榴蓮殼內皮果膠多糖和黃酮對重金屬吸附作用的研究

王曉波，車海萍，陳海珍，劉冬英，王 梅

(廣東藥學院公共衛生學院，廣東廣州510310)

榴蓮殼內皮果膠多糖和黃酮對重金屬吸附作用的研究

王曉波，車海萍，陳海珍，劉冬英，王 梅

(廣東藥學院公共衛生學院，廣東廣州510310)

目的:從榴蓮殼內皮中提取果膠多糖和黃酮，并評價果膠多糖和黃酮對重金屬的吸附作用。方法:以榴蓮殼內皮為原料，采取水提乙醇沉淀法從榴蓮殼內皮中提取高酯果膠及黃酮，采用堿化法將高酯果膠轉化為低酯果膠，并用原子吸收光譜法測定高酯果膠、低酯果膠及黃酮對重金屬的吸附率，從而評價其吸附能力。結果:在模擬胃液及腸液條件下，高酯果膠、低酯果膠和黃酮對鉛的吸附能力:高酯果膠＞低酯果膠＞黃酮，對鎘的吸附能力:低酯果膠＞高酯果膠＞黃酮;對鈣、鐵及鋅離子均無吸附能力。結論:榴蓮殼內皮中提取物果膠及黃酮對重金屬元素有一定的選擇性吸附作用，具有進一步研究和開發價值。

榴蓮殼內皮，果膠多糖，黃酮，吸附作用

近年來，重金屬污染日趨嚴重，嚴重危害人們的身體健康。鉛和鎘是常見的環境重金屬污染物，在人體內有蓄積作用，具有多器官毒性［1］。由于鉛、鎘在體內的蓄積時間長，排泄慢，所以驅鉛、鎘是預防及治療重金屬中毒的主要手段，研制開發安全有效的驅鉛、鎘的食品添加劑，預防其對人體的損害，是國內外目前研究的重點課題之一。果膠和黃酮作為植物中重要的化學物質，具有螯合重金屬的作用［2］，隨著功能性多糖的開發，果膠不僅可以開發為水溶性膳食纖維，還被應用為去除環境中重金屬污染的添加劑，越來越受到各個行業的關注。榴蓮殼作為一種農業廢棄物，國內近年來已嘗試利用其作為寶貴的材料來源，國外近年發現可以用榴蓮殼制備成本低的炭吸附劑，從水溶液中去除酸性染料［3］。本研究旨在以榴蓮殼內皮干粉為原料提取果膠及黃酮，通過模擬胃、腸實驗研究榴蓮殼內皮中提取的果膠及黃酮對混合溶液中重金屬的吸附作用，為榴蓮殼深度開發利用提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

榴蓮 購于廣州市果品市場，取榴蓮殼內皮，放入鼓風電熱恒溫干燥箱70℃干燥至恒重，過60目篩，裝密封袋備用;鐵、鋅、鈣、鎘、鉛標準儲備液(GSB G 62025－90(3001) 購自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院;鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、濃硫酸、苯酚、無水乙醇等 均為國產分析純;實驗用水 為購買的怡寶蒸餾水。

AA－6200原子吸收分光光度計 日本島津公司;Z－2000型石墨原子吸收分光光度計 日本株式會日立高新技術那河事業所;MP120－2電子分析天平 上海天平儀器廠;DL－228多功能食物攪拌機廣州隆特電子有限公司;KA－1000離心機 上海安亭科學儀器廠;SH2－D(Ⅲ)循環水式真空泵 鞏義市予華儀器責任有限公司;RE－52AA旋轉蒸發器上海亞榮生化儀器廠;722型分光光度計 上海棱光技術有限公司;101A－1ET電熱恒溫鼓風干燥箱 上海實驗儀器廠有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 果膠多糖及黃酮提取

