説明

有害重金属を含有する魚介類から短時間で重金属を除去する方法、及びそれによって得られる食品の製造方法

【課題】魚介類には内臓に有害な重金属を含むものがあり、これらを利用した食品加工品、飼料および肥料には必然的に重金属が含まれることから、これらの魚介類などから鮮度と品質を保ったまま短時間で水及び酸を加えることなく重金属を除去する技術を提供する。
【解決手段】重金属除去方法は、重金属を含む魚介類を粉砕し加温しながら重金属吸着材を撹拌混合することにより、該魚介類から短時間で水及び酸を加えることなく魚介類の鮮度と品質を保ったまま重金属を除去することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、重金属を含む魚介類から品質を保ったまま水及び酸を加えることなく重金属を除去する方法に関し、さらに重金属を除去した魚介類を食品として利用する技術に関するものである。
【0002】
新鮮な食品に適さない低鮮度、低品質の魚介類を処理対象とする場合には、重金属を除去した後に飼料や肥料として利用する。
【背景技術】
【0003】
重金属を含有する有機物から重金属を除去する方法には、有機物を硫酸等の強酸性水溶液(pH1)に浸漬し重金属を解離させた後に電極に析出させる方法(特許文献1)や、自己消化酵素を利用し、重金属を液相に解離させた後に液相の重金属を吸着除去する方法(特許文献2)、乳酸菌や酵母等の微生物を利用し重金属を液相に解離させた後に液相の重金属を吸着除去する方法(特許文献3)、ホタテ内臓を塩酸等pH1〜2の溶液中に浸漬して重金属を液相に解離させた後に液相からキレート繊維で重金属を除去する方法(特許文献4)などがある。
【0004】
しかしながら、有機物を硫酸等の強酸性水溶液(pH1)に浸漬し重金属を解離させた後に電極に析出させる方法は、有機物中の有用成分(タンパク質、脂質等)が変性し、石灰等のアルカリを用いて中和しても変性は戻らない。また、強酸性の水溶液を中和するために多量に添加した石灰が石膏の形で残留する有機物を食品として利用することが困難であること、および処理コストが高く処理日数が長い等の問題がある。
【0005】
また、自己消化酵素を利用し重金属を液相に解離させた後に液相の重金属を吸着除去する方法については、中性域で重金属を吸着させるため雑菌による汚染の抑制が難しく有機物が腐敗しやすいこと、および他の酵素により多種多様な分解生成物が生じることが、食品として利用する上で大きな問題となる。
【0006】
さらに、乳酸菌や酵母等の微生物を利用して、重金属を液相に解離させた後に液相の重金属を吸着除去する方法については、液相への重金属解離、有機物と液相の固液分離および液相からの重金属吸着除去の一連の工程が長時間を要し、食味や匂い等の品質が低下するため、飼料や肥料としては利用可能であるが、食品としての利用は難しい。
【0007】
塩酸等pH1〜2の溶液中に浸漬して重金属を液相に解離させる方法は、内臓液中のアミノ酸などが加水処理により希釈され価値が低下し、また、廃水処理量は被処理内臓に数倍する問題がある。
【0008】
一方、発明者は、ホタテウロのカドミウム結合サイト数と結合定数を決定した上で、不溶化フミン酸を吸着材として、硝酸溶液中でホタテウロと混合撹拌することにより、カドミウムを吸着除去する方法を発表している( 非特許文献1 ) 。さらに、低温での重金属吸着材を用いた
有機物からの重金属除去方法を開発している(特許文献5)。しかしながら、前記方法によれば、カドミウムの吸着除去には弱酸性条件下、24時間を必要とし、若干の酸の添加及び中和剤の添加が必要であった。
【特許文献1】特開07−203036号公報
【特許文献2】特開06−106155号公報
【特許文献3】特許第3174827号公報
【特許文献4】特許第4092252号公報
【非特許文献1】Hideshi S.,Akira S.(1997) A new method for the removal of toxic metal ions from acid −sensitive biomaterial. Journal of colloid and interface science 190, pp . 206−211.
