天然低共熔溶剂对坛紫菜中重金属的去除效果及对其品质的影响

杨 茜，徐永强，臧园园，陈志刚，*

(1.南京农业大学食品科技学院，江苏南京210095;2.兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730050)

近年来，随着现代工业的不断发展，过量的重金属离子释放进入水体从而导致了严重的环境污染问题［1］。重金属具有较高的毒性和致癌性，且无法生物降解，可通过食物链进行生物富集，最终威胁人类健康［2］。坛紫菜是一种集中养殖在近海海域的可食藻类，含有丰富的营养物质和生物活性物质，在全世界范围内被广泛销售与食用［3］，但是坛紫菜的细胞壁中多糖和蛋白质所携带的羧基、硫酸根和磷酸根是优异的重金属结合位点，具有很强的吸附能力，重金属超标情况十分严峻［4－5］，所以对坛紫菜进行重金属治理显得尤为重要。

目前国内外对藻类中重金属的脱除研究较少，主要是采用化学法进行去除，包括利用有机酸(柠檬酸、醋酸)、无机酸(盐酸)、碱液、乙醇等［6－8］，以及超声辅助法［9－10］。综合考虑去除效果、安全性和环保性，开发出更加绿色、高效的洗脱剂具有重大意义。

天然低共熔溶剂(NADESs)是一种绿色、可持续溶剂，在化工、医药及生物方面已有广泛的应用［11－14］。NADESs是指在合适温度下混合一定摩尔比的天然产物原料作为氢键供体和氢键受体并且在室温下为液态的低共熔混合物［15－16］，它具有合成方便、成本低、原料易获得、毒性低且性质可调节等优点［11］。现阶段NADESs更多地被用于土壤和污水中的重金属去除［17－20］，研究表明NADESs可以通过攻击富含电子对的有机碳位来释放土壤中的铅离子，且在进行洗涤后土壤没有发生腐蚀或矿物质变化，同时，NADESs易溶于水，可以很好地与洗涤后的样品进行分离［18］。然而，NADESs从未被用作从藻类食品中去除污染物的洗脱剂。本研究通过加热的方法制备了28种不同基质的NADESs，通过洗涤的方式对坛紫菜进行了重金属去除，同时研究了NADESs与表面活性剂的协同去除效果，并且分析了重金属去除前后坛紫菜中主要营养物质和质构的变化，为NADESs去除紫菜中重金属提供了理论依据，也为NADESs在其他食品中的应用提供了一定的理论支持。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

紫菜成分分析标准物质GBW10023 国家标准物质中心;Pb、Cd、Cr、As、Cu五种标准贮备溶液(1000 mg/L) 中国计量科学研究院;氯化胆碱(≥98.0%)、D－(+)－木糖、蔗糖、D－(+)－葡萄糖(≥99.5%)，果糖、山梨糖、甘露糖、D－(+)－半乳糖、L－(+)－阿拉伯糖、L－(+)－鼠李糖、海藻糖、木糖醇、山梨醇、甘油、L－脯氨酸、L－丙氨酸、甘氨酸、L－组氨酸、L－赖氨酸、L－精氨酸(≥99.0%)、1，2－丙二醇、乙二醇、1，6－己二醇、皂素、甜菜碱(均为分析纯)，十二烷基硫酸钠、阿拉伯树胶(医药级)均购自阿拉丁化学试剂有限公司;大豆分离蛋白 恒天然(上海)有限公司;硝酸(优级纯)上海凌峰化学试剂有限公司;浓硫酸 南京化学试剂有限公司;苯酚、无水葡萄糖(分析纯)、牛血清蛋白，考马斯亮蓝、石油醚 南京杰汶达生物科技有限公司。

