利用檸檬汁柑橘汁及檸檬酸脫除扇貝下腳料中鎘的研究

溫 希，李云翰，毛偉杰，張素芳

（1.云南農業大學 食品科技學院，云南 昆明 650205；2.蒙彼利埃高等農學院，法國 蒙彼利埃 34000；3.廣東海洋大學 食品科技學院，廣東 湛江 524088；4.云南省農業科學院 農業經濟與信息研究所，云南 昆明 650205）

我國是貝類養殖生產大國和出口大國，根據統計資料顯示，我國貝類產量呈現逐年增長的趨勢[1]。扇貝是我國主要養殖種類，不僅易養殖、產量大，而且有很高的營養價值，含有8種人體必需的氨基酸，還有3種人體必需的脂肪酸[2]，以及含有許多對身體有益的維生素和礦物質，如鈣、鐵，脂溶性和水溶性維生素[3]，營養成分多以有機狀態存在，極易被人體吸收利用。近年來，我國海洋環境遭到不同程度的破壞，重金屬對養殖海水污染較為嚴重，有研究顯示，遼東灣北部海域沉積物，以及深圳大鵬灣和珠江口海水中[4]，鎘和汞等重金屬超出了國家的標準，渤海海域和南黃海近岸海域[5]也受到了嚴重的污染[6]。鉛和汞對于海域環境破壞嚴重，舟山海域和杭州灣北岸海水就是典型[7]。可以看出，我國部分海域存在著重金屬污染，這些污染通過海水和沉積物使水產品存在著高累積風險態勢。

扇貝主要由貝殼、貝柱、外套膜、生殖腺及中腸腺組成，其中外套膜、生殖腺及中腸腺約占總質量的30%，這部分稱為扇貝下腳料[8]。這其中的一小部分會被制作成蝦飼料低價出售給農戶，剩余的大部分會被掩埋或者焚燒。這不僅會造成資源的浪費，而且下腳料其中大多含有重金屬鎘，如果不進行脫鎘處理，會對環境造成巨大的危害。這種浪費對于目前世界上提倡的生物資源的循環高效利用的宗旨背道而馳。貝類的腸腺中最容易聚集大量的重金屬[9]，如果被加工成飼料，重金屬鎘會在動物內臟中不斷累積，繼而會對人體造成影響，此時重金屬鎘的脫除顯得尤為重要。

以扇貝下腳料作為原料，使用弱酸水洗法，探究了檸檬汁、柑橘汁、水和檸檬酸在一定條件下脫除貝類下腳料中重金屬鎘的效果，檸檬和柑橘都是生活中常見的物質，檸檬酸成本也比較低，其次試驗使用的脫鎘方法為弱酸水洗法，經過測定，這 3種物質都屬于酸性，符合試驗的條件，因此選用了檸檬汁、柑橘汁和檸檬酸作為脫鎘劑。

1 材料與方法

1.1 試劑

樣品處理用水為蒸餾水，鎘測定試驗用水為超純水。

硝酸HNO3（優級純），廣州化學試劑廠提供；一水合檸檬酸C6H8O7·H2O、硫酸鉀K2SO4、五水合硫酸銅CuSO4·5H2O、濃硫酸H2SO4，均為分析純，廣東省化學試劑工程技術研究開發中心提供。

1.2 儀器

Milli-Q A10型超純水器、HH-6型數顯恒溫水浴鍋，國華電器有限公司產品；PHS-3C型pH計，上海精密科學儀器有限公司-雷磁儀器廠產品；CEM MARS型微波消解萃取系統，CEM產品；EHD-12型趕酸架，北京東航科儀儀器有限公司產品；GZX-9070MBE型電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司醫療設備廠產品；JY3002型電子天平，上海精密科學儀器有限公司產品；AB104-S型電子分析天平、YH型環保專用電熱套，山東鄴城華魯儀器公司產品；攪拌機。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

1.3.2 樣品前處理

完整冰凍的扇貝，將貝柱與下腳料分離，分別分袋裝好，置于-20℃冰箱中冷藏，待用。

1.3.3 基本成分測定方法

（1）水分含量的測定。參考國標GB 5009.3—2010食品安全國家標準，食品中水分的測定中，直接干燥法測定樣品水分的含量，試驗過程為：取約3 g樣品 （精確至0.000 1 g），稱量，置于玻璃制的稱量瓶，放到101～105℃干燥箱中，干燥1.0 h后，蓋好瓶蓋將稱量瓶取出，置于干燥器內0.5 h，待其冷卻，稱量，并重復干燥步驟，直到稱量前后2次質量相差不超過2 mg，即為恒質量。

樣品干燥前后的質量之差，即為樣品的水分含量。

（2）蛋白質含量的測定。參考國標GB 5009.5—2001食品安全國家標準，食品中蛋白質的測定中，凱氏定氮法測定原料中蛋白質的含量，試驗原理為：蛋白質在濃硫酸、硫酸銅、硫酸鉀的消化催化下，樣品中的氮與硫酸結合生成無機銨鹽，然后將樣品堿化蒸餾，使銨鹽轉化為氨氣，隨著水蒸氣蒸餾出來并被硼酸液吸收，再以標準鹽酸溶液滴定，就可計算出樣品中的氮量。由于蛋白質含氮量比較恒定，可由其氮含量以換算系數來計算蛋白質含量。

