全 文 ：研究与探讨 食品工业科技Vol.28, No.11, 2007
　2007年第 11期　 103　
水浮莲膳食纤维
对 Pb2+ 、Cd2+ 、Cr6+吸附作用的研究
胡小军 ,梁洁贞 ,曾玉带
(湛江师范学院化学科学与技术学院 ,广东湛江 524048)
　摘　要:以酶碱法提取水浮莲中膳食纤维为原料 ,采用体外实验模
拟人体胃和肠道的 pH和温度环境 ,研究了水浮莲膳食纤
维对三种重金属离子的吸附作用。实验结果表明:水浮莲
膳食纤维在pH2.0和 7.0时对三种重金属离子都有吸附 ,而
且吸附在 60min内完成。对于同一重金属离子 , pH7.0时
的最大吸附速率比 pH2.0时的最大吸附速率大。在同一
pH条件下 ,镉离子的最大吸附速率最大。
　关键词:水浮莲 ,膳食纤维 ,吸附　　Abstract:Thedietaryfibersfromwaterletucewasextractedby
theenzymeandchemicalmethods, andtheadsorption
ofthreeheavymetalioninvitroexperimentssimulated
humanstomachandintestinalenvironmentofpHand
temperaturewasstudied.Theresultsshowedthat
waterletucedietaryfiberinthepH 2.0 and7.0 had
adsorptioncapacityforthreeheavymetalions.The
adsorptionprocesscompletedin60min.Forthesame
heavymetalion, theadsorptionratewaslargeunder
pH7.0thanpH2.0.UnderthesamepH, theadsorption
rateofcadmiumionwaslargestinthreeheavymetal
ions.
　Keywords:waterletuce;dietaryfibers;adsorption　　中图分类号:TS201.2+ 3　文献标识码:A
　文 章编 号:1002-0306(2007)11-0103-03
收稿日期:2007-06-22
作者简介:胡小军(1977-),男 , 硕士 ,讲师 ,研究方向:食品功能成分
的制备与应用。
基金项目:湛江师范学院重点科研项目资助(L0605)。
水浮莲学名凤眼蓝 , 又称水荷花 , 原产于南美
洲 ,被列为世界 10大害草之一 。水浮莲生命力极其
旺盛 ,往往在生长区内形成优势物种 ,水浮莲还能降
低光线对水体的穿透力 ,影响水生植物生长 ,还会堵
塞航道 ,影响畅通 ,造成水体污染 ,给养殖业带来严
重的影响 [ 1 ] 。水浮莲具有可食性 ,经同济医科大学动
物实验表明:水浮莲对人体无毒无害 [ 2 ] 。水浮莲中富
含膳食纤维 ,膳食纤维被誉为人体的 “第七大营养
素” ,虽不能被人体消化吸收利用 ,但对人体起着非
常重要的功能作用 [ 3, 4] ,近年来越来越受到营养学家
的关注。铅 、镉和铬是一类危害人体健康的化学物
质 ,由于环境的污染 ,几乎所有的食品中都能检测到
这些重金属元素。这些重金属都有在生物体内富集
的潜在危机 ,且不易排出 ,其量达到一定程度可导致
中毒以及致癌 。本文以水浮莲作为原料 ,研究水浮
莲膳食纤维对重金属离子铅 、镉和铬的吸附能力 ,以
期为水浮莲膳食纤维产品的开发提供依据 。
1　材料与方法
1.1　材料与设备
水浮莲　湛江师范学院后山附近;铅 、镉 、铬标
准溶液(均为 1.000mg/mL)　天津市光复精细化工
研究所;耐热型 α-淀粉酶(A0164),盐酸 ,氢氧化钠 。
Z-5000原子吸收分光光度计　日本日立公司;
80-2电动离心机　金坛市富华仪器有限公司;78-2
双向恒温磁力搅拌器 　金坛市新航玻璃仪器厂;