ICP－OES电感耦合等离子体发射光谱仪 美国赛默飞世尔科技有限公司;MARS5 XP1600微波消解仪 美国CEM公司;09C20赶酸仪 上海博通化学科技有限公司;NUT－Ⅱ－5T超纯水处理系统 南京优普实验仪器有限公司;UP型超声清洗仪 南京垒君达超声电子设备有限公司;SHZ－82A水浴恒锅 金坛市科析仪器有限公司;G16－WS台式高速离心机 长沙湘智离心机仪器有限公司;TLP质构仪 美国FTC公司;UV BlueStar A型紫外可见分光光度计 美国莱伯泰科有限公司;PQ001低场核磁共振仪 上海纽迈电子科技有限公司;NDJ－9S数显黏度计 上海平轩科学技术有限公司;HPG－2132便携式色差仪 上海汉谱光电科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 NADESs的制备 按照表1的摩尔比例准确称取氢键受体与氢键供体，通过搅拌两组分，并在适宜的温度下加热(90～100℃)直至形成均一、稳定的液体。冷却至室温，放置于干燥器中直至恒重。

1.2.2 NADESs去除坛紫菜中重金属效果研究

1.2.2.1 NADESs去除坛紫菜重金属的方法 将80℃烘干4 h的紫菜样品与水按照1∶50的固液比进行混合，使其充分吸水溶胀，随后转速8000 r/min，离心30 min，弃上清计算吸水率。

将紫菜样品与NADESs按照1∶10进行混合，涡旋使其混合均匀后放入60℃水浴锅中恒温1 h。此间，每隔15 min在(40±1)℃的条件下超声功率100 W，超声5 min。随后转速8000 r/min，离心10 min，弃上清。再分别加入等体积超纯水，转速8000 r/min，离心10 min，取沉淀。每个处理3个重复，以等体积的水为对照组。

1.2.2.2 坛紫菜中重金属测定方法 经去除处理后的紫菜样品，每份加入8 mL优级纯浓硝酸，静置消化过夜，用微波消解仪消解充分，消解条件参考表2，消解完成后于赶酸仪上进行赶酸处理，直至约剩0.5～1 mL的溶液;后定容于25 mL容量瓶，0.45μm水系微孔滤膜过滤，待测。

参考GB 5009.268－2016《食品中多元素的测定》，采用电感耦合等离子体质谱法测定样品液中铅、镉、铬、铜及总砷含量，并计算去除率。

1.2.3 NADESs去除重金属条件优化 根据1.2.2的实验结果选择一种NADES进行紫菜中重金属脱除单因素条件优化。

1.2.3.1 GlyAla的浓度对紫菜中重金属去除效果影响 选择去离子水对GlyAla进行稀释，分别稀释至0%、10%、20%、30%、40%的含水量，按照1.2.2中的方法进行重金属去除并测定不同含水量的GlyAla处理后坛紫菜中的重金属含量。

表1 天然低共熔溶剂组分及比例Table 1 List of NADESs prepared from natural products

表2 MARS6 XP 1600微波辅助消解系统程序Table 2 The program of MARS6 XP 1600 microwave－assisted digestion system

1.2.3.2 固液比对紫菜中重金属去除效果影响 根据1.2.3.1中的结果，选择重金属去除率较高的含水量为最适条件，调整固液比为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25，按照1.2.2中的方法进行重金属去除并测定不同固液比处理后坛紫菜中的重金属含量。

1.2.4 NADESs与表面活性剂协同去除紫菜中重金属

1.2.4.1 表面活性剂对紫菜中重金属的去除 选取5种不同类型的表面活性剂为代表，分别是为:阳离子表面活性剂:皂素(Saponin);阴离子表面活性剂:十二烷基硫酸钠(SDS);两性离子表面活性剂:甜菜碱(Betaine);多糖类表面活性剂:阿拉伯树胶(AG)及蛋白类表面活性剂:大豆分离蛋白(SPI)，均配制为浓度1%(v/v)的表面活性剂溶液，按照1.2.2中的方法进行重金属去除并测定不同表面活性剂处理后坛紫菜中的重金属含量。