1.2.1.1 高酯果膠的提取 參照文獻［4－5］:榴蓮殼干粉→酸提→過濾→收集濾液→減壓濃縮至膠狀→醇沉→洗滌沉淀→干燥→高酯果膠

1.2.1.2 低酯果膠的提取 參照文獻［6］:榴蓮殼干粉→酸提→過濾→收集濾液→減壓濃縮至膠狀→醇沉→洗滌沉淀→高酯果膠溶液→堿化→低酯果膠

1.2.1.3 黃酮的提取 參照文獻［7］:榴蓮殼干粉→提取→離心→收集上清液→沉淀物復提一次→離心→收集上清液→合并上清液→減壓濃縮至膏狀→干燥→粗黃酮

1.2.2 高酯果膠、低酯果膠及黃酮對金屬離子吸附能力 根據文獻［8］的方法，選擇人體胃液(pH=1.2)和人體腸液(pH=7.5)的pH進行體外模擬實驗。分別用怡寶蒸餾水配制Pb2+1mg/mL、Cd2+1mg/mL、Fe2+10mg/mL、Zn2+10mg/mL、Ca2+20mg/mL標準液，取標準液用怡寶蒸餾水配制成(Pb2+1μg/mL、Cd2+0.1μg/mL、Fe2+20μg/mL、Zn2+20μg/mL、Ca2+25μg/mL)濃度的金屬離子混合液。分別取1mL金屬混合液置于六個25mL試管中，分別加入 0.00、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/mL高酯果膠、低酯果膠及黃酮水溶液，調整pH為模擬胃液(1.2±0.1)和腸液(7.5±0.1)，定容，放入37℃恒溫水浴箱，攪拌吸附4h，0.45μm聚乙烯濾膜過濾，濾液于原子吸收分光光度計測定Pb2+、Cd2+、Fe2+、Zn2+、Ca2+的吸光度，根據其標準曲線計算模擬胃液和模擬腸液條件下榴蓮殼內皮提取物(高酯果膠、低酯果膠和黃酮)對金屬的吸附率［9］:

式中，C0－未加樣品溶液中各離子的濃度;C－加樣后溶液中各離子的濃度。

2 結果與分析

2.1 對Zn2+、Fe2+、Ca2+的吸附能力

檢測從榴蓮殼內皮提取的低酯、高酯果膠及黃酮中的鈣、鐵、鋅、鉛及鎘含量，結果顯示高酯及低酯果膠中含有鈣，含量為0.5mg/g，其他元素未檢測到。

在模擬人體胃液及腸液pH的條件下，未加榴蓮殼內皮提取物的空白管Zn2+、Fe2+、Ca2+吸光度值及榴蓮殼內皮提取物采用五個不同的濃度(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/mL)每個濃度測定三次，榴蓮殼內皮提取物對Zn2+、Fe2+、Ca2+的吸附能力，結果見表1、表2。

表1 模擬胃液榴蓮殼內皮提取物對Fe2+、Zn2+、Ca2+的吸附能力

實驗結果表明，在模擬胃液條件下，空白對照管中鋅、鐵、鈣的吸光度值分別為0.058、0.055和0.111，加入低酯、高酯果膠及黃酮樣品后，混合金屬鋅、鐵吸光度值無明顯差異，結果表明，低酯、高酯果膠及黃酮在胃液條件下對Fe2+、Zn2+無吸附作用;而低酯、高酯果膠使混合金屬中鈣離子增高，說明在模擬胃液條件下果膠中的鈣有部分溶出進入溶液中。

表2 模擬腸液模擬榴蓮殼內皮提取物對Fe2+、Zn2+、Ca2+的吸附能力

實驗結果表明，在模擬腸液條件下，空白對照管中鋅、鐵、鈣的吸光度值分別為0.285、0.055、0.028，加入低酯、高酯果膠及黃酮樣品后，不同濃度中鋅、鐵的吸光度無明顯差異，但是混合溶液中鈣離子濃度增高，說明低酯、高酯果膠在腸液條件下對鋅、鐵無吸附作用，同時可以增加果膠中鈣的溶出。

2.2 對重金屬元素Pb2+、Cd2+的吸附能力

在模擬人體胃液及腸液pH的條件下，采用五個不同的樣品濃度(0.4、0.8、1.2、1.6、2.0mg/mL)來測定樣品對重金屬元素的吸附能力，以樣品濃度為橫坐標，對鉛和鎘的吸附率為縱坐標。

由圖1可知，在0.4～2.0mg/mL濃度范圍內，模擬胃液條件下低酯果膠、高酯果膠及黃酮均能夠有效地吸附重金屬鉛，且吸附率與樣品濃度呈劑量關系，即隨著樣品濃度的增大，其吸附能力逐漸增強。三種物質中高酯果膠對鉛的吸附能力最強，黃酮的吸附能力最弱，當樣品濃度為2.0mg/mL時，高酯果膠的吸附率為47.02%，低酯果膠的吸附率為45.11%，黃酮的吸附率為31.74%。

圖1 模擬胃液條件下黃酮、高酯及低酯果膠對鉛的吸附能力

由圖2可知，在0.4～2.0mg/mL濃度范圍內，模擬腸液條件下低酯果膠、高酯果膠及黃酮均能夠有效地吸附重金屬鉛，且吸附率與樣品濃度呈劑量關系，隨著濃度的增大，其吸附能力逐漸增強。三種物質中高酯果膠對鉛的吸附能力最強，黃酮的吸附能力最弱，當樣品濃度為2.0mg/mL時，高酯果膠的吸附率為81.09%，低脂果膠的吸附率為75.22%，黃酮的吸附率為58.48%。

