海燕酸脱除液中各元素含量的分析

(大连海洋大学辽宁省水产品加工及综合利用重点实验室,辽宁大连116023)

摘要：分别用盐酸和乙酸作为制备海燕Asterina pectinifera体壁胶原蛋白前处理的灰质脱除液,研究了其灰质脱除效果及两种脱除液中各元素的含量。结果表明:乙酸灰质脱除液中有益元素含量钙、镁分别为10.53、0.44 mg/mL,锰、锌、铁、硒分别为4.37、2.98、7.50、0.033 μg/mL,除锌、硒含量外,其余有益元素的含量均高于0.4 mol/L盐酸灰质脱除液中的含量,且乙酸对重金属砷的脱除效果也优于盐酸的脱除效果。极差分析结果表明:当乙酸浓度为0.6 mol/L、浸泡时间为3 d、乙酸的添加量为海燕体壁粉的15倍时,乙酸对海燕体壁灰质的脱除效果最好。这说明可以用乙酸来替代盐酸脱除海燕体壁的灰质,既有利于海燕胶原蛋白的制备,又有利于脱除海燕灰质液的综合利用。

海燕Asterina pectinifera属海星纲、有棘目、海燕科[1],其广泛分布于黄海、渤海一带,是一种很常见的海星。海星属海洋棘皮动物,资源丰富,种类繁多,现存1 500多种,在中国有100多种[2]。海星的体壁厚,韧性极强,含有丰富的胶原蛋白与微量元素[3-5]。近年来,对海星胶原蛋白的提取已逐渐展开[6]。海星体壁中含有大量的微量元素,但在海星胶原蛋白提取过程中灰质脱除液却被丢弃,同时也使环境受到了污染。海星棘皮中含有10余种动物必需的微量元素及生物活性物质,有助于动物的生长发育。徐均望等[7-8]研究了将海星棘皮作为饵料添加成分用于鲍和牙鲆的养殖。

制备胶原蛋白大多采用0.4 mol/L盐酸来脱除灰质[9]。本研究中,作者分别采用盐酸和乙酸脱除海燕体壁中的灰质,分析了用乙酸脱除海燕灰质的最优条件,比较两种灰质脱除液中各元素的含量,旨在为充分利用灰质脱除液中的微量元素,开发含多种微量元素的海燕保健产品,提升海燕的综合利用价值提供参考资料。

1 材料与方法

新鲜海燕由大连獐子岛渔业集团提供。浓盐酸、乙酸、硝酸、高氯酸均为分析纯。

主要仪器有高速万能粉碎机、LD5-2A低速离心机、722S分光光度计、AFG型原子吸收分光光度计。

1.2.1 海燕原料的预处理将新鲜海燕去内脏,冲洗干净,冷冻。将冷冻后的海燕置于真空冷冻干燥机中进行冷冻干燥,干燥后用粉碎机将海燕粉碎,装袋,备用。

1)盐酸灰质脱除液的制备。精确称取9份同等质量的海燕粉于大烧杯中,分别加入20倍的盐酸(0.4 mol/L),同时不断地搅拌。之后每隔半小时搅拌一次,24 h后更换一次盐酸,共更换3次。收集盐酸灰质脱除液,离心,取上清液备用。

2)乙酸灰质脱除液的制备。以乙酸浓度、浸泡时间、乙酸添加量为试验因素进行海燕体壁灰质脱除的正交试验。将乙酸按一定的比例加入到海燕粉中,同时不断地搅拌,随后操作过程与盐酸灰质脱除液的制备相同。检测海燕体壁灰质脱除液中各元素的含量,根据各元素脱除的效果优选正交试验参数,并与盐酸灰质脱除液进行比较。

1.2.3 各元素含量的测定依据GB/T 5009.92-2003、GB/T 5009.90-2003,采用原子吸收分光光度法测定钙、镁、锰的含量;依据GB/T 5009.15-2003、GB/T 5009.123-2003,采用原子吸收石墨炉法测定镉、铬的含量;依据GB/T 5009.93-2003、GB/T 5009.11-2003,采用氢化物原子荧光光谱法测定硒、砷的含量;依据GB/T 5009.14-2003中的方法测定锌的含量。

采用邻氮二菲分光光度法测定铁的含量[10]。以吸光度为纵坐标,铁含量为横坐标作图,绘制铁标准曲线。待测溶液中铁含量的测定:吸取待测铁溶液5.0 mL放入容量瓶中,加入体积分数为10%的盐酸羟胺1.0 mL,摇匀,2 min后加入体积分数为0.15%的邻二氮菲溶液2.0 mL,1 mol/L的NaAc 5 mL,再用水稀释至刻度,摇匀,测定其吸光度。根据所测吸光度在铁标准曲线上找出对应的铁含量,并计算出待测溶液中的铁含量。铁含量的计算公式为

