香菇提取液中重金属的去除方法研究

谭礼浩 李莉楠

摘 要：随着食品工业的发展，药食同源食材的安全性问题日益受到国内外的普遍关注，并引起了人们的高度重视。重金属含量超标不仅降低了药食同源食材的质量、影响了其食用及用药安全，还制约了出口，因此解决并控制好其中重金属含量具有重要的意义。本文以香菇为对象，分析香菇提取液中重金属的去除方法。结果表明，去除Pb2+的最佳条件为pH为7.5、反应温度为40 ℃、壳聚糖添加量是170 mg、反应时间是7.5 h时，Pb2+降低率最高为43.07%，降低后香菇提取液中Pb2+含量为33.03 μg·kg-1;去除Cd2+ 的最佳条件为pH为7.0、反应温度为40 ℃、壳聚糖添加量为170 mg、反应时间为7.0 h时，Cd2+降低率最高为38.95%，降低后香菇提取液中Cd2+含量为28.48 μg·kg-1。

关键词：香菇;提取液;重金属;去除方法

Abstract： With the development of food industry， the safety of food materials with the same origin has been paid more and more attention at home and abroad. It not only reduces the content of heavy metals in food materials， but also has an important effect on the quality of food and medicine. In this paper， taking Lentinus edodes as the object， the removal methods of heavy metals in Lentinus edodes extract were analyzed. The results showed that the best conditions for Pb2 + removal were pH 7.5， reaction temperature 40 ℃， chitosan dosage 170 mg， reaction time 7.5 h， the highest reduction rate of Pb2+ was 43.07%， and the content of Pb2+ in mushroom extract was 33.03 μg·kg-1. The best conditions for removing Cd2+ were pH 7.0， reaction temperature 40 ℃， chitosan dosage 170 mg and reaction time 7.0 h. The highest reduction rate of Cd2+ was 38.95%， and the content of Cd2+ in Lentinus edodes extract was 28.48 μg·kg-1.

Key words：Shiitake; Extract; Heavy metals; Removal method

中圖分类号：S646.1+2

壳聚糖是甲壳素脱乙酰基产物，由水产加工副产物——虾壳、蟹壳等制备。研究表明，壳聚糖中的-NH2是与金属离子结合的最佳活性位点，对金属离子有稳定的配位作用。由于壳聚糖具有生物降解能力、生物相容性、生物活性以及无毒等独特的性能，近年来壳聚糖及其衍生物在水处理领域已得到高度重视和广泛研究[1]。本文采用壳聚糖作为重金属降低实验材料，对香菇提取液进行实验研究。

重金属检测方法包括比色法、紫外分光光度法、原子吸收分光光度法等[2]，本实验采用石墨炉原子吸收分光光度法，该法是利用石墨管高温下使样品原子化通过炉内光路产生吸收的原理来测定。该法具有灵敏度高，检测限一般可达到1×10-9，选择性好，方法简便，分析速度快等优点，非常适合Pb2+、Cd2+等重金属元素的测定。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香菇，购于广东杏林药业有限公司;壳聚糖（脱乙酰度≥90%），购于广州市齐云生物技术有限公司;EthosD微波消解仪，产自意大利迈尔斯通公司;AA800原子吸收光谱仪，产自美国珀金埃尔默公司;AL104电子天平，产自瑞士梅特勒-托利多公司;R204B3旋转蒸发器，产自上海申生科技有限公司;SH-D真空泵，产自河南予华仪器有限公司。

1.2 试验方法

取一定量香菇原料，粉碎过40目筛，第1次加入上述药材总投料量10倍的去离子水，加热100 ℃提取2.0 h，第2次加入上述药材总投料量8倍量的去离子水，加热100 ℃提取2.0 h。每次提取后经纱布过滤，合并两次提取滤液，置旋转蒸发仪中浓缩至提取液体积的1/10左右，得到香菇提取液。测定水分含量得固形物含量。水分含量按GB/T 5009.3-2010用直接干燥法进行测定。

1.3 壳聚糖降低提取液中重金属工艺流程

取香菇提取液35 mL→加一定量壳聚糖→调节溶液pH→设置反应温度→置于恒温振荡水浴锅中反应→取出5 000 r·min-1离心→转移上清液→上清液中重金属检测[3]。详细方案见表1正交试验因素水平表。

1.4 重金属检测方法

准确称量提取液2.000 g于消解罐，加入6 mL硝酸，2 mL过氧化氢，拧紧消解罐，置于微波消解仪中，加热程序为15 min温度升至180 ℃，保温20 min，降温30 min，温度降至70 ℃左右[1-2]，消解完毕。从微波消解仪中取出消解罐，用去离子水少量多次转移至50 mL烧杯中，盖上表面皿，把烧杯放置在电热板上，设置电热板120 ℃加热赶酸，待液体剩余