圖2 模擬腸液條件下黃酮、高酯及低酯果膠對鉛的吸附能力

由圖3可知，在0.4～2.0mg/mL濃度范圍內，模擬胃液條件下低酯果膠、高酯果膠及黃酮均能夠有效地吸附重金屬鎘，且吸附率與樣品濃度呈劑量關系，隨著濃度的增大，其吸附能力逐漸增強。其中低酯果膠對鎘的吸附能力最強，黃酮的吸附能力最弱，當樣品濃度為2.0mg/mL時，高酯果膠的吸附率為26.7%，低脂果膠的吸附率為33.35%，黃酮的吸附率為22.61%。

由圖4可知，在0.4～2.0mg/mL濃度范圍內，模擬腸液條件下低酯果膠、高酯果膠及黃酮均能夠有效地吸附重金屬鎘，且吸附率與樣品濃度呈劑量關系，隨著濃度的增大，其吸附能力逐漸增強。其中低酯果膠對鎘的吸附能力最強，黃酮的吸附能力最弱，當樣品濃度為2.0mg/mL時，低酯果膠的吸附率為30%，高脂果膠的吸附率為27.93%，黃酮的吸附率為24.53%。

圖3 模擬胃液條件下黃酮、高酯及低酯果膠對Cd的吸附率

圖4 模擬腸液條件下高酯果膠、低酯果膠及黃酮對Cd的吸附能力

榴蓮殼內皮提取的高酯果膠、低酯果膠及黃酮，在鋅、鐵、鈣及重金屬鉛及鎘共同存在的情況下，在模擬胃、腸液條件下均能夠選擇性地吸附重金屬鉛及鎘，不影響鐵、鋅離子的濃度，這種選擇性吸附作用機制可能的原因:a.與果膠結構有關，果膠上有官能團，如羧酸、羥基，這些對金屬離子具有高的親和力。b.果膠中的鈣與重金屬鉛、鎘進行離子交換的化學吸附作用有關［10］。c.在多種金屬離子共存的混合液中，果膠和黃酮對各種金屬離子的吸附存在競爭關系［11］。

3 結論

從榴蓮的廢棄物中提取果膠和黃酮，研究其對混合金屬離子溶液中重金屬的吸附作用，國內外尚未見報道。本文研究結果表明，榴蓮殼內皮中提取的高酯果膠、低酯果膠及黃酮在鋅、鐵、鈣及重金屬鉛及鎘共同存在情況下，在模擬胃、腸液條件下均能夠選擇性地吸附重金屬鉛及鎘，而且不影響鐵、鋅離子的濃度，在0.4～2.0mg/mL的濃度范圍內，吸附率與樣品濃度呈劑量關系，隨著濃度的增大，其吸附能力逐漸增強。對鉛吸附能力高酯果膠＞低酯果膠＞黃酮;對鎘的吸附能力:低酯果膠＞高酯果膠＞黃酮。本文研究結果提示，來自榴蓮殼內皮的提取物，具有對重金屬的選擇吸附特性，其中果膠和黃酮類提取物具有開發去除鉛、鎘重金屬的功能食品添加劑的潛能，有可能作為一種具有較高吸附潛力的吸附劑來源。該實驗結果亦為使用農業廢棄物提取果膠提供了一個方法，作為一個替代活性炭的來源，對當前循環經濟的發展及環保具有一定的實際意義，值得進一步研究。

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Study on pectin polysaccharides and flavonoids extraction of durian inner shell on adsorption capacity of heavy metals

WANG Xiao－bo，CHE Hai－ping，CHEN Hai－zhen，LIU Dong－ying，WANG Mei
(School of Public Health，Guangdong Pharmacy College，Guangzhou 510310，China)

Objective:Study on pectin polysaccharides and flavonoids from durian inner shell and the adsorption capacity of the heavy metal.Methods:The durian inner shell as raw materials to ethanol precipitation，water extraction were directly extracted，high ester pectin and flavonoids，using alkaline method into the high－ester pectin with low ester pectin，to evaluate their adsorption capacity by atomic absorption spectrometry.Results:In simulated gastric and intestinal fluid conditions，the high ester pectin，low ester pectin and flavonoids adsorption capacity of Pb2+:high ester pectin＞low ester pectin＞flavonoids，the adsorption capacity of Cd2+:low ester pectin＞high ester pectin＞flavonoids.There was no significant influence on Fe2+，Zn2+，Ca2+absorption.Conclusion:The pectin and flavonoids extraction from durian inner shell had a certain heavy metal adsorption capacity，with research and development value.

durian inner shell;pectin polysaccharides;flavonoids;adsorption capacity

TS255.1

A

1002－0306(2011)12－0129－04

2010－11－24

王曉波(1961－)，碩士，教授，研究方向:食物營養與安全。