文献综述
我国是海藻资源和生产加工及利用的大国,海带产量名列世界首位。据统计,2010年我国海带年产量达到88.4万吨(以干重计),占我国海藻总产量的57.3%。2010年我国藻类加工品产量达到94.6万吨,年产值超过12亿元,主要集中在山东、福建、辽宁等地[1]。
海带在食品领域、医药领域、农业领域和饲料领域都具有很广阔的前景。海带具有丰富的营养价值和保健作用,海带中的褐藻胶也已经作为一种新型食品添加剂应用于食品工业中[2]。海带多糖具有抗肿瘤、增强免疫和保护肾脏的作用[3],同时作为绿色生物农药,在由植物病原微生物引起病害的领域上有良好的防治作用[4]。此外,海带作为一种天然饲料添加剂,不仅成本低、绿色环保,而且海带中丰富的矿物质和微量元素对畜禽的生长繁殖有促进作用,是一种优良的饲料添加剂。人类利用海带的历史非常悠久,现在也在对海带的不同功能加以开发利用,使其发挥最大的价值。
据研究,海带具有预防和治疗甲状腺肿、促进智力发育、降血脂、降血糖、调节免疫、抗凝血、抗肿瘤、抗氧化的功能[2],因此经常食用海带十分有利于身体健康。但由于生物的富集作用,新鲜海带中往往含有很多对人体有害的物质。所以对海带进行有毒物质的减除是很有必要的。本课题主要研究重金属砷的减除方法。
砷化合物是一系列有毒化合物,无机砷化合物的毒性最强,体内三价砷易与巯基结合形成稳定的络合物,从而阻碍细胞呼吸,使细胞代谢发生障碍,并对多种酶有抑制作用,从而引起神经系统、肝脏、肾脏等重要器官发生病变[5]。砷进入人体后停留在指甲毛发皮肤等处,主要经尿液排出体外,三价砷较五价砷易进入细胞内,故三价砷的毒性比五价砷强。砷化合物中毒,主要影响中枢神经系统,毛细血管渗透性和新陈代谢等。人长期饮用含砷为0.1mu;g/mL~4.7 mu;g/mL的水会引起慢性中毒。由于长期生活接触砷所引起的慢性中毒,很容易被人忽视。因此砷减除研究非常必要。
目前生产中对于海带的处理方法主要是淡干和盐干,区别是是否在晒干前对海带进行盐腌处理[5]。但仅仅进行干燥处理是无法去除有害物质的,必须对海带进行有效的重金属去除处理。较常见的海产品除砷处理方式包括浸泡、水煮、超声处理、油炸、烘烤、酸碱浸泡、柠檬酸浸泡、冷冻等,其中水煮、柠檬酸处理和超声波辅助浸泡为主流处理方法,油炸、烘烤[6]和酸碱浸泡[7]等方法效果不如其他处理方法明显。Ichikawa S.[8]等证明,对海藻进行简单的水浸泡和蒸煮处理就可以有效地减除砷;Hanaoka K.[9]等证明传统的煮前清洗也可以除去一部分砷;舒本胜[10]证明柠檬酸浸泡也是实验室常用的研究方法;Lisbeth Dahl[11]的研究证明冷冻也可以减除鱼肉中的砷。丁仲仲[12]的研究表面超声波辅助柠檬酸浸泡处理也是一个不错的方向,砷减除效果非常好。多项正交实验[10,13]也研究了最主要的影响条件。综上所述,只要选择合适的减除方法,砷完全可以被将至标准以下,对人类健康的影响将大大减少。给小鼠喂食进行砷减除处理的海藻,结果证明,残余的砷化合物对小鼠的健康几乎无危害作用[8]。
虽然已有了很多有效的砷减除方法,但仍有很大的试验空间,且现存的部分方法经济成本较高,不适用与大量生产活动。还选择更常见的材料和方法进行研究,寻找高效且经济的优质砷减除技术。对于不同处理方法的各个影响因素,例如浸泡溶液浓度、料液比、处理时间、处理温度、超声处理功率等也已进行了细致的研究分析,得出了很多最佳处理条件。但这些条件还有优化的余地,研究性价比最佳且处理材料最易得的砷减除方法,对于实际生产应用有很重要的意义。
常见的砷的测定方法包括原子荧光光度法、电感耦合等离子体原子质谱法[14]、高效液相色谱法等等,对于砷化合物的形态分析研究也很细致[15]。本课题采用银盐法测定砷含量,以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷,然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢,经银盐溶液吸收后,形成红色胶态物,再与标准系列比较定量。银盐法所需实验仪器较简单,但是对实验操作要求很高。测定过程容易收到外界环境等因素影响,灵敏度相对较低,但不失为一种非常直接有效的测定方法[16]。
目前我国对于海藻加工处理的开发研究重视略有不足。我国拥有广阔的海洋资源,如果能够充分且合理利用,势必能大大减轻陆地资源的压力。目前我们已经注意到了海洋资源的巨大潜力,但离充分合理利用还有很长的探索道路要走。现在海藻养殖技术已经获得很大成功,但是后续的加工处理技术和产品种类与其他海藻大国相比,仍有较大差距。如何弥补这一差距,根据目前状况,应该转变海藻加工的模式,要加工出适合感官需求的海藻食品,扩大加工产品的系列,尤其注意提高加工产品的质量,扭转市场上海藻加工产品品种单调的局面[5]。
本课题旨在通过对海带进行柠檬酸的浸泡处理、超声波处理、以及超声波辅助浸泡处理,施以不同浓度、温度、功率、时间等处理条件,设计正交试验并加以验证,得到柠檬酸浸泡及超声波处理除砷的最佳条件,并将两者结合探究超声波辅助柠檬酸浸泡处理对砷减除的影响,叠加处理的结果是否优于单独处理。由此检验柠檬酸浸泡、超声波处理和超声波辅助柠檬酸浸泡是否为有效的除砷方法,优化砷减除工艺,建立海带的砷减除技术。
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