1.2.4.2 表面活性剂与NADESs协同去除紫菜中重金属效果研究 根据1.2.4.1结果，选择重金属去除率较高的表面活性剂作为研究对象，与重金属去除率较低的NADESs(6种)按照体积比1∶9进行混合，保持固液比1∶20按照1.2.2中的方法进行重金属去除并测定协同处理后坛紫菜中的重金属含量。

1.2.4.3 表面活性剂含量对紫菜中重金属去除影响 根据1.2.4.2结果，选择协同效果较好的组分进行优化，分别将表面活性剂含量为0、10%、20%、30%、40%和50%(v/v)的NADESs，保持固液比1∶20按照1.2.2中的方法进行重金属去除并测定不同表面活性剂含量处理后坛紫菜中的重金属含量。

1.2.5 NADESs去除重金属对紫菜品质的影响 选择去除效果较好的NADESs在最优条件下按照1.2.2中的方法进行重金属去除处理，并测定去除前后坛紫菜主要营养物质及其色泽和质构的变化。

表3 坛紫菜的感官评定标准Table 3 Sensory evaluation criteria for Porphyra haitanensis

1.2.5.1 多糖测定 精密量取0.1 mg/mL标准葡萄糖工作溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL置于具塞试管中，分别加水至1 mL，将标准溶液配制成0、20、40、60、80、100 mg/L。分别精密加入5%苯酚溶液1 mL，摇匀，后迅速精密加入浓硫酸5 mL，摇匀，放置10 min，置于30℃水浴中保温20 min，冷却，以相应的试剂为空白。按照紫外可见光分光光度法，在490 nm的波长处测定吸光度。以葡萄糖质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。

准确称取样品0.3 g，精确到0.001 g，于50 mL具塞离心管中。用5 mL去离子水水浸润样品，然后缓慢加入20 mL无水乙醇，使用涡旋振荡器进行充分振荡，使混合均匀，样品置于超声波提取器中超声30 min，提取结束后，于4000 r/min离心10 min，弃去上清液。不溶物用10 mL 80%乙醇溶液洗涤、离心，沉淀中加入50 mL水，于120 W超声提取30 min，重复两次，冷却至室温，过滤，将滤液转移至200 mL容量瓶中，并且将残渣洗涤2～3次，洗涤液也转移至容量瓶中，加水定容。取样液1 mL置于10 mL比色管中，测定吸光度。

1.2.5.2 可溶性蛋白测定 分别吸取0.10 mg/mL牛血清蛋白标准溶液0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9 mL于10 mL的比色管中，加蒸馏水至1 mL。然后在各支试管中分别加入5 mL考马斯亮蓝G250溶液，摇匀，在室温下反应5 min。在595 nm波长处测定吸光度，以牛血清白蛋白标准溶液浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。

准确称取样品0.1 g，精确到0.001 g，加入5 mL水摇匀，超声15 mL，稀释50倍后取1.5 mL离心，取3支比色管，分别吸取1 mL离心后的上清液，各加5 mL G250考马斯亮蓝溶液，摇匀，在室温下反应5 min。在595 nm波长处测定吸光度。

1.2.5.3 脂肪测定 准确称取样品5 g，用滤纸包好，抽提6 h，水浴温度50℃。拿出滤纸包，通风橱中先挥发残余的石油醚，105℃干燥至恒重，分别称取样品滤纸包抽提前后的重量。

1.2.5.4 色泽测定 用色差仪测定紫菜表面的颜色变化，记录L*(亮度)值、a*(红度)值、b*(黄度)值，每个样品测定3次，结果取平均值。

1.2.5.5 感官评定 选择身体健康、无感官缺陷的评价员12名(男生6名，女生6名)，分别以未处理、NADEs处理和对照组水处理的坛紫菜为研究对象，按表3标准进行感官评定。

1.2.5.6 质构测定 采用质构仪进行测试，以硬度、剪切力、弹性和咀嚼性为指标。将湿坛紫菜样品装于塑料容器中，样品高度为0.5 cm，使用P50探头，测试前后移动速度为5 mm/s，测试时的移动速度为1 mm/s，测试距离为0.1 mm，变形量为30%，停留间隔为5 s。每个样品测定10次，结果取平均值。