1～2 mL，赶酸完毕，转入50 mL容量瓶中，用去离子水冲洗烧杯，合并洗液，并稀释至刻度，摇匀备用，同时作试剂空白。

1.5 仪器测试条件

仪器测试条件（Pb2+），波长：283.3 nm，灯电流：10 mA，背景校正为塞曼效应;仪器测试条件（Cd2+）：波长：228.8 nm;灯电流：6 mA：背景校正为塞曼效应。

2 结果与分析

2.1 线性回归方程与相关系数

以重金属Pb2+、Cd2+浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，计算回归方程。结果表明，重金属Pb2+在

0～50 μg·kg-1浓度范围内，呈现出良好的线性关系，其线性回归方程及相关系数分别为：y=0.002 5x-0.0011，

R?=0.999;重金属Cd2+在0～5 μg·kg-1浓度范围内，呈现出良好的线性关系，其线性回归方程及相关系数分别为：y=0.050 8x+0.002 9，R?=0.997 6。证明本实验重金属检测方法合理。

2.2 正交试验结果分析

选取pH、反应温度、壳聚糖添加量和反应时间共4个因素及其对应的3个较优水平进行正交试验，采用L9（34）正交试验对壳聚糖吸附香菇提取液中重金属Pb2+工艺条件作进一步优化。

根据表2可以得出，pH、反应温度、壳聚糖添加量、反应时间这4个因素的影响大小为C>A>D>B，正交试验表中组合A2B2C3D1（试验号5）香菇提取液中Pb2+降低率为40.37%;由k值得出的最佳组合为A3B1C3D3，此组合的降低率是43.07%，高于第5组香菇提取液Pb2+的降低率，因此选择组合A3B1C3D3

作为最佳制备条件，降低后香菇提取液中Pb2+含量

为33.03 μg·kg-1。

根据表3可以得出，pH、反应温度、壳聚糖添加量、反应时间这4个因素的影响大小为A>C>B>D，正交试验表中组合A2B2C3D1（试验号5）香菇提取液中Cd2+降低率为33.03%;由k值得出的最佳工艺组合为A2B1C3D2，此组合的降低率是38.95%。高于第5组香菇提取液Cd2+的降低率，因此选择组合A2B1C3D2作为最佳制备条件，降低后香菇提取液中Cd2+含量为28.48 μg·kg-1。

3 讨论与结论

壳聚糖常被用作重金属离子的富集剂，能有效去除水中有害的重金属离子，其优势在于无毒、无污染[4-5]。

壳聚糖吸附重金属离子主要是通过分子中的羟基、胺基及其他活性基团与重金属相螯合来完成的，在低pH条件下，溶液中的离子强度大，H+和金属离子与壳聚糖上的结合部位竞争性的结合，发生质子化作用，壳聚糖上的-NH2形成-NH4+，对Cd2+、Pb2+的络合能力大大的减小，从而对其的吸附率减小;随着pH值的升高，壳聚糖中的-NH2游离出来，对Cd2+、Pb2+的络合能力也随之增加，吸附率逐渐增大[6]。本文研究表明，去除香菇提取液中Pb2+的最佳组合为A3B1C3D3，此组合的降低率是43.07%，

降低后香菇提取液中Pb2+含量为33.03 μg·kg-1;去除香菇提取液中Cd2+的最佳组合为A2B1C3D2，此组合的降低率是38.95%，降低后香菇提取液中Cd2+含量为

28.48 μg·kg-1。未來针对药食同源药材提取液的产业化处理，可考虑利用壳聚糖来降低重金属含量。

参考文献：

[1]梁辉.降低贻贝蒸煮液中重金属镉、铬含量的工艺优化研究[D].杭州：浙江工商大学，2007.

[2]万益群，柳英霞，郭岚，等.原子吸收光谱法测定当归补血汤中重金属的含量[J].南昌大学学报（理科版），2006（4）：365-367.

[3]程珊珊，杨锡洪，章超桦，等.壳聚糖对Cd2+和Pb2+的吸附作用[J].水产学报，2011，35（3）：410-416.

[4]程晓亮，杨亚妮，倪力军，等.两种螯合树脂用于银杏叶提取液脱重金属的研究[J].中药新药与临床药理，2008（6）：492-495.

[5]袁迎.3种中药重金属成分铅、镉的含量分析[J].中国药房，2007（6）：447-448.

[6]Zhu Y，Hu J，Wang J. Competitive adsorption of Pb （II），Cu （II） and Zn （II） ontoxanthate-modified magnetic chitosan[J].Journal of Hazardous Materials，2012，221-222：155-161.