【特許文献5】特許第4000346号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、重金属を含有する魚介類から品質を保ったまま水及び酸を加えず短時間で経済的に重金属を分離し食品として利用することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の重金属除去方法は、重金属を含む魚介類を粉砕し、40℃から70℃、好ましくは60℃で加温しながら重金属吸着材を撹拌混合することにより、魚介類から重金属を除去できることを特徴としており、本方法を行うことにより雑菌の繁殖を抑制し、短時間で魚介類の品質を保ったまま水及び酸を加えることなく重金属を除去することができる。
【0011】
また、本発明の重金属除去方法は、前記魚介類と前記吸着材の重金属イオンに対する競争的吸着平衡を利用し、前記吸着材の重金属吸着容量が前記魚介類の重金属吸着容量に対して過剰となるように前記吸着材を添加することで、魚介類から重金属をより効率よく吸着除去することができる。
【0012】
さらに、本発明の重金属除去方法により得られる魚介類は、カドミウムが95.0%以上除去され、食品及び飲料等として利用することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明により、重金属を含む魚介類からpH5.0〜pH7.0において短時間で水及び酸を加えることなく重金属を除去できることから、カドミウム等の重金属を含む魚介類から品質を損なわず経済的に重金属を分離することができ、飼料、肥料だけでなく食品としての高度利用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
本発明における「重金属」とは、カドミウム、鉛、砒素、水銀等をいい、少なくともカドミウムを含み、かつタンパク質に結合、またはイオン状に存在するものを意味する。
【0015】
本発明においては、重金属を含む魚介類を対象とする。本発明における「魚介類」とは、魚類、貝類及びその内臓を含み、天然物のみならず、加工品も含まれる。よって、ホタテ内臓やイカ内臓が魚介類に含まれることは当業者にとって自明である。なお、前記「ホタテ内臓」とは、貝柱以外の諸器官をいい、中腸腺、生殖腺、鰓、外套膜などを含む。また、前記「イカ内臓」とは一般的には烏賊の臓腑をいい、肝臓のみをいう場合もある。
【0016】
本発明における「重金属吸着材」とは、キレート作用やイオン交換作用を有する樹脂、繊維若しくは天然素材等をいい、腐食物質、藻類、粘土鉱物等の安価な天然材料をも含むことは当業者にとって自明である。
【0017】
本発明における「酸」とは、蟻酸、乳酸、酢酸、クエン酸等の有機酸、若しくは塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸をいい、「酸性」とは、一般にpH6.0未満をいう。また、「酸性水溶液」とは、酸を水に溶かした液体であって酸性であるものをいう。
【0018】
本発明における「混合攪拌」とは、重金属を含む魚介類と重金属吸着材とを混ぜ合わせ、かき回すことをいうが、重金属を含む魚介類と重金属吸着材とを合わせた上でかき回してもよく、いずれか一方をかき回しているところに他方を添加してもよい。
【0019】
本発明における「吸着」とは、重金属が重金属吸着材に捕捉されることをいい、正吸着のみならず負吸着をも含む。また、「吸着除去」とは、重金属が吸着した重金属吸着材を除去すること、及び重金属が吸着した重金属吸着剤から重金属のみを除去することをいう。
【0020】
本発明における競争的吸着平衡とは、重金属を含む魚介類の粉砕物に重金属吸着材を添加すると、前記魚介類と前記吸着材との間において競争的にカドミウムを奪い合う現象が生ずるが、前記吸着材の吸着容量が前記魚介類の吸着容量に対して過剰となるように前記吸着材を添加することにより、前期現象が平衡状態に至ること、すなわち相互の吸着作用が平衡状態に至ることをいい、競争的吸着平衡の状態においては、前記魚介類よりも前記吸着材の方が多くの重金属を吸着する。