1.2.6 测定方法

1.2.6.1 坛紫菜中重金属含量计算方式 样品经ICP－OES测定，其测定值经过下式换算，使之与国标规定重金属检出限单位相同。

式中:c:坛紫菜样品重金属含量，mg/kg;c0:样品测试液浓度，mg/L;m:坛紫菜样品质量，g;V0:样品测试液体积，mL。

1.2.6.2 坛紫菜重金属去除率计算方式

式中:r:重金属去除率，%;c1:洗脱前坛紫菜重金属含量，mg/kg;c2:洗脱后坛紫菜重金属含量，mg/kg。

1.3 数据分析

每个样品设3个平行，所有数据采用Microsoft Excel和Origin 2018软件进行统计处理，采用SPSS 23软件进行方差分析，测定结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 NADESs对坛紫菜中重金属的脱除效果分析

本次实验所选取的28种NADESs主要分为两大类;1～14为氯化胆碱类，15～28为多元醇类。氯化胆碱类又可细分为氯化胆碱－糖类、氯化胆碱－有机酸类及氯化胆碱－醇类;多元醇类则可细分为甘油－氨基酸类、1，2－丙二醇－氨基酸类、乙二醇－氨基酸类及1，6－己二醇－氨基酸类。

不同种类的NADESs对坛紫菜重金属的去除效果如图1所示。图1A显示，铅与坛紫菜的结合较为牢固，对照组水对铅的去除率仅为6.22%，除了ChSuc之外，其他NADESs的去除率与水相比均显著提高(P＜0.05)，表现出良好的去除效果。氯化胆碱类的去除效果随基质的不同有明显差异，去除率最高的是氯化胆碱－有机酸类(9～11)，去除范围为74.55%～87.54%，其中ChCit和ChTar的去除率达到80%以上;其次是氯化胆碱－醇类(12～14)，去除范围为54.46%～65.32%，氯化胆碱－糖类(1～8)的去除效果受到不同糖类基质的影响较大，去除范围为17.40%～66.21%;多元醇类(15～28)的去除效果差异不大，去除率范围为45.47%～66.92%。

图1 不同NADESs(1～28)对坛紫菜中重金属Pb(A)、Cd(B)、Cr(C)、As(D)、Cu(E)去除的影响Fig.1 Effects of different NADESs(1～28)on removal of heavy metals Pb(A)，Cd(B)，Cr(C)，As(D)，Cu(E)from P.haitanensis

图1B显示了不同种类的NADESs对坛紫菜中重金属镉的去除效果，由图1B可得，所有NADESs的镉去除率与对照组水均存在极显著差异(P＜0.001)，去除效果均优于水。氯化胆碱类(1～14)的镉去除率普遍优于多元醇类(15～28)，其去除范围为80.72%～100.00%，其中ChCit和ChTar的镉去除率达到100%(洗脱后样品中未检出镉)，ChGlu、ChAra、ChRha、ChTre、ChMal、ChSo和ChXy的镉去除率达到90%以上;多元醇类的镉去除率随基质的不同存在差异，去除范围为57.54%～91.35%，其中多元醇－组氨酸类(18、23和26)的镉去除效果最佳，均达到80%以上，EgHis的去除率最高，为91.35%。

图1C显示了不同种类的NADESs对重金属铬的去除效果，对照组水的去除率为10.93%，除了ChXyl和ChFru之外，其他NADESs的去除率与水相比均显著提高(P＜0.05)，但总体去除效果一般，氯化胆碱类(1～14)的去除效果随基质的不同存在差异，去除范围为9.80%～43.78%;多元醇类(15～28)的去除效果差异不大，去除范围为34.44%～48.59%，其中多元醇－脯氨酸类(15、21、24和27)的去除效果最佳，均达到40%以上，其中GlyPro的去除率最高，为48.59%。

