壳寡糖衍生物对太平洋牡蛎体内重金属镉的影响

论文摘要

随着人类活动范围和工农业生产的日益扩大,重金属污染已经成为全世界关注的焦点,尤其以海岸及河口入海处污染较为严重,其中镉（Cd）被认为是毒性最强的一种。海洋贝类养殖是我国海水养殖业的支柱产业,其中牡蛎是经济价值最高的一种,但贝类大多在近海岸营固着生活,对重金属有着极强的富集能力,且自身不能排除,最终贝类富集的重金属会通过食物链传递给人类,对人类健康带来了潜在威胁。因此,贝类重金属污染,尤其是Cd污染已经成为影响海洋贝类食品安全的一个重大问题。由于壳寡糖（COS）具有良好的水溶性,并且含有大量的羟基（-OH）、氨基（-NH2）或乙酰氨基（-NHCOCH3）,是一些金属离子的良好配体。因此,本文在前人研究的基础上,探讨了壳寡糖性质对配合物制备的影响,并采用紫外-可见光谱及红外光谱对其进行表征。结果表明:脱乙酰度、分子量均对壳寡糖吸附镁金属离子的能力有显著影响,当壳寡糖脱乙酰度为90%,分子量为3000Da时,配合物中镁离子含量达到1349mg/Kg;光谱表征表明配合物主要以氨基（-NH2）和仲羟基（-OH）上的N和O与金属形成配价键。将壳寡糖金属配合物应用到Cd暴露浓度为50μg/L、染Cd三天的太平洋牡蛎,发现配合物对牡蛎体内Cd残留有一定的脱除作用,其中金属种类,壳寡糖的脱乙酰度、分子量均对配合物脱除Cd残留有显著影响;当壳寡糖分子量为2000Da,脱乙酰度为90%,与镁离子形成的配合物在脱除浓度为100mg/L,脱除2天后相对于对照的脱除率可达到34.68%,同时对牡蛎体内营养成分及其他有益金属元素的含量无影响。羧甲基壳寡糖是将壳寡糖进行羧甲基化后的产物,它在壳寡糖原有结构的基础上引入了羧甲基（-CH2COOH）,引入的羧甲基（-CH2COOH）增强了其对金属离子的螯合能力。本文考察了O-羧甲基壳寡糖的制备条件,研究了羧甲基壳寡糖与镁离子的配合条件,并对羧甲基壳寡糖及其镁配合物进行了表征。结果表明:NaOH浓度、用量及氯乙酸用量是影响羧甲基壳寡糖取代度的重要因素,当NaOH质量浓度为30%,m（NaOH: COS）为5:1,氯乙酸与壳寡糖的组成单元（即氨基葡萄糖）的摩尔比为1:1时,产物羧甲基壳寡糖取代度最高,可达1.38;温度、pH、羧甲基取代度均对羧甲基壳寡糖吸附镁离子有显著性影响,其影响程度依次为羧甲基取代度>pH>温度>镁离子添加量,羧甲基取代度越高,吸附能力越强,pH越高,吸附能力越强,吸附为放热反应,温度越低吸附能力越强,镁离子添加量对吸附作用影响不显著,最佳吸附条件为体系反应温度30℃,pH为9,羧甲基取代度为0.92,镁离子添加量为其与壳寡糖链节（即氨基葡萄糖）的摩尔比为0.5;光谱表征表明羧甲基壳寡糖主要以羧甲基（-CH2COOH）和氨基（-NH2）上的O和N与镁离子形成配位键。将羧甲基壳寡糖应用到Cd暴露浓度为20μg/L、染Cd三天的太平洋牡蛎,发现其对牡蛎Cd残留的脱除与对照组相比有显著性差异,羧甲基取代度,分子量是影响Cd脱除的主要因素,当羧甲基壳寡糖分子量为2000Da,羧甲基取代度为0.68,脱除浓度为50mg/L,脱除3天后对Cd的脱除率与对照相比可达41.90%,脱除主要降低了牡蛎消化腺中Cd残留的含量,同时此脱除制剂对牡蛎营养成分无影响,对其它金属元素含量有一定影响,但与对照相比差异无显著性。目前,关于贝类品质净化的方法主要有净水暂养和净化工厂两种方法,但此两种净化方法多针对致病性微生物,对于受石油烃、重金属、农药及海洋毒素污染的贝类还未见有效净化处理技术。本文旨在开发一种能有效排除贝类体内重金属Cd的脱除制剂,应用到净化工厂处理工序中,在去除致病性微生物的同时,有效降低其体内Cd残留含量,为水产品安全、人类健康提供保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 0.1 贝类安全性
• 0.1.1 贝类养殖的重要地位及产业结构
• 0.1.2 海洋环境重金属污染
• 0.1.3 重金属镉对贝类养殖加工的危害
• 0.1.4 贝类净化技术研究进展
• 0.2 壳聚糖对金属离子的吸附
• 0.3 壳寡糖
• 0.4 羧甲基壳聚糖
• 0.4.1 羧甲基壳聚糖的制备
