全 文 ：2008年 1月
第 23卷第 1期
中国粮油学报
JournaloftheChineseCerealsandOilsAssociation
Vol.23, No.1
Jan.2008
苦荞麸皮微粉对 Pb2+ 、Cd2+ 、Hg2+的吸附特性研究
郑　慧　王　敏　孙新涛
(西北农林科技大学食品科学与工程学院 ,杨凌　712100)
摘　要　目的:研究苦荞麸皮微粉对金属混合液中 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附能力 。方法:苦荞麸经过超微
粉碎处理得到苦荞微粉 ,观察金属混合液的初始浓度 、模拟人体胃肠环境的 pH条件 、苦荞麸的粒径对苦荞微
粉吸附金属混合液中 Pb2+、Cd2+、Hg2+能力的影响。结果:当三种金属离子的初始浓度都为 100 mg/L时 ,苦
荞微粉 A(d(0, 5)=79.777 μm)对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附量分别为 0.356、2.872、12.755 mg/g;在 Pb2+、Cd2+、
Hg2+初始浓度分别为 10、100、50mg/L的金属混合液中 ,苦荞微粉 A在 pH7时对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附量为
0.176、3.371、1.882 mg/g,是在 pH2时的 1.14、13.72、0.52倍;苦荞微粉 C(d(0, 5)=20.621 μm)对 Pb2+、
Cd2 +、Hg2+的吸附量为 0.232、3.493、1.702 mg/g,是粗粉的 4.83、1.32、4.71倍 。结论:苦荞微粉对 Pb2+、
Cd2 +、Hg2+具有较好的吸附能力 ,包括物理吸附和化学吸附 ,各金属离子之间存在竞争作用;超微粉碎处理使
苦荞麸对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附能力增强 。
关键词　苦荞麸　超微粉碎　Pb2+Cd2+Hg2+　吸附
　　许多研究表明 ,麦麸 、米糠及果蔬中的膳食纤维
等原料对多种重金属离子都具有良好的吸附能力 ,
长期食用后可以降低有害金属对人体的毒害 ,其吸
附能力与原料中的膳食纤维 、蛋白质 、植酸 、环境中
的 pH值等有关 [ 1-3] 。苦荞麸是苦荞加工中得到的
副产物 ,资料表明经过磨粉工艺后 ,苦荞麸中富集着
多种功能物质和营养素 ,其中总黄酮含量约为苦荞
粉 4.86倍 ,主要包括芦丁 、槲皮素等活性成分;蛋白
质 25.3%、粗脂肪 7.35%、膳食纤维 25.97%、总灰
分 4.97%, 分别为苦荞粉 4.86、 2.50、3.00、 3.97、
2.76倍;并且其中 Zn含量高达 78 mg/kg[ 4-5] 。长期
以来 ,由于苦荞麸有口感粗糙、难以消化 、苦涩等不良特
性 ,所以加工利用率极低 ,造成了极大的资源浪费。
为提高苦荞麸利用率 ,开发苦荞功能食品 ,将苦
荞麸皮粗粉经过超微粉碎处理制备出苦荞微粉 ,不
仅大大的改善了其原有粗糙的口感 ,且易于人体消
化吸收 。与苦荞麸皮粗粉相比 ,苦荞微粉中功能成
分的溶出率增加 ,粉体还具有较好的均匀性 、流动
基金 项 目:科 技 部 攻 关 计 划 重 大 项 目 (项 目 编 号:
2003BA901A19);2006年陕西省自然科学基金项
目;西北农林科技大学人才基金及 2005年校科研
基金
收稿日期:2006-10-20
作者简介:郑慧 ,女 , 1982年出生 ,硕士 ,食品营养与安全
通讯作者:王敏 ,女 , 1967年出生 ,教授 , 食品营养与功能食品研
究
性 、持水力 、持油力 、膨胀力 、水溶性 、色泽等理化特
性 [ 6] 。为进一步挖掘苦荞微粉的保健功能性 ,选择
食品中常见的污染重金属离子 Pb2+、Cd2+、Hg2+的混
合溶液为吸附溶液 ,研究苦荞微粉对 Pb2 +、Cd2+、
Hg2 +重金属离子的吸附特性 ,以期为苦荞麸皮深加
工提供基础理论资料。
1　材料与方法
1.1　材料
苦荞麸皮粗粉:由四川凉山彝族自治区农科所
提供 , 2005年川荞 1号优级种子磨粉后得到的麸皮
粗粉 。
1.2　仪器
KQM-X4(/B)型行星式球磨机:咸阳金宏机械
有限公司;Mastersizer2000 E型激光粒度仪:英国马
尔文公司;显微成像系统 DMBA400型数码显微镜:
Motic实业集团;SolaarM6原子吸收分光光度计:美
国热电公司;GHZ-82A恒温振荡器:常州国华电器
有限公司 。
1.3　方法
1.3.1　苦荞微粉的制备
将苦荞麸皮粗粉在 60 ℃烘箱中干燥 5h后放入
行星式球磨机中 ,不添加任何抗结剂 、助磨剂对其进