2 结果与讨论

根据对盐酸灰质脱除液中各元素的测定结果,各元素含量依次为钙＞镁＞锌＞铁＞锰＞砷＞铬＞镉＞硒,其中钙、镁等元素含量丰富,钙含量高达9.34 mg/mL,镁含量高达0.42 mg/mL。此外,锰、锌、铁、硒等微量元素含量也较高,分别为4.00、12.10、4.47、0.048 μg/mL。盐酸灰质脱除液中还含有镉、铬、总砷等重金属元素,分别为0.080、0.430、0.509 μg/mL,其中镉与铬的含量未超过参考限值,总砷的含量较高,需要在综合利用过程中脱除。

对乙酸浓度、浸泡时间、乙酸添加量3个因素进行L9(34)的正交试验,试验因素及水平见表1,试验设计方案及试验结果见表2。

从表2可见,9个试验组中第4号试验组的钙、镁含量最高,分别为10.53、0.44 mg/mL,在此组试验条件下,锰、锌、铁、硒等微量元素的含量分别为4.37、2.98、7.50、0.033 μg/mL,镉、铬、砷的含量分别为0.075、0.02、0.879 μg/mL。与盐酸灰质脱除液中各元素的含量相比,乙酸灰质脱除液中除锌、硒含量较低外,钙、镁、锰、铁元素的含量均较高;在重金属元素中,镉和铬的含量较低,而总砷的含量较高。这说明利用乙酸脱除灰质法能提高海燕中各种微量元素的含量。用乙酸来替代盐酸脱除海燕体壁中的灰质,有利于后期海燕胶原蛋白的制备及海燕的综合利用。

表1 正交试验因素水平表
Tab.1 Factors and levels in orthogonal test

因素factor水平level A乙酸浓度/ (mol·L-1) acid concentration B C浸泡时间/d period乙酸添加量/倍acetic acid ratio 1 2 3 0.6 0.9 1.2 3 4 5 20 15 25

表2 用乙酸脱除灰质的正交试验设计方案及试验结果
Tab.2 Results and design of the orthogonal test for removal the ash content by acetic acidμg/mL

试验号No.ABC钙Ca/(mg·mL-1)镁Mg/(mg·mL-1)锰Mn锌Zn铁Fe硒Se镉Cd铬Cr砷As 11115.650.323.661.686.960.0740.0550.260.419 21229.430.426.280.696.420.0740.0580.370.424 31333.470.232.380.319.120.0420.0460.050.445 421210.530.444.372.987.500.0330.0750.020.879 52233.490.251.750.8014.510.0500.0470.080.706 62313.430.241.331.2611.270.0540.0490.250.530 73134.300.271.476.4917.210.0340.0470.130.307 83214.290.261.300.4613.970.0640.0490.110.635 93323.860.261.251.5615.050.0710.0500.110.912

对表2进行极差分析,分析结果及制备乙酸灰质脱除液中各元素的最佳优化条件见表3。鉴于海燕棘皮中灰分含量占其干重的42%[11],而灰质成分中又以钙、镁的含量为主,所以本研究中确定制备乙酸灰质脱除液的最优条件为:乙酸浓度0.6 mol/L,浸泡时间为3 d,乙酸添加量为海燕粉的15倍。

表3 各元素的正交优化结果
Tab.3 The optimal conditions of each element

BA＞C＞B最优组合A1B1C2A1B1C2A1B1C2A3B1C3A3B3C3A1B2C1A2B1C2A1B2C1A2B3C2乙酸浓度/(mol·L-1) acid concentration0.60.60.61.21.20.60.90.60.9 As主次因素C＞B＞AC＞B＞AC＞B＞AB＞A＞CA＞C＞BC＞A＞BC＞B＞AC＞A＞项目item钙Ca镁Mg锰Mn锌Zn铁Fe硒Se镉Cd铬Cr砷时间time/d333354345乙酸添加量/倍acetic acid ratio 151515252520152015

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An anlysis of elements'content in acid solution for removing ash in Asterina pectinifera

ZHANG Lin-lin,WANG Qiu-kuan,QIN Zhen-zhong,HE Shu-qian,REN Dan-dan,SUN Yu
(Key Laboratory of Fishery Product Processing and Utilization of Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China)

Abstract：Hydrochloric acid and acetic acid are used as an ash removal solution respectively in pretreament of collagen extraction from body wall of Asterina pectinifera to evaluate effect of ash removal and elements'content in acid solution.The result shows that the beneficial elements'contents are 10.53 mg/mL of Ca,0.44 mg/mL of Mg, 6.28 μg/mL of Mn,2.98 μg/mL of Zn,7.50 μg/mL of Fe,and 0.074 μg/mL of Se in ash removal solution of acetic acid.It further reveals that except the contents of Zn and Se,the other beneficial elements'contents are higher than those in ash removal solution of 0.44 mol/L hydrochloric acid,and the effect of arsenic removal is better than that by using hydrochloric acid.The orthogonal test for acetic acid reveals that the best ash removal effect is achieved when the concentration of acetic acid solution is 0.6 mol/L,the removal time is three days,and the ratio of raw material to acetic acid is 1∶15.It is concluded that acetic acid may be used in pretreatment of ash removal from body wall of Asterina pectinifera and beneficial for collagen extraction and reutilization of ash removal solution of acetic acid.