柯珂，王俊，王一兵，*，莊軍蓮，何碧娟

（1.廣西科學(xué)院廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007；2.廣西化工研究院，廣西南寧530001）

近江牡蠣中生物鋅的提取制備方法研究

柯珂1，王俊2，王一兵1，*，莊軍蓮1，何碧娟1

（1.廣西科學(xué)院廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007；2.廣西化工研究院，廣西南寧530001）

為了從近江牡蠣中高效而簡便的提取生物鋅，以鋅和氨基酸的含量為指標(biāo)，探討了超聲波細(xì)胞破碎的功率、料水比以及是否勻漿對(duì)近江牡蠣中生物鋅提取率的影響。研究結(jié)果表明，采用超聲波直接提?。ㄎ磩驖{）的方式即可將牡蠣中的生物鋅、部分氨基酸直接提取出來，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需要，超聲波破碎功率80 W，料水比1∶3（g/g），提取時(shí)間20min為最佳提取條件。該條件下提取的生物鋅濃縮液中鋅含量為66.0mg/L，氨基酸含量為206.13mg/100mL。

近江牡蠣；超聲波細(xì)胞破碎；生物鋅；氨基酸；制備

鋅是人體必需的微量元素之一，在成人體內(nèi)含量約為2 g～3 g，存在于所有的組織中，肝、腎、胰、腦等組織含鋅量較多［1］。人體每日所需的鋅含量為12 mg～16 mg［2］，主要通過膳食攝入。鋅具有非常重要的生理功能，是體內(nèi)200多種酶的組成部分或酶的激活劑，對(duì)促進(jìn)機(jī)體發(fā)育及骨骼生長、組織再生、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酸堿平衡、促進(jìn)味覺嗅覺的正常形成、促進(jìn)VA的正常代謝、維持皮膚健康、增強(qiáng)免疫機(jī)能、防止老化等方面具有非常重要的意義。鋅參與機(jī)體蛋白質(zhì)與核酸的代謝，對(duì)神經(jīng)細(xì)胞至關(guān)重要，也是維持男性生殖系統(tǒng)健康的重要營養(yǎng)。如果人體內(nèi)缺乏鋅會(huì)出現(xiàn)發(fā)育不全或發(fā)育遲緩、味覺障礙、骨骼生長緩慢、免疫力下降、先天性畸形等癥狀［3-4］，因此鋅的正常攝入對(duì)成人、尤其是兒童及孕婦至關(guān)重要。

近江牡蠣是暖水性雙殼類軟體動(dòng)物，其肉質(zhì)鮮美，蛋白質(zhì)含量高達(dá)鮮重的10%［5］，富含糖元、氨基酸、維生素、微量元素等成分，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值［6-7］。廣西是近江牡蠣的主要產(chǎn)地，資源非常豐富，然而大多只作為海鮮食用，深加工項(xiàng)目較少。廣西出產(chǎn)的近江牡蠣中含鋅量高達(dá)447.50 mg/kg［5］，是天然、優(yōu)質(zhì)的生物鋅來源之一。本研究以鋅和氨基酸的含量為指標(biāo)，探討了超聲波功率以及料水比對(duì)近江牡蠣中生物鋅提取的影響，旨在開發(fā)出一種操作簡單、提取率高的活性生物鋅的制備方法。

1材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮近江牡蠣肉購于南寧海鮮市場(chǎng)。

去離子水、高純水均為廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自制；其他試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

原子吸收儀（Aanalyst800）：美國PerkinElmer公司；微波快速消解系統(tǒng)（WX-4000）：上海屹堯分析儀器有限公司；高速冷凍離心機(jī)（3-18K）：美國Sigma公司；超聲波細(xì)胞破碎儀（VCX500）：美國SONICS&MATERIALS公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52AA）：上海亞榮生化儀器廠；數(shù)顯恒溫水浴鍋（HH-S）：中國江蘇金壇市醫(yī)療儀器廠；控溫磁力攪拌器（HJ-3）：江蘇金壇醫(yī)療儀器廠；氨基酸自動(dòng)分析儀（8800）：日本日立公司；超純水機(jī)（Milli-Q Academic A10）：美國MILLI PORE公司；高速組織搗碎機(jī)（LB20ES）：美國Waring公司；高速冷凍離心機(jī)（3-18K）：美國Sigma公司。

1.3方法

1.3.1牡蠣生物鋅提取液的制備工藝

將新鮮牡蠣去殼后用自來水沖洗，再用去離子水和高純水充分淋洗；牡蠣肉洗凈后瀝干，稱重，然后加入1倍～4倍重量的純凈水，混勻。將制得的混合液進(jìn)行超聲波破碎，功率為70 W～90 W，時(shí)間為20 min。為了防止超聲過程中溫度過高影響生物鋅的提取率和生理活性，整個(gè)破碎過程的采用冰浴保持溫度在60℃以下。冷卻至室溫后靜置2 h，然后以11 000 r/min離心20 min，取上清液。上清液通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行濃縮。