图1D显示了不同种类的NADESs对总砷的去除效果，由图1D可知，对照组水的去除率高达51.72%，而大部分NADESs的去除效果与对照组水的去除效果相当，甚至有些去除率低于水，并没有表现出明显地去除能力，只有HexGly和HexPro这两个1，6－己二醇－氨基酸类NADESs(28和27)以及GlyArg(20)的去除率极显著高于水(P＜0.001)，分别是77.72%、78.24%和66.95%。

图1E显示了不同种类的NADESs对重金属铜的去除效果，其中对照组水的去除率为20.02%，NADESs的去除范围为11.68%～79.73%，部分NADESs的去除率低于水，且不同基质的NADESs的去除率差异较大，有16种氯化胆碱类的去除率极显著高于水(P＜0.001)，其中氯化胆碱－有机酸类(9～11)的去除率最高，均高达70%以上;而多元醇类的NADESs中多元醇－组氨酸类(20、23、26和27)的去除率最高，可达60%以上。

综合分析NADESs对不同重金属的去除效果发现，其对铅和镉的去除能力普遍较好，对铬的去除能力不佳，对总砷和铜的去除能力则根据其基质的不同有较大的差异;氯化胆碱类的NADESs中氯化胆碱－有机酸类(9～11)对5种重金属的去除效果均较好，多元醇类的NADESs中多元醇－组氨酸类(18、23和26)则对铅、镉、铬和铜4种重金属有良好的去除效果，尤其是镉和铜。

2.2 NADESs去除坛紫菜中重金属条件优化

2.2.1 GlyAla的含水量对坛紫菜中重金属去除效果影响 GlyAla是一种制备时间短、成本低、具有代表性的常用NADESs，其黏度较高，去除率较低，具有进一步优化空间，故选择GlyAla为代表加水稀释，研究NADESs含水量对去除效果影响，优化坛紫菜中重金属去除条件。高黏度是NADESs的一个缺点，这不仅阻碍了物质运输，而且导致了处理上的困难［21］。研究表明，添加水会影响NADESs的黏度和密度，从而改变其对重金属的去除效果［16］。

图2显示了含水量为0、10%、20%、30%和40%的GlyAla的黏度变化。随着含水量的增加，GlyAla的黏度不断降低，当含水量为10%时，混合体系的黏度显著下降(P＜0.01)，当含水量为40%时，黏度降低到其原始值的1/50。图3显示了具有不同含水量的GlyAla的弛豫时间曲线，反映了液体分子之间的相互作用，在10%的含水量下，弛豫时间较短，为44～109 ms，表明GlyAla与水之间的相互作用仍然很强。随着含水量的增加，弛豫时间不断增加，这表明GlyAla与水之间的相互作用逐渐减弱。

图2 不同含水量的GlyAla的黏度Fig.2 The viscosity of GlyAla diluted with different water contents

图3 不同含水量GlyAla的弛豫时间Fig.3 Relaxation time for different water content of GlyAla

图4 显示了GlyAla含水量对坛紫菜中重金属去除效果的影响，结果表明GlyAla加水稀释后会提高五种重金属的去除率，Cd、Cr、As和Cu在含水量为10%时达到最大值，Pb在含水量为20%时达到最大，但不会持续增加，因为含水量的增加会降低NADES的黏度并提高传质效率，从而提高重金属去除率，但NADES的结构变化会影响其理化性质及其应用，过量的水会影响NADES化学键的形成并降低重金属的络合能力［11］，从而降低重金属去除率。综合五种重金属的去除效果，选择10%的含水量为最优条件。

图4 GlyAla含水量对坛紫菜中重金属去除效果影响Fig.4 Effects of water content of GlyAla on removal of heavy mentals from P.haitanensis