【0021】
本発明における攪拌温度のうち、60℃から70℃での攪拌条件では低温殺菌効果が得られ、各種病原菌の殺菌、腐敗防止効果がある。
【0022】
一般に、重金属は有機物中の特異なタンパク質(メタロチオネイン)と結合しており、酸処理によりメタロチオネインと結合している重金属を完全(99.5%以上)に解離させるには、pH1.0の強酸性にする必要があった(前記特許文献1) 。本発明の重金属吸着除去方法によれば、重金属を含む水産物とキレート作用やイオン交換作用を有する樹脂又は繊維のH型とNa型を組み合わせた重金属吸着材を混合攪拌することにより、水及び酸を加えず中性条件下で水産物から重金属を分離することができる。
【0023】
本発明の重金属吸着除去方法によれば、魚介類に水及び酸を添加せず水産物の本来持つpH付近において、重金属吸着容量が魚介類の約40倍(乾燥重量基準で魚介類の10.0〜20.0%) となるようにキレート作用やイオン交換作用を有する樹脂又は繊維のH型とNa型を組み合わせた重金属吸着材を添加することで、魚介類から短時間で重金属を分離することが可能となる。
【0024】
従来の酸処理法では有機物中の重金属と液相の水素イオンの置換反応を利用して重金属を解離させており、液相の水素イオン濃度が置換反応の推進力となるため酸性あるいは強酸性水溶液を用いる必要があった。本発明の重金属除去方法では、水及び酸を添加せず40℃から70℃、好ましくは60℃に魚介類を加温し、その水分中に解離している微量の重金属を即座に吸着材で除去することにより水分中の重金属濃度を常に低濃度に保ち、魚介類中とその水分中の重金属の濃度差を推進力として魚介類から重金属を解離させるため、中性条件においても魚介類中の重金属を95.0%以上除去することができる。
【0025】
従来の方法では、有機物の重金属の低減に4〜7日の時間を要していた(前記特許文献3)。一方、本発明者は弱酸性、低温条件において約24時間で重金属を99.0%以上除去する方法を開発した(前記特許文献5)が、酸の添加と中和剤の添加が必要であった。本発明の重金属除去方法によれば、短時間で酸を加えることなしに魚介類から重金属を除去することが可能となり、酸や中和剤が添加されていないことから、食品としてより広い範囲での利用が可能となる。
【0026】
本発明によれば、魚介類に含まれる重金属は含水状態で0.1〜1.0mg/kg以下となるまで除去できる。また、水及び酸を加えることなく中性条件において短時間で重金属を除去できるので、作業安全性が高く処理コストも低い。
【0027】
本発明の方法によれば、既存技術に比べて処理時間と使用薬品量を大幅に削減できるので本来低コストであるが、吸着材として腐食物質、藻類、粘土鉱物等の安価な天然材料を使用することにより、重金属吸着材にかかるコストをさらに大幅に削減できるため、食品として利用できない低鮮度、低品質水産物からの飼料や肥料の生産にも適している。
【0028】
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではない。
【実施例1】
【0029】
この実施例では、処理対象魚介類としてカドミウムを含む新鮮なホタテ(北海道苫小牧産)内臓を充分にホモジナイズしたものを使用した。
【0030】
キレート樹脂は市販の三菱化学製ダイヤイオンCR11(Na型)と、1N塩酸水溶液によりNa型樹脂から調製したH型樹脂を使用した。この2種類の樹脂を組み合わせて攪拌時のpHが約7.0になるように調製したものを使用した。
【0031】