• 0.4.2 羧甲基壳聚糖的应用
• 0.5 研究内容及目的意义
• 0.5.1 研究内容
• 0.5.2 研究意义
• 参考文献
• 1 壳寡糖金属配合物的制备及表征
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 方法与步骤
• 1.2.1 不同脱乙酰度壳寡糖的制备
• 1.2.2 产物质量测定
• 1.2.3 不同脱乙酰度壳寡糖金属配合物的制备
• 1.2.4 不同分子量壳寡糖金属配合物的制备
• 1.2.5 配合物中金属含量的测定
• 1.2.6 光谱分析表征
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 不同脱乙酰度壳寡糖的制备
• 1.3.2 脱乙酰度对壳寡糖镁配合物制备的影响
• 1.3.3 分子量对镁配合物中镁含量的影响
• 1.3.4 光谱分析表征
• 1.4 小结
• 参考文献
• 2 壳寡糖金属配合物对牡蛎体内镉残留的脱除
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 方法与步骤
• 2.2.1 太平洋牡蛎对镉的吸附与自身脱除
• 2.2.2 金属种类对配合物脱除牡蛎镉残留的影响
• 2.2.3 脱乙酰度对配合物脱除牡蛎镉残留的影响
• 2.2.4 分子量对配合物脱除牡蛎镉残留的影响
• 2.2.5 配合物对牡蛎镉残留的脱除条件优化
• 2.2.6 染镉浓度对配合物脱除牡蛎镉残留的影响
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 太平洋牡蛎对镉的吸附与自身脱除
• 2.3.2 金属种类对配合物脱除牡蛎镉残留效果比较
• 2.3.3 脱乙酰度对配合物脱除牡蛎镉残留效果比较
• 2.3.4 分子量对配合物脱除牡蛎镉残留效果比较
• 2.3.5 配合物对牡蛎镉残留脱除条件的优化
• 2.3.6 染镉浓度对配合物脱除牡蛎镉残留的影响
• 2.4 小结
• 参考文献
• 3 羧甲基壳寡糖的制备及表征
• 3.1 试剂与仪器
• 3.2 方法与步骤
• 3.2.1 NaOH 浓度对羧甲基壳寡糖取代度的影响
• 3.2.2 NaOH 添加量对羧甲基壳寡糖取代度的影响
• 3.2.3 氯乙酸添加量对羧甲基壳寡糖取代度的影响
• 3.2.4 羧甲基 D-氨基葡萄糖的制备
• 3.2.5 羧甲基壳寡糖取代度的测定
• 3.2.6 羧甲基壳寡糖镁配合物制备
• 3.2.7 光谱分析表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 氢氧化钠质量浓度对羧甲基化反应的影响
• 3.3.2 氢氧化钠用量对羧甲基化反应的影响
• 3.3.3 氯乙酸量对羧甲基化反应的影响
• 3.3.4 羧甲基D-氨基葡萄糖取代度测定
• 3.3.5 羧甲基壳寡糖镁配合物制备
• 3.3.7 光谱分析表征
• 3.4 小结
• 参考文献
• 4 羧甲基壳寡糖对牡蛎体内镉残留的脱除
• 4.1 试剂与仪器
• 4.2 方法与步骤
• 4.2.1 羧甲基壳寡糖取代度对牡蛎镉残留的脱除效果
• 4.2.2 羧甲基壳寡糖分子量对牡蛎镉残留的脱除效果
• 4.2.3 不同浓度羧甲基壳寡糖对牡蛎镉残留的脱除效果随时间的变化
• 4.2.4 羧甲基壳寡糖对牡蛎不同组织器官镉残留脱除效果
• 4.2.5 羧甲基壳寡糖对牡蛎营养成分及牡蛎体内其他金属含量的影响
• 4.2.6 样品处理及测定方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 羧甲基壳寡糖取代度对牡蛎镉残留的影响
• 4.3.2 羧甲基壳寡糖分子量对牡蛎镉残留的影响
• 4.3.3 不同浓度羧甲基壳寡糖对牡蛎镉残留的脱除随时间的变化
• 4.3.4 羧甲基壳寡糖对牡蛎不同组织器官镉残留脱除效果
• 4.3.5 羧甲基壳寡糖对牡蛎营养成分及牡蛎体内其他金属含量的影响
• 4.4 小结
• 参考文献
• 5 结论
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 致谢
• 附: 个人简历及攻读硕士学位期间的科研成果