2.2.2 固液比对紫菜中重金属去除效果影响 如图5所示，随着天然低共熔溶剂GlyAla添加量的增加，五种重金属的去除率都增加，Pb、Cr、As和Cu在固液比为1∶20时达到最大，Cd在固液比为1∶25时达到最大，提高洗脱剂用量会增加样品与洗脱剂之间的接触面积，并且增大重金属吸附容量，综合重金属去除率和经济效益，选择含水量为10%且固液比为1∶20为最优去除条件，在此条件下，GlyAla对Pb、Cd、Cr、As和Cu的 去 除 率 分 别 为66.66%、73.6%、44.67%、65.68%和48.55%，比未优化前分别提高了28.01%、25.60%、34.95%、35.48%和56.35%。

图5 固液比对坛紫菜中重金属去除效果影响Fig.5 Effects of solid－liquid ratio on removal of heavy mentals from P.haitanensis

2.3 NADESs与表面活性剂协同去除紫菜中重金属

2.3.1 表面活性剂对紫菜中重金属的去除效果 表面活性剂是一类在添加后可以改变溶液系统界面状态的物质，可以通过络合和离子交换吸附重金属［22］。根据极性基团的解离性质，表面活性剂可分为阴离子、阳离子、非离子和两性表面活性剂［22］。本次实验中，选择了具有代表性的不同类型的质量分数为1%(w/w)的表面活性剂来研究它们与NADESs的协同作用。

表面活性剂对坛紫菜中重金属的去除效果如图6所示，不同类型的表面活性剂对重金属具有不同的去除效率，其中，SDS的重金属去除效果最好，对Pb、Cd、Cr、As和Cu的去除率分别为36.35%、90.01%、74.1%、91.28%和78.5%，但是参考GB2760－2014《食品添加剂使用标准》，SDS不能作为合法添加剂添加到食品中，所以它仅可用于非食品类样品的重金属去除研究，AG的去除效果仅次于SDS，是一种可以用于食品中的天然表面活性剂，其对Pb、Cd、Cr、As和Cu的去除率分别为35.13%、40.41%、32.3%、54.47%和28.12%，因此选择AG与NADESs协同以提高NADESs的去除效果。

图6 不同表面活性剂对坛紫菜中重金属去除的影响Fig.6 Effects of different surface active agents on removal of heavy metal from P.haitanensis

2.3.2 AG与NADESs协同去除紫菜中重金属效果研究 本次协同研究中分别选取了不同基质中代表性的6种NADESs与AG进行协同去除，分别是ChXyl(1，氯化胆碱－糖类)、ChMal(10，氯化胆碱－有机酸类)、ChPri(14，氯化胆碱－醇类)、GlyAla(16，甘油－氨基酸类)、PriGly(22，1，2－丙二醇－氨基酸类)和EgGly(25，乙二醇－氨基酸类)，这6种NADESs制备时间短，成本低，且去除率相对降低，可以更加明显地观察到AG对NADESs去除重金属效果的提升。如表4所示，不同种类的NADESs在与AG混合后，其对重金属去除率的提高有所不同，氯化胆碱类(1，10和14)的NADESs的协同效果整体好于多元醇类(16，22和25)，其中ChXyl与AG协同后五种重金属的去除率均明显增加，对Pb、Cd、Cr、As和Cu的去除率分别提高8.90%、5.89%、38.56%、10.52%和18.56%，故选择ChXyl与AG进行进一步条件优化实验。

2.3.3 AG溶液添加量对协同去除紫菜中重金属的影响 图7显示了AG溶液添加量为0、10%、20%、30%、40%和50%时ChXyl的黏度变化，当AG溶液添加量为10%时，ChXyl和AG混合体系的黏度显著下降至初始黏度的1/7，并且随着AG添加量的增加而不断下降。图8显示了不同AG溶液添加量对ChXyl弛豫时间的影响，由图8可知添加超过20%的AG溶液后，ChXyl弛豫时间明显增加，表明ChXyl和AG混合体系中的相互作用急剧减弱，过量的AG溶液会影响ChXyl化学键的形成，从而影响重金属去除效果。图9显示了AG溶液添加量对坛紫菜中重金属去除率的影响，随着AG溶液添加量的增加至20%，五种重金属的去除率不断提高并达到最大值，相较于协同前分别提高37.98%、11.22%、126.8%、30.54%和89.04%，ChXyl和AG溶液表现出较好的协同效果，AG溶液的最佳添加量为20%。