行干法粉碎 ,分别粉碎 5、15、30 min后得到 A、B、C
第 23卷第 1期 郑　慧等　苦荞麸皮微粉对 Pb2 +、Cd2 +、Hg2+的吸附特性研究
三种苦荞麸皮微粉 。球磨机的公转速度为 300 r/
min,自转速度为 500r/min。
粉碎选用聚胺脂磨罐 ,氧化铝磨介;物料和磨介
比为 1∶1。
1.3.2　苦荞微粉的粒径测定
取适量的苦荞麸皮粉体置于激光粒度仪容器
内 ,采用蒸馏水作为分散剂 ,用超声波对粉体进行分
散 ,测定粉体的粒径及其粒径分布。
1.3.3　苦荞微粉的显微形态观察
将待观察样粉分布于载玻片 ,用显微镜进行观
察 ,拍摄具有代表性的颗粒形貌 。
1.3.4　Pb2+、Cd2+、Hg2+金属混合液的制备[ 7]
1.3.4.1　浓度为 1 mg/mLPb2 +、Cd2+、Hg2+溶液的
配制
1 mg/mLPb2+:称取 1.849 2 gPb(CH3COO)2·
3H2O用蒸馏水溶解后 ,定容于 1 000 mL
1 mg/mLCd2+:称取 1.827 8 gCd(Cl)2· H2O
用蒸馏水溶解后 ,定容于 1 000 mL
1 mg/mLHg2+:称取 1.760 9gHg(NO3)2·H2O
用蒸馏水溶解后 ,定容于 1 000 mL
1.3.4.2　不同浓度金属混合液的配制
混合一定体积 1 mg/mL的 Pb2+、Cd2+、Hg2+溶
液 ,并用蒸馏水稀释至 1 000mL,就可得到不同初始
浓度的金属离子混合液 。由于氯离子的存在会沉淀
部分铅离子 ,故各离子的初始浓度以配制后测得的
空白溶液的浓度为准 。
1.3.5　不同初始浓度下苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、
Hg2+的吸附
准确称取 1.000 g苦荞微粉 A置于 150mL的三
角瓶中 ,分别加入 50 mLPb2+、Cd2+、Hg2 +初始浓度
都为 10、50、100 mg/L的三种金属混合液 ,置于恒温
振荡器中 37℃下中速振摇 180min。取出后静置 ,取
上清液用原子吸收分光光度计测定其中的 Pb2+、
Cd2 +、Hg2+浓度。根据振摇前后各金属离子的浓度
差计算苦荞微粉 A在不同浓度的金属混合液中对
Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附量和吸附百分率 。
对重金属的吸附量(mg/g)=(c0 -c)/(m×20)
对重金属的吸附百分率(%)=(c0 -c)/c0 ×
100
式中:c0—振摇前溶液中 Pb2+、Cd2+、Hg2+的浓度
(mg/L);
c—振摇后溶液中 Pb2+、Cd2+、Hg2+的浓度(mg/L);
m—苦荞麸的用量(g)。
1.3.6　在模拟人体胃肠环境的 pH条件下苦荞微粉
A对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附
准确称取 1.000g苦荞微粉 A置于 150 mL的三
角瓶中 ,加入 50 mLpH分别被调至 2(模拟人体胃液
中的 pH条件 )、 7(模拟人体肠液的 pH条件)的
Pb2 +、Cd2+、Hg2+初始浓度分别为 10、100、 50 mg/L
的金属混合液 ,置于恒温振荡器中 37℃下中速振摇
180 min。其他操作同上 ,计算在模拟人体胃肠环境
的 pH条件下苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附
量和吸附百分率。
1.3.7　不同粒径的苦荞麸对 Pb2+、Cd2 +、Hg2 +的吸
附
准确称取 1.000 g苦荞麸皮粗粉和 A、B、C三种
苦荞微粉置于 150 mL的三角瓶中 , 加入 50 mL
Pb2 +、Cd2+、Hg2+初始浓度分别为 10、100、50mg/L的
金属混合液 , 置于恒温振荡器中 37℃下中速振摇
180min。其他操作同上 , 计算不同粒径的苦荞麸对
Pb2 +、Cd2+、Hg2+的吸附量和吸附百分率。
2　结果与讨论
2.1　苦荞微粉的粒径测定
使用行星式球磨机对苦荞麸皮粗粉进行干法粉
碎 ,在不添加任何抗结剂 、助磨剂的情况下 ,麸皮粗
粉和所得到的三种苦荞微粉的粒径测定结果如表 1
所示 。粉碎 5 min后苦荞麸的平均粒径 d(0, 5)为
79.777μm, 达到了微粉的粒度范 围 (1 ～ 100
μm)[ 8] ;此后苦荞麸的平均粒径随着粉碎时间的延
长而减小 ,粉碎 15、30 min后苦荞微粉的平均粒径分
别为 49.196、20.621 μm。从苦荞麸皮粗粉 、苦荞微
粉 A、苦荞微粉 B、苦荞微粉 C四种粉体的粒径累积
分布可知(见图 1),随着粉碎时间的增加 ,不仅粉体
粒径减小 ,而且粉体的粒径分布范围更窄 ,粉体的均
匀性更好 。
表 1　苦荞麸的粒径测定结果