1.3.2分析測(cè)定

生物鋅的測(cè)定：原子吸收光譜法［8-9］。

游離氨基酸的測(cè)定：氨基酸自動(dòng)分析儀法［10］。

2結(jié)果與分析

2.1因素與水平

超聲波是一種高頻機(jī)械波，其工作原理是強(qiáng)聲作用于溶液時(shí)產(chǎn)生氣泡，氣泡長大和破碎出現(xiàn)空化現(xiàn)象，而空化現(xiàn)象引起的沖擊波和剪切力使細(xì)胞破裂［11］。應(yīng)用超聲波強(qiáng)化提取可有效地提高提取率、縮短提取時(shí)間、節(jié)約成本，還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量［12］。由于生物鋅主要是游離存在于近江牡蠣鮮肉中，因此本實(shí)驗(yàn)采用超聲波直接破碎整塊的牡蠣鮮肉的方法將其提取出來，此時(shí)也有部分的游離氨基酸被同時(shí)提取出來。本實(shí)驗(yàn)的主要影響因素為超聲波破碎的功率、料水比，設(shè)定的因素水平見表1。

表1　因素、水平設(shè)置表Table 1The arrangements of factors and levels

2.2因素分析

圖1為超聲波破碎功率80 W、提取時(shí)間為20 min時(shí)，料水比對(duì)近江牡蠣中的生物鋅、氨基酸提取率的影響。為便于比較，提取出的生物鋅濃縮液均濃縮至與牡蠣重量相同。如圖1a所示，生物鋅的含量隨著物料比的增加而增加，當(dāng)料水比為1∶3（g/g）時(shí)提取的生物鋅含量最高，而后略有下降；游離氨基酸的總含量則隨著料水比的增加而持續(xù)增加（見圖1b），當(dāng)料水比為1∶4（g/g）時(shí)達(dá)最高。以生物鋅的含量為標(biāo)準(zhǔn)，則料水比為1∶3（g/g）時(shí)為最佳提取物料比。

圖1　料水比對(duì)生物鋅（a）和氨基酸（b）提取率的影響Fig.1The effect of extraction rate on usage ratio to Zinc（a）and amino acids（b）

在料水比為1∶3（g/g）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究了超聲波的破碎功率對(duì)提取率的影響。圖2為料水比為1∶3（g/g）、提取時(shí)間為20 min時(shí)，超聲波提取功率對(duì)近江牡蠣中生物鋅、氨基酸提取率的影響。

圖2　超聲波功率對(duì)生物鋅（a），氨基酸（b）的影響Fig.2.The effect of extraction rate on ultrasonic power to Zinc（a）and amino acids（b）

如圖2a所示，生物鋅的提取率與超聲波功率呈正相關(guān)，隨著超聲波功率的增加，生物鋅的含量也相應(yīng)增加；而在圖2b中，超聲波功率70 W時(shí)，提取液中游離氨基酸的總含量略低于60 W時(shí)的含量，而在功率達(dá)到80 W時(shí)，游離氨基酸總含量又急劇增加，90 W時(shí)達(dá)到最高，但與80 W時(shí)的提取率相差不大。由于采用超聲波破碎時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，破碎功率過高時(shí)需采用相應(yīng)的降溫措施，給實(shí)驗(yàn)操作帶來不便，也會(huì)增加提取成本，因此選擇80 W作為最佳提取功率。

2.3生物鋅提取液中氨基酸種類及含量分析

料水比為1∶3（g/g）、提取時(shí)間為20 min時(shí)，超聲波破碎功率為80 W時(shí)，生物鋅提取液中氨基酸的種類及含量見表2。

由表2可知，生物鋅提取液中的氨基酸組成完備，含有18種氨基酸，其中8種為人體必需氨基酸，其總含量占游離氨基酸總量的22.67%。在這18種氨基酸中，谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸含量較高，三者的總含量超過了游離氨基酸總含量的60%，而谷氨酸、甘氨酸可以作為抗氧化物質(zhì)減緩細(xì)胞受自由基和活性氧的毒害，因此該提取液可能具有一定的抗氧化功效。日本備前化成研究開發(fā)部的研究表明，從牡蠣中提取的海產(chǎn)鋅含鋅豐富，與無機(jī)鋅和其他鋅原料相比，更容易被人體吸收，改善鋅缺乏癥的功效更強(qiáng)，這可能與其同時(shí)提出的氨基酸有促進(jìn)吸收的作用有關(guān)。