PHS-3C精密酸度计　上海精密科学仪器有限公司。
1.2　仪器工作条件
1.2.1　测定波长 ,灯电流 ,狭缝宽度　铅的测定波长
为 283.3nm,灯电流为 4mA,狭缝宽度为 0.4nm;镉的
测定波长为 228.8nm, 灯电流为 4mA, 狭缝宽度为
0.4nm;铬的测定波长为 359.3nm,灯电流为 6mA,狭
缝宽度为 1.3nm。
1.2.2　石墨炉原子吸收光谱分析工作参数　铅的干
燥阶段温度为 90～ 120℃,时间为 40s;灰化阶段温度
为 450℃,时间为 20s;原子化阶段温度为 2000℃,时
间为 4s;清洗阶段温度为 2700℃,时间为 4s。镉的干
燥阶段温度为 90～ 120℃,时间为 40s;灰化阶段温度
为 350℃,时间为 20s;原子化阶段温度为 1800℃,时
间为 5s;清洗阶段温度为 1800℃,时间为 4s。铬的干
燥阶段温度为 90～ 120℃,时间为 40s;灰化阶段温度
为 1000℃,时间为 30s;原子化阶段温度为 2800℃,时
DOI :10.13386/j.issn1002-0306.2007.11.022
食品工业科技
ScienceandTechnologyofFoodIndustry 研究与探讨
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间为 5s;清洗阶段温度为 2800℃,时间为 4s。
1.3　实验方法
1.3.1　水浮莲膳食纤维的提取　称取一定量干燥的
水浮莲样品 ,加入一定浓度的 α-淀粉酶液 ,在不同
温度 、不同时间下进行水解 ,然后用纱布过滤 ,再加
入一定浓度的 NaOH溶液 ,在不同温度浸泡一定时
间 ,继而用纱布过滤 ,流动水反复漂洗至中性 ,将其
于 85℃电热干燥箱中烘 3h,所得即为干燥的水浮莲
膳食纤维。
1.3.2　水浮莲膳食纤维对 Pb2 +、Cd2 +、Cr6+吸附作用
的研究
1.3.2.1　水浮莲膳食纤维对 Pb2 +、Cd2 +、Cr6 +的吸附
　采用模拟体系 ,具体操作方法为:分别在 pH为 2.0
和 7.0下 , 在 250mL的三角瓶中分别加入 100mL
2.5μg/mL的 Pb2 +溶液(Cd2 +溶液 、Cr6 +溶液)和 1g水
浮莲膳食纤维 ,于 37℃在双向恒温磁力搅拌下反应 。
分别于 10、 20、 30、 60、 120、 180min时取样 5mL,
2000r/min离心 15min,取上层清液加水稀释适当的
倍数后 ,测定残余金属离子的浓度。
1.3.2.2　重金属离子的测定　铅 、镉和铬的测定方法
采用石墨炉原子吸收法测定 [ 5 ～ 7] 。
1.3.2.3　最大吸附速率的测定　按照 1.3.2.1中操作 ,
根据 60min内的吸附量计算最大吸附速率(Vmax):
Vmax(μg/min)=(初始浓度 -60min上清液残余浓
度)/60
1.3.2.4　最小吸附浓度的测定　最小吸附浓度即有
害元素吸附和解吸达到平衡时溶液中残留的浓度 ,
它可衡量膳食纤维清除有害重金属离子的彻底性 ,
即膳食纤维是否能将有害重金属离子清除至安全水
平 。模拟反应体系的设置完全相同 ,不同时间取样 ,
当上清液中有害重金属离子浓度不再改变时 ,反应
体系中残留的有害元素浓度即为最小吸附浓度 。
2　结果与讨论
2.1　测定三种金属离子的标准曲线
2.1.1　测定 Pb2 +的标准曲线　按实验数据建立标准
曲线方程为:A=0.0040C+0.0650,线性相关系数
r=0.9982,见图 1。
图 1　Pb2+的标准曲线
2.1.2　测定 Cd2+的标准曲线　按实验数据建立标准
曲线方程为:A=0.0049C+0.0182,线性相关系数
r=0.9985,见图 2。
2.1.3　测定 Cr6 +的标准曲线　按实验数据建立标准
曲线方程为:A=0.0045C+0.0832,线性相关系数
