通过FeCl3–乙醇萃取同步去除菜籽粕中的重金属和抗营养因子

《LWT》：Simultaneous removal of heavy metals and antinutrients from rapeseed meal via FeCl3–ethanol extraction

　　

虽然先前的策略侧重于去除菜籽粕(RM)中的重金属(HMs)和硫代葡萄糖苷，但缩合单宁的持久性以及浸出液污染物的环境归宿仍未解决。在本研究中，开发了FeCl3–乙醇萃取系统以应对这些局限性。与HCl–乙醇相比，研究发现FeCl3–乙醇表现显著更优，通过Fe3+介导的络合作用去除了超过86%的HMs、72.4%的单宁和100%的植酸。机理分析表明，经FeCl3–乙醇处理后，负责HM结合的表面功能基团（包括–OH和–COOH）急剧减少了69.3%。此外，结合了浸出液净化步骤，其中通过KOH处理有效沉淀了HMs和磷酸盐，从而防止二次污染。通过特异性靶向顽固性抗营养因子并确保废物流的安全性，这种集成的FeCl3–乙醇策略使RM能够转化为高质量的膳食蛋白质来源，从而为农业副产品的增值提供了全面且可持续的解决方案。

该论文针对菜籽粕(RM)作为潜在人类膳食蛋白源的应用瓶颈，即多种抗营养因子（如硫代葡萄糖苷(GLS)、植酸和单宁）及土壤重金属(HMs)残留问题，开发了一种集成的FeCl₃–乙醇萃取策略。研究人员首先通过批次实验筛选了包括可降解螯合剂、有机酸、无机酸及无机盐在内的十种萃取剂，发现FeCl₃–乙醇与HCl–乙醇效果最佳。随后利用Box–Behnken设计(BBD)优化了萃取参数，并通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电位滴定法定量分析了菜籽粕表面功能基团的变化。研究进一步评估了优化条件下GLS、单宁和植酸的共去除效率，并对合并浸出液进行了KOH碱处理的净化工艺，分析了重金属、异硫氰酸烯丙酯(AITC)、单宁及磷酸盐(PO₄^3?)的去除情况。

研究结果显示，在材料与方法确定的最优条件下（FeCl₃浓度22.91 mmol/L，接触时间12.85 min，粒径约44.5目），FeCl₃–乙醇实现了86.9%的总重金属去除率。与HCl–乙醇相比，FeCl₃–乙醇在抗营养因子去除方面表现出显著优势，特别是针对难溶的缩合单宁，去除率达72.4%，而HCl–乙醇仅为27.2%；植酸则被完全去除（100%）。机理研究表明，萃取过程导致菜籽粕中羧基和羟基功能基团分别减少了64.7%和82.0%，破坏了重金属的结合位点。浸出液净化实验表明，碱性处理能有效沉淀浸出液中的重金属（Pb、Cd、Zn、Cu去除率分别达100%、96.5%、91.5%、86.6%）并分解AITC，但处理后溶液中铁残留仍超标。

讨论与结论部分指出，FeCl₃–乙醇体系通过Fe³⁺与单宁酚羟基的配位作用形成复合物，从而高效转移缩合单宁，解决了传统酸法对此类顽固性物质去除率低的问题。尽管处理后菜籽粕的粗蛋白含量未显著降低，但Fe的残留量增加至1462.24 mg/kg，可能对食品级应用构成限制。该研究提出的集成策略不仅实现了菜籽粕中污染物的大幅削减，还通过浸出液净化防止了二次污染，为农业副产品的高值化利用提供了可行途径，未来需关注残留铁的 mitigation 及溶剂回收问题。