（3）鎘含量的測定方法。鎘的檢測方法很多，如分光光度法、電感藕合等離子體發射光譜法、極譜催化波法、原子吸收法、單掃描極譜法、溶出伏安法、質譜法、電位溶出法、中子活化分析法、色譜法、電化學生物傳感器法，以及將幾種不同的方法聯合使用等[10]，這些方法基本都需要昂貴的儀器，并且操作復雜，需要專業的技術人員進行操作。試驗使用到的是電感藕合等離子體發射光譜法，常用于測定元素周期表中的絕大多數元素，且一次可測定多個元素，此方法與其他相比，優點是更加方便快捷。但ICP并不是對所有元素的檢測都很準確，加上其發射的光譜容易受到干擾，現多與質譜聯用。

參考國標GB 5009.15—2003食品安全國家標準，食品中鎘含量[11]的測定中，電感耦合等離子體質譜法測定鎘含量，試驗原理為：樣品由硝酸分解，在酸性介質中，電感耦合等離子發射光譜儀測定的鎘吸光度。消化：取待測樣品1.0～1.5 g于消解管中，然后用移液槍將消解管中加入8 mL硝酸，蓋好內蓋并用工具擰緊外殼后，置于微波消解萃取系統，待消解完畢后消化液呈無色或淡黃色，加熱趕酸至黃豆大小，最后用超純水將其定容至25 mL的比色管中待測。

對比消化和測定所用儀器均需在20%的硝酸中浸泡過夜。

1.3.4 脫鎘試驗

使用了弱酸水洗法，以重金屬鎘的脫除率為指標，探究不同試劑、料液濃度、水洗量對重金屬鎘的提取影響。

制備液料時，將檸檬和柑橘去皮，分別置入榨汁機榨汁，得到檸檬汁和柑橘汁，檸檬出汁率為39.53%，柑橘出汁率為65.90%。

重金屬鎘脫除率的計算：

式中：m1——原料樣品重金屬鎘含量，mg/kg；

m2——處理后樣品重金屬鎘含量，mg/kg。

（1）檸檬汁、柑橘汁對原料中重金屬鎘的脫除效果。試驗流程：取100 g扇貝下腳料→加入下腳料質量10%H2O→在60℃水浴鍋中加熱5 min→加入下腳料1%，2%，4%提取→在60℃水浴鍋中加熱5 min→固液分離→加入分離后固體質量1～2倍的水→在60℃水浴鍋中加熱5 min→第2次固液分離→加入分離后固體質量1～2倍的水→在60℃水浴鍋中加熱5 min→第3次固液分離→取分離3次后的固體樣品和液體樣品測重金屬鎘含量。重復試驗步驟，液料分別使用檸檬汁、柑橘汁。

（2）檸檬酸、水對原料中重金屬鎘的脫除效果。試驗流程：取100 g扇貝下腳料→加入下腳料質量10%H2O→在80℃水浴鍋中加熱5 min→加入下腳料1%，2%，4%的檸檬酸提取→在80℃水浴鍋中加熱5 min→固液分離→加入分離后固體質量1～2倍的水→在80℃水浴鍋中加熱5 min→第2次固液分離→加入分離后固體質量1～2倍的水→在80℃水浴鍋中加熱5 min→第3次固液分離→取分離3次后下腳料固體和液體樣品測重金屬鎘含量。

試驗過程中，在其他條件不變的情況下將檸檬酸換成純凈水作為對比。

2 結果與分析

2.1 基本成分測定結果

去除外殼和貝柱，扇貝下腳料占整貝的19.5%。

2.1.1 水分含量測定結果

脫鎘處理后的水分含量見表1。

表1 脫鎘處理后的水分含量/%

2.1.2 蛋白質含量測定結果

脫鎘處理后的蛋白質含量見表2。

表2 脫鎘處理后的蛋白質含量/%

2.1.3 鎘含量測定結果

脫鎘處理后的鎘含量見表3。

表3 脫鎘處理后的鎘含量/%

根據2.3.3中重金屬鎘含量的測定方法測得扇貝下腳料中重金屬鎘的含量為5.55 mg/kg，根據GB 2762—2012食品安全國家標準，食品中污染物限量[12-13]，要求貝類食品中的重金屬鎘含量低于2.0 mg/kg。證明原料中的重金屬鎘含量不符合國家標準，不得作為食品利用，需進行脫鎘處理。