影响重金属去除的因素有很多，包括吸附、传质、溶解和界面张力等［21］。添加表面活性剂将导致NADESs稀释并引入更多的H2O分子，这不仅可以降低洗脱液的黏度，而且还可以作为介质从坛紫菜表面上浸出已经松散的金属离子［18］。在2.2.1的研究中，含水量对去除重金属的影响主要集中在0～10%的范围内，继续添加表面活性剂至20%会导致坛紫菜中的重金属离子胶束增溶［18］，因此ChXyl和AG混合体系的去除率将进一步提高。

2.4 NADESs对坛紫菜品质的影响

本研究中选取了氯化胆碱类NADESs中去除效果较好的ChCit(9)和多元醇类NADESs中去除效果较好的PriHis(23)在最优条件下进行去除，同时选取了ChXyl(1)与AG溶液协同去除，研究该混合体系对坛紫菜品质的影响。

表4 不同NADESs协同AG对不同重金属去除率的影响Table 4 Effect of NADESs and AG on the removal rate of different heavy metals

图7 不同AG溶液添加量的ChXyl的黏度Fig.7 The viscosity of ChXyl diluted with different AG solution contents

图8 不同AG溶液添加量的ChXyl的弛豫时间Fig.8 Relaxation time for different AG solution contents of ChXyl

图9 AG溶液添加量对坛紫菜中重金属去除率的影响Fig.9 Effects of AG solution content in ChXyl on removal of heavy metal from P.haitanensis

2.4.1 NADESs对坛紫菜中主要营养物质的影响如表5所示，分别测定了坛紫菜脱除重金属前后多糖、可溶性蛋白和脂肪的变化，其中纯水为对照组，可以看出，ChXyl+AG和PriHis两种洗脱剂处理后的多糖含量与未处理组相比无显著差异，且均高于对照组，表明ChXyl+AG和PriHis对坛紫菜中多糖没有明显影响，且优于水处理，ChCit处理后多糖含量显著降低(P＜0.01)，但与对照组无显著差异;对于可溶性蛋白，包括对照组在内的四种洗脱剂处理后其含量均显著降低(P＜0.01)，其中PriHis对可溶性蛋白的影响相对较小;对比坛紫菜脱除重金属前后脂肪含量的变化可以看出，四种洗脱剂处理后脂肪含量均降低，但降幅不大，其中ChXyl+AG和PriHis与对照组水处理后的脂肪含量没有显著差异。

脱除重金属过程中营养成分的降低主要是由于紫菜中重金属的结合位点多为蛋白质与多糖，在处理过程中随着洗脱剂对重金属的脱除，结合的蛋白质与多糖也同时被去除［23］，其次是在处理过程中结合超声辅助，导致紫菜部分细胞壁破裂，营养成分溶出。然而NADESs对紫菜主要营养成分的破坏与其基质组成有较大关系。总体来看，ChCit对三种主要营养成分的影响最大，其主要成分是氯化胆碱和柠檬酸，p H较低，可以提供更多的H+与多糖和蛋白质中与重金属结合的官能团进行络合和离子交换，同时酸性环境下辅助超声处理更易导致紫菜细胞壁的破裂［21］，PriHis对三种主要营养成分的影响最小，且效果优于对照组。

2.4.2 NADESs对坛紫菜感官品质的影响 色泽和气味是坛紫菜重要的品质指标，影响其商业价值，优质坛紫菜呈黑褐色，光泽明亮，具有紫菜特有的鲜香气味，质地均匀，结构完整［24－25］。本研究对重金属脱除前后坛紫菜的L*、a*、b*值进行测定，探讨了NADESs脱除重金属对坛紫菜色泽的影响，同时对坛紫菜的色泽、气味和形态进行了感官评定。