苦荞麸 d(0 , 1)μm
d(0 , 5)μm
d(0, 9)μm D[ 4 , 3]
苦荞麸皮粗粉 36.130 309.064 768.691 359.857
苦荞微粉 A 7.886 79.777 293.811 119.207
苦荞微粉 B 6.632 49.196 134.329 63.435
苦荞微粉 C 5.508 20.621 75.703 32.044
2.2　苦荞微粉的显微形态观察
苦荞麸皮粗粉和 A、B、C三种苦荞微粉的显微形
态 ,如图 2所示 。从图中可以看出 ,未粉碎的苦荞麸
皮粗粉的颗粒体积较大 ,形状不规则 ,粒径不均匀;
细胞壁完整的细胞群清晰可见 ,其颗粒由几个 、十几
45
中国粮油学报 2008年第 1期
个 、甚至更多的细胞组成。随着粉碎时间的增加 ,麸
皮粉的颗粒粒径减小 ,粉体更加均匀;细胞群逐渐减
少 ,裂片逐渐增加 ,并且部分细胞发生破碎现象 。从
粉碎 30min后得到的苦荞微粉 C的微观形貌中 ,大
片的细胞群结构基本完全被破坏 ,小体积的裂片较
多 ,粉体的均匀性较好 。
2.3　金属混合液的初始浓度对苦荞微粉 A吸附
Pb2+、Cd2 +、Hg2+的影响
当 Pb2+、Cd2+、Hg2+的初始浓度都为 100 mg/L
的金属混合液中 ,苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、Hg2 +三
种重金属离子的吸附量分别高达 0.356、 2.872、
12.755 mg/g,是初始浓度都为 10 mg/L时吸附量的
4.23、10.80、6.14倍。另一方面 ,苦荞微粉 A对溶液
中 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率如图 3所示 ,其对
Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率在混合液的初始浓度
分别都为 10、100、50 mg/L时最大。
在多种金属共存的情况下 ,金属离子的吸附是
竞争吸附 ,有些离子间存在结抗作用 ,有些则存在协
同作用 。例如 , Pb2 +与 Cd2+、Zn2+之间存在结抗作
用 , Cd2+与 Zn2+之间存在协同作用 , Cu2+与 Pb2+、
Cd2 +、Hg2+之间存在竞争作用 [ 9-10] 。从结果得知 ,随
着混合金属液初始浓度的增加 ,苦荞微粉 A对 Pb2+、
Cd2+、Hg2 +三种重金属离子的吸附量随之增加;但苦
荞微粉对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率却并未都随
着增加 ,而产生各不相同的变化 ,分别在不同的初始
浓度下达到最大的吸附百分率 。这表明在此混合溶
液中苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附同样存
在一定的平衡关系 ,存在竞争吸附 。
根据实验结果 ,选取苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、
Hg2 +吸附百分率最大的浓度(Pb2+、Cd2+、Hg2+初始
浓度分别为 10、100、50 mg/L)为金属混合液的初始
浓度进行下步实验 。
图 3　不同初始浓度下苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率
2.4　在模拟人体胃肠环境的 pH条件下苦荞微粉 A
对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附
在 Pb2 +、Cd2 +、Hg2+初始浓度分别为 10、100、50
mg/L的金属混合液中 ,在 pH7时苦荞微粉 A对
Pb2 +、Cd2+、Hg2+的吸附量为 0.176、3.371、1.882
mg/g,是在 pH2时的 1.14、13.72、0.52倍。从图 4
可知 ,苦荞微粉 A在 pH7时对 Pb2+、Cd2+的吸附百
分率较大 ,在 pH2时对 Hg2+的吸附百分率较大 ,这
与米糠在多种金属混合液中对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸
附略有不同[ 7] 。
膳食纤维在溶液中对重金属的吸附包括物理吸
附和化学吸附 。物理吸附取决于原料结构的疏松性
和表面积的大小;化学吸附则取决于原料中的某些
基团如羟基 、羧基 、氨基的解离状况 ,也就是指通过
以上基团与金属离子产生的类似交换树脂的作用来
产生影响的。根据物质的表面特性 , pH值对重金属
的物理吸附影响不大 。苦荞麸皮中含有丰富的膳食
纤维 ,膳食纤维得网状结构决定了其对溶液中的金
属离子之间存在物理吸附。另一方面 ,在不同的 pH