r=0.9939,见图 3。
图 2　Cd2+的标准曲线
图 3　Cr6+的标准曲线
2.2　水浮莲膳食纤维对 Pb2+、Cd2+、Cr6+吸附作用
的比较
不同的 pH条件下 ,水浮莲膳食纤维对三种离子
吸附作用的比较见图 4～图 6,相同的 pH条件下 ,水
浮莲膳食纤维对三种离子吸附作用的比较见图 7、
图 8。
图 4　水浮莲膳食纤维在 pH=2.0和 pH=7.0时对
Pb2+的吸附过程
图 5　水浮莲膳食纤维在 pH=2.0和 pH=7.0时对
Cd2+的吸附过程
图 6　水浮莲膳食纤维在 pH=2.0和 pH=7.0时对
Cr6+的吸附过程
人体的主要消化器官胃和小肠的 pH分别接近
2.0和 7.0,食物在消化道的排空时间约 3～ 4h。图 4～
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图 7　水浮莲膳食纤维在 pH=2.0下对
Pb2+、Cd2+、Cr6+的吸附过程
图 8　水浮莲膳食纤维在 pH=7.0下对
Pb2+、Cd2+、Cr6+的吸附过程
图 6分别是 pH=2.0和 pH=7.0条件下 ,水浮莲膳食
纤维对三种重金属离子的吸附过程 。表明在接近肠
道 pH的条件下(pH=7.0),水浮莲膳食纤维对铅离
子 、镉离子和铬离子都有较强的吸附作用。以往的
研究说明 ,膳食纤维的吸附作用是物理吸附作用和
化学吸附作用的综合结果 。由于膳食纤维主要由各
种多糖组成 ,含有大量的羟基 、羧基等基团 ,它们在
对金属离子的吸附中发挥了主要作用。在较高的
pH条件下 ,这些基团呈游离状态 ,可以和带正电的
阳离子以离子键结合 [ 8] ;在较低的 pH下 ,羧基与氢
离子结合 ,可能降低了吸附容量 。由图 4～图 8可以
看出 ,水浮莲膳食纤维基本能在 60min内完成吸附
过程 ,说明在胃肠排空前 ,水浮莲膳食纤维能完成对
摄入的重金属离子的吸附 。
2.3　最大吸附速率和最小吸附量的测定
通过取样检测不同时间溶液中残余的重金属离
子浓度 ,计算了水浮莲膳食纤维对重金属离子的最
大吸附速率(见表 1)。结果表明 ,在同一条件下 ,三
种重金属离子的最大吸附速率也存在一定的差异 ,
对于同一重金属离子 , pH7.0时的最大吸附速率比
pH2.0时的最大吸附速率大。在同一 pH条件下 ,镉
离子的最大吸附速率最大 。为了模拟胃肠道环境 ,
保证吸附完全 ,本研究在体外模拟胃肠 pH及温度条
件处理 3h,研究了水浮莲膳食纤维对重金属离子的
吸附作用 ,并以 3h时的残余浓度作为最小吸附浓度
(见表 2)。结果表明 ,接近胃 pH的条件下(pH=
2.0),铬离子的最小吸附浓度最小 ,接近肠道 pH的
条件下(pH=7.0),镉离子的最小吸附浓度最小 。
表 1　不同的 pH下水浮莲膳食纤维对
Pb2+、Cd2+、Cr6+的最大吸附速率
pH 最大吸附速率(μg/min)Pb2+ Cd2+ Cr6+
2.0 0.01711 0.02293 0.01993
7.0 0.03351 0.03901 0.02546
表 2　不同的 pH下水浮莲膳食纤维对
Pb2+、Cd2+、Cr6+的最小吸附浓度
pH 最小吸附浓度(μg/mL)Pb2+ Cd2+ Cr6+
2.0 0.9080 1.0846 0.8975
7.0 0.2950 0.1486 0.7443
3　结论
水浮莲膳食纤维对 Pb2+、Cd2+、Cr6 +都有一定的
吸附作用 ,在接近肠道 pH的条件下(pH=7.0),水
浮莲膳食纤维样品对 Pb2 +、Cd2 +、Cr6 +有较强的吸附
能力 。其中在同一 pH条件下 ,镉离子的最大吸附速
率最大。在 pH=2.0时 , 铬离子的最小吸附浓度最
小;在 pH=7.0时 ,镉离子的最小吸附浓度最小 。
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