2.2 脫鎘試驗測定結果

2.2.1 檸檬汁脫除原料中重金屬鎘的效果

檸檬汁脫鎘效果見圖1

由圖1可以看出，大部分鎘仍然殘留在扇貝下腳料固體樣品中，洗到液體樣品中的只有一小部分，并且在添加不同液料量檸檬汁的情況下，脫鎘效果差別不大。使用2倍水洗和1倍水洗的區別并不明顯，若使用此種方法脫鎘，考慮經濟利益及環保的條件下，更傾向于選擇1倍水洗。用pH計測出檸檬汁pH值為1.94，加入到原料中之后測得pH值為4.92～5.36，此時脫鎘率仍然處于較低的狀態，根據吳曉萍等人[14]的研究可知，pH值達到3時，脫鎘率會達到極值，而由于檸檬汁為天然物質，添加量對pH值的改變并不是非常明顯。

2.2.2 柑橘汁脫除原料中重金屬鎘的效果

柑橘汁脫鎘效果見圖2。

由圖2可以看出，大部分鎘仍然殘留在扇貝下腳料固體樣品中，洗到液體樣品中的只有一小部分，其中使用2倍水洗，添加4%柑橘汁脫鎘效果較好。使用pH計測出柑橘汁pH值為3.01，加入到原料中之后測得pH值為5.68～5.84，此時脫鎘率仍然處于較低的狀態。柑橘汁與檸檬汁相比，2倍水洗的柑橘汁脫鎘效果稍好，但差別不大。從試驗結果來看，這2種物質脫鎘效果明顯。

2.2.3 檸檬酸脫除原料中重金屬鎘的效果

檸檬酸脫鎘效果見圖3。

由圖3可以看出，檸檬酸添加量1%，2%，4%的下腳料固體樣品中，鎘含量呈明顯的遞減趨勢，說明隨著檸檬酸添加量的增加，更多的重金屬鎘從扇貝下腳料固體樣品中洗出來至液體樣品中，液體中的鎘含比固體中的鎘含量更多。扇貝下腳料使用2倍水洗后比1倍水洗后的效果更好，可能是由于下腳料與液料接觸更加充分，反應更徹底，使固體中鎘含量大幅降低。檸檬酸加入到原料中測得pH值為2.77～3.72，對原料pH值的改變較為明顯。

2.2.4 水脫除原料中重金屬鎘的效果

水脫鎘效果見圖4。

由圖4可以看出，與檸檬汁和柑橘汁對比，脫鎘率有所提高，可能是由于溫度的升高，使反應更加徹底，但大部分重金屬鎘仍然在固體樣品中。與同溫度80℃檸檬酸洗做對比，檸檬酸的脫鎘效果遠優于水洗，可能是由于pH值導致。其中，脫鎘率最高的是80℃，2倍水洗，4%檸檬酸添加量，脫鎘率達到89.27%，遠遠優于其他3種添加的液料。

3 結論

以扇貝下腳料作為原料，研究了檸檬汁、柑橘汁、水、檸檬酸在一定條件下脫除貝類下腳料中重金屬鎘的效果，通過進行對比試驗可以得出，4%檸檬酸，溫度80℃，2倍水洗為試驗脫鎘的最優條件，最終的重金屬鎘脫除率最高達到89.27%。檸檬酸的脫鎘效果比檸檬汁、柑橘汁更明顯，脫鎘效果較優的柑橘汁處理后固體樣品含量仍然達到3.2 mg/kg以上，不可進行下一步的加工利用。在檸檬酸處理下，使用2倍水洗后比1倍水洗后的效果更好，可能是由于下腳料與液料接觸更加充分，反應更徹底，使固體中鎘含量大幅降低。檸檬酸脫鎘處理后的原料經過檢測，鎘含量最低可達到0.6 mg/kg，根據GB 2762—2012食品安全國家標準，食品中污染物限量，要求貝類食品中的重金屬鎘含量低于2.0 mg/kg，說明經由試驗處理后的貝類下腳料原料可用于進一步食品加工。

同時對貝類下腳料中蛋白質的變化作了探討，研究發現在經過加熱，過濾等脫鎘處理后，其蛋白質含量與原料的差別并不明顯，但2倍水洗會使蛋白質含量有損失，比1倍水洗的含量低。水分含量與原料相比沒有太大的變化。因此可以發現，經過處理后的下腳料不僅保留著營養物質不被破環，同時大大減少了重金屬鎘的含量，而且使用的試劑成本較低，工藝簡單，為扇貝下腳料的綜合利用和環境保護提供理論基礎。

由于試驗中產生的廢液鎘含量較高，不能直接排放，需要進一步處理，如利用吸附法，將液體中的鎘吸附到吸附劑中，再進行分離利用，使廢水達到排放的標準。

扇貝下腳料的研究利用不僅解決了熱門的環境污染問題，還節省了分離貝柱和下腳料所需要的成本，使扇貝貝柱和下腳料能夠一起被加工。除此之外，還能充分把扇貝下腳料中的有效成分利用起來，由于水產品下腳料這部分的價值有待開發并且十分可觀，所以利用簡易有效的方法脫除扇貝下腳料中鎘的研究，對扇貝下腳料的綜合利用具有重要意義。