表2　生物鋅提取液中氨基酸含量Table 2Amino acid content in Zinc extract

2.4勻漿牡蠣后生物鋅提取液的有效成分含量

為進(jìn)一步考察超聲波直接提取方法的有效性，在其他實(shí)驗(yàn)條件相同的情況下，先將牡蠣肉勻漿后再進(jìn)行超聲波破碎提取。圖3a顯示了勻漿前后提取液中生物鋅含量的變化，勻漿后生物鋅含量為70.52 mg/L，略高于直接采用超聲波提取時(shí)的66.00 mg/L；圖3b顯示了勻漿前后提取液中氨基酸總含量的變化，勻漿后總氨基酸的含量為225.00 mg/100 mL，較未勻漿提取時(shí)的206.13 mg/100 mL高18.87 mg/100 mL。綜上所述，勻漿后提取的生物鋅和總氨基酸含量均有小幅度的提高，但由于勻漿后牡蠣肉破碎徹底，導(dǎo)致后續(xù)步驟中牡蠣肉與提取液的分離過程難度加大，需要多次洗滌并高速離心，進(jìn)而增加了濃縮提取液的工作量。因此，從生產(chǎn)效率和節(jié)約成本的角度考慮，不進(jìn)行勻漿、直接對(duì)牡蠣肉進(jìn)行超聲波破碎提取就能得到理想的提取物，而且更加高效、簡單。

圖3　勻漿前后提取液中生物鋅、氨基酸的含量Fig.3The content of Zinc（a）and amino acid（b）in extract made by homogenate or not

2.5生物鋅濃縮液的后續(xù)處理

冷凍干燥技術(shù)是將含水物質(zhì)在低溫下凍結(jié)，然后使其水分在真空狀態(tài)下升華的技術(shù)。這種技術(shù)干燥后的物質(zhì)的物理、化學(xué)和生物性狀基本不變，物質(zhì)中的揮發(fā)性成分和受熱性的營養(yǎng)成分損失很?。粌龈珊蟮奈镔|(zhì)呈多孔狀，其體積和冷凍干燥前基本相同，因此加水后由于與水的接觸面積大，能很快復(fù)原［14］。由于提取出的生物鋅營養(yǎng)豐富，極易變質(zhì)，為長期保存，擬采用凍干法對(duì)其進(jìn)行處理，凍干溫度為-30℃。凍干后的生物鋅為淺藍(lán)綠色粉末，經(jīng)稱重可得11.19 g/100 g牡蠣干肉，即提取率為11.19%。

3結(jié)論

通過以上對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和討論，說明超聲波細(xì)胞破碎提取近江牡蠣中的生物鋅是一種簡便而高效的方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，篩選出的生物鋅最佳提取條件為超聲波破碎功率80 W，料水比為1∶3（g/g），提取時(shí)間為20 min，整個(gè)提取過程的溫度保持在60℃以下；該條件下提取的生物鋅濃縮液中鋅含量為66.0 mg/L，氨基酸含量為206.13 mg/100 mL。提取液經(jīng)進(jìn)一步濃縮凍干處理后得到藍(lán)綠色粉末，提取率為11.19%。由于該方法并未改變牡蠣形態(tài)且實(shí)驗(yàn)溫度控制在60℃以下，由于該方法未改變牡蠣形態(tài)且實(shí)驗(yàn)溫度控制在60℃以下，不會(huì)破壞牡蠣中的其他活性物質(zhì)，因此，提取完生物鋅的牡蠣可作進(jìn)一步的提取工作。

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Study on the Preparation of Zinc Extracted from Ostrea Rivularis Gould

KE Ke1，WANG Jun2，WANG Yi-bin1，*，ZHUANG Jun-lian1，HE Bi-juan1
（1.Guangxi Key Laboratory of Marine Environmental Science，Guangxi Academy of Sciences，Nanning 530007，Guangxi，China；2.Guangxi Research Institute of Chemical Industry，Nanning 530001，Guangxi，China）

In order to get the highly efficient way of extracting Zinc from Ostrea Rivularis Gould，the Zinc content and the total amino acid content were used as evaluating indicator to assess the products which were made by different power ultrasonic，different material usage ratio and homogenate or not.The result showed that ultrasonic cell disrupting（without homogenate）could extract Zinc and amino acid from Ostrea Rivularis Gould efficaciously，and the best extraction condition was ultrasonic power 80 W，material usage ratio 1∶3（g/g），extraction duration 20 min.Under this condition，the Zinc content was 66.0 mg/L，while the total amino acid content was 206.13 mg/100 mL in the concentrated solution.

Ostrea Rivularis Gould；ultrasonic cell disrupting；Zinc；amino acid；preparation

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.14.004

2014-04-11

廣西自然科學(xué)基金（編號(hào)：2011GXNSFE018002）；廣西科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目（編號(hào)：11YJ24HY03）

柯珂（1982—），女（漢），助理研究員，碩士，研究方向：海洋活性物質(zhì)的提取。

王一兵（1974—），女（滿），副研究員，博士，研究方向：海洋生物資源開發(fā)與海洋天然產(chǎn)物的研究。