条件下苦荞微粉对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附有较大的
改变 ,这又表明苦荞微粉对 Pb2 +、Cd2+、Hg2+的吸附
同时存在化学吸附。苦荞麸皮上的阴离子如羧基 、
羟基等基团 ,在较高的 pH条件下 ,更多的阴离子基
团带负电 , 可使苦荞麸对金属离子吸附能力增大。
所以苦荞微粉 A在 pH7条件下对 Pb2+、Cd2+的吸附
46
第 23卷第 1期 郑　慧等　苦荞麸皮微粉对 Pb2 +、Cd2 +、Hg2+的吸附特性研究
量增加 。但对 Hg2 +的吸附却随着 pH的增加却有所
减小 ,这再次证明了苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2 +、Hg2+
吸附存在竞争作用 ,在低 pH的条件下更适合苦荞微
粉 A对 Hg2+的吸附 。
图 4　不同 pH下苦荞微粉 A对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率
2.5　不同粒径的苦荞微粉对 Pb2+、Cd2+、Hg2 +的吸
附
图 5　苦荞微粉对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率
如图 5所示 ,在 Pb2+、Cd2+、Hg2+初始浓度分别
为 10、100、50mg/L的金属混合液中 ,苦荞微粉 C对
Pb2+、Cd2+、Hg2+的吸附百分率都大于苦荞麸皮粗粉
的吸附百分率 。并且 ,苦荞微粉 C对 Pb2+、Cd2+、
Hg2+的吸附量为 0.232、3.493、1.702 mg/g,是苦荞
麸皮粗粉吸附量的 4.83、1.32、4.71倍 。结果表明 ,
在此混合溶液中 ,苦荞麸皮粗粉和三种苦荞微粉对
Pb2+、Cd2+、Hg2+都具有一定的吸附能力 ,并且随着
苦荞麸皮粒径的减小 ,苦荞麸对 Pb2+、Cd2 +、Hg2 +的
吸附能力增加。
利用行星式球磨机对苦荞麸皮粗粉进行干法粉
碎 ,设备对物料会产生强烈的压力 、剪切力和摩擦力
等综合作用力。由于苦荞麸皮中含有丰富的膳食纤
维 ,在这些力共同的作用下 ,膳食纤维组成成分发生
了变化 ,长链发生断裂 ,短链增加 ,这会使苦荞麸对
金属离子的物理吸附能力减小 。另一方面 ,苦荞麸
皮经过超微粉碎后 ,粉体的均匀性更好 ,羧基 、羟基
等基团更充分的暴露出来 ,与金属离子接触也更充
分 ,这又使苦荞麸对重金属离子的化学吸附能力增
加 。从本实验结果可知 ,在多种作用影响下 ,随着苦
荞麸皮粒径的减小 ,苦荞麸皮对 Pb2+、Cd2+、Hg2+的
吸附量增加 ,超微粉碎处理能增加其对 Pb2+、Cd2+、
Hg2 +吸附能力。
3　结论
将苦荞麸皮粗粉进行超微粉碎处理制备出苦荞
微粉 ,并探讨了苦荞麸皮在金属混合液中对重金属
离子的吸附特性 。结果表明 ,同麦麸 、米糠一样 ,苦
荞微粉具有良好的重金属吸附能力 ,包括物理吸附
和化学吸附 ,存在着一定的竞争作用;其吸附能力受
重金属离子的初始浓度 、环境的 pH条件 、苦荞麸皮
的粒径的影响;超微粉碎处理可提高苦荞麸皮对重
金属吸附的功能特性 。但由于苦荞麸皮是膳食纤
维 、蛋白质 、淀粉 、脂肪 、生物类黄酮 、灰分和其它物
质的混合物 ,在重金属吸附过程中主要是由膳食纤
维发挥作用 ,或者是其中的多个因素共同参与发挥
作用还有待进一步的研究确定。
参　考　文　献
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(下转第 109页)
47
第 23卷第 1期 雷　丽等　小麦基础日粮添加木聚糖酶对肉仔鸡消化道不同部位非淀粉多糖消化率的影响
Abstract　Theefectsofwheatbaseddietsupplementedwithtwoxylanasemerchandises(homemadexylanaseE
Ⅰ andimportedxylanaseEⅡ)onthedigestibilityofnon-starchpolysaccharides(NSP)inthedigestivetractsand
fecesofbroilerswerestudied.7d-agebroilersweredividedintofivegroupsrandomly, andfedwheatbaseddiets
supplementedwithEⅠ 0.05%, EⅠ 0.02%, EⅡ 0.02%, EⅡ 0.05%, andxylanase0%, respectively, for14
days.ResultsshowthatthedigestibilitiesofsolubleNSPforalthegroupsfeddietsupplementedwithxylanaseare
