amino acid；preparation

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.004

2014-04-11

广西自然科学基金（编号：2011GXNSFE018002）；广西科学院基本科研业务费资助项目（编号：11YJ24HY03）

柯珂（1982—），女（汉），助理研究员，硕士，研究方向：海洋活性物质的提取。

王一兵（1974—），女（满），副研究员，博士，研究方向：海洋生物资源开发与海洋天然产物的研究。