由表6可以看出，经过4种洗脱剂处理后的坛紫菜L*值均与处理前相比无显著差异，说明对坛紫菜的亮度没有影响，a*值在处理后均显著降低(P＜0.01)，但均为正值，表明处理后红度降低，b*值在处理后无显著变化，但是脱除后的色泽仍可达到紫菜色泽要求，不影响紫菜质量，表7为不同洗脱液处理后坛紫菜的感官评定，评定结果表明，ChXyl+AG、ChCit和对照组处理后坛紫菜依然保持明亮的深黑褐色，无异味，且质地均匀结构完整，即不会对坛紫菜的感官品质造成影响，PriHis处理会对坛紫菜造成轻微褪色，但不会影响其气味和形态。

2.4.3 NADESs对坛紫菜质构的影响 质构是评价坛紫菜质量的重要因素，其主要指标会影响紫菜的口感［26］。本实验对不同处理方式去除重金属后坛紫菜的硬度、剪切力、弹性和咀嚼性四个指标进行了测定，硬度是第一次压缩样品的最大峰值，剪切力反映了样品的嫩度，弹性是第二次压缩中样品恢复高度和第一次的压缩变形量之比。根据图10所示，ChCit处理后四种指标均降低，ChCit是酸性溶液，在络合重金属的同时易导致紫菜细胞壁的破裂，从而影响其硬度、嫩度、弹性和咀嚼性，ChXyl+AG和PriHis处理对坛紫菜的硬度、嫩度和咀嚼性没有影响，弹性降低，但均优于对照组，主要原因是在去除过程中多糖溶出。

表5 不同洗脱剂对坛紫菜营养成分的影响Table 5 Effects of different eluents on nutritional content of P.haitanensis

表6 不同洗脱剂对坛紫菜色泽的影响Table 6 Effects of different eluents on the color of P.haitanensis

表7 不同洗脱液处理后坛紫菜的感官评定Table 7 Sensory evaluation of P.haitanensis after treatment with different eluents

图10 不同洗脱剂对坛紫菜质构的影响Fig.10 Effects of different eluents on the texture of P.haitanensis

3 结论

天然低共熔溶剂(NADESs)是一种新型绿色溶剂，具有很好的加工性能和环境经济效益，在食品、医药和化妆品等领域引起了广泛的关注，本研究制备了28种NADESs对坛紫菜中重金属的去除效果进行研究，结果表明Pb、Cd、Cr、As和Cu的最高去除率分别 可达到87.54%、100.00%、48.59%、78.24%和79.73%，经过优化得到最佳去除条件为:NADESs含水量为10%，固液比1∶20，60℃洗脱1 h，期间每15 min超声2 min，在此条件下重金属去除率分别提高了28.01%、25.60%、34.95%、35.48%和56.35%。表面活性剂也可用于重金属的去除，实验表明，NADESs协同AG可以提高其原本的重金属去除率，20%的表面活性剂含量为最佳的协同条件。

本研究选取了三种不同基质的NADESs研究其去除重金属前后对坛紫菜品质的影响，分别是ChXyl+AG、ChCit和PriHis，结果表明，与对照组水相比，三种洗脱剂处理后可溶性蛋白含量均显著降低(P＜0.01)，而ChXyl和PriHis对坛紫菜中脂肪和多糖无影响;结合色差和感官评定分析，只有PriHis对坛紫菜的色泽产生一定影响，其他处理均不影响坛紫菜的感官品质;ChCit处理后四种质构指标均降低，ChXyl+AG和PriHis处理对坛紫菜的硬度、嫩度和咀嚼性没有影响，弹性降低，但均优于对照组。本研究首次建立了一种环保、高效的NADESs去除坛紫菜中重金属的方法，为绿色防治藻类食品中的重金属污染问题提供了理论依据和方法支持，也丰富了NADESs在食品工业中的应用。