higherincraw, jejunumandfecesextremelysignificantly(P<0.01), alsohigherinileumsignificantly(P<0.05)
andingizzard(P>0.05), comparedwiththatofthegroupwithnoxylanase.Besides, thedigestibilitiesofinsoluble
NSPforthexylanasegroupsarealsohigherinfecesextremelysignificantly(P<0.01), incrawandgizzardsignifi-
cantly(P<0.05).ThegroupsfeddietwithxylanaseEⅡbothexhibitadditionalyhigherdigestibilityofinsoluble
NSPinileumsignificantly(P<0.05).
Keywords　wheat, xylanase, broiler, digestibilityofnon-starchpolysaccharides
(上接第 47页)
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AdsorptionofBranMicroPowderofTartaryBuckwheat
towardsPb2+ , Cd2+ , Hg2+
ZhengHui　WangMin　SunXintao
(ColegeofFoodScienceandEngineering, NorthwestA＆FUniversity, Yangling　712100)
Abstract　Object:Theadsorptionofbranmicro-powderoftartarybuckwheattowardsPb2+, Cd2+, andHg2+in
heavymetalmixedsolutionwasstudiedinthiswork.Methods:Thebranmicro-powderoftartarybuckwheatwaspre-
paredbysuper-microgrinding;theefectsofinitialmetalironconcentration, pH, andpowderfinenessonthead-
sorptiontowardsPb2+ , Cd2+, andHg2+ werestudied.Results:WhentheinitialconcentrationsofPb2+, Cd2+ , and
Hg2+alare100mg/L, theadsorptionofmicropowdersA(d(0, 5)=79.777 μm)towardsPb2+, Cd2+, Hg2+is0.
356, 2.872, 12.755 mg/g, respectively.WhentheinitialconcentrationofPb2+, Cd2+, Hg2+is10, 100, 50mg/L,
respectively, theadsorptionofthemicropowderAis0.176, 3.371 , 0.978mg/grespectivelyatpH7, whichisre-
spectively1.14, 13.72, 0.52 timesofthatatpH2.TheadsorptionofmicropowdersC(d(0, 5)=20.621μm)towards
Pb2+, Cd2+ , Hg2+is0.232, 3.493, 1.702mg/g, respectively, whichis4.83, 1.32, 4.71 timesofthatofcrude
powder.Conclusion:ThetartarybuckwheatbranhasrelativelyhighadsorptiontowardsPb2+, Cd2+, andHg2+ , inclu-
dingphysicalandchemicalabsorption, andthereisadsorptioncompetitionamongthemetalions.Thesuper-micro
grindingenhancestheadsorptionabilitytowardsPb2+ , Cd2+ , andHg2 +.
Keywords　tartarybuckwheatbran, super-microgrinding, Pb2+ , Cd2+ , Hg2+, adsorption
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