ホモジナイズしたホタテ内臓100gずつをビーカーに取り、40℃、50℃、60℃、70℃の各温度の恒温槽に入れ、それぞれ撹拌機(EYELA製MAZERA Z−1200)を用いて100rpmで攪拌した。
【0032】
使用したホタテ内臓に含まれるカドミウムは、原子吸光装置(パーキンエルマー製AAnalyst100)を用いて測定し、初期濃度は3.73mg/kg(現物)であった。
【0033】
15分後、上記調製したキレート樹脂(Na型及びH型混在、pH7)をホタテ内臓に対して20%添加し、各温度においてホタテ内臓中のカドミウムの吸着除去を行った。
【0034】
その結果、初期濃度が3.73mg/kgであったホタテ内臓中のカドミウムは、温度が高くなるほど吸着速度が速くなることが確認された。40℃ではホタテ内臓中のCdが0.21mg/kg(現物)に低下するまでに7時間必要であったが、50℃では0.21mg/kg(現物)に低下するまでに4時間、60℃では0.20mg/kg(現物)に低下するまでに3時間、170℃では3時間で0.14mg/kg(現物)に低下した(図1)。
【実施例2】
【0035】
この実施例では、処理対象魚介類としてカドミウムを含む新鮮なイカ(北海道函館産)内臓を充分にホモジナイズしたものを使用した。
【0036】
キレート樹脂は市販の三菱化学製ダイヤイオンCR11(Na型)と、1N塩酸水溶液によりNa型樹脂から調製したH型樹脂を使用した。この2種類の樹脂を組み合わせて攪拌時のpHが約7.0になるように調製したものを使用した。
【0037】
ホモジナイズしたイカ内臓100gずつをビーカーに取り、40℃、50℃、60℃、70℃の各温度の恒温槽に入れ、それぞれ撹拌機(EYELA製MAZERA Z−1200)を用いて100rpmで攪拌した。
【0038】
使用したイカ内臓に含まれるカドミウムは、原子吸光装置(パーキンエルマー製AAnalyst100)を用いて測定し、初期濃度は56.81mg/kg(現物)であった。
【0039】
15分後、上記調製したキレート樹脂(Na型及びH型混在、pH7)をイカ内臓に対して20%添加し、各温度においてイカ内臓中のカドミウムの吸着除去を行った。
【0040】
その結果、初期濃度が56.81mg/kgであったイカ内臓中のカドミウムは温度が高くなるほど吸着速度は速くなることが確認された。40℃では4時間でイカ内臓中のCdは3.23mg/kg(現物)までしか低下しないが、70℃では4時間で0.81mg/kg(現物)まで低下した(図2)。
【0041】
カドミウムの吸着除去が完了した後、イカ内臓中に分散したキレート樹脂は、フィルターろ過を行い固液分離を行うことで速やかに分離された。
【0042】
一般にキレート樹脂の耐用温度は、80℃から100℃あるいは120℃前後とされており、それ以上の温度での使用は、樹脂の破損が懸念される。実使用にあたっては、さらに低い温度での使用が奨励されている。実施例1及び実施例2の結果から、短時間で効率的に魚介類からカドミウムを吸着除去できる温度は40℃から70℃、好ましくは60℃であり、それ以下の温度では処理に半日以上時間かかるため効率的ではなく、また、それ以上の温度では樹脂が破損する恐れがあるため好ましくない。
【実施例3】
【0043】
この実施例では、処理対象魚介類としてカドミウムを含む新鮮なホタテ(北海道苫小牧産) 内臓を充分にホモジナイズしたものを使用した。
【0044】
キレート樹脂は市販の三菱化学製ダイヤイオンCR11(Na型)と、1N塩酸水溶液によりNa型樹脂から調製したH型樹脂を使用した。この2種類の樹脂を組み合わせて攪拌時のpHが約7.0になるように調製したものを使用した。
【0045】
ホモジナイズしたホタテ内臓100gずつをビーカーに取り、濃塩酸を用いて、pHを5.0、6.0、7.0に調製した後、60℃の恒温槽に入れ、それぞれ撹拌機(EYELA製MAZERA Z−1200)を用いて100rpmで攪拌した。
【0046】
使用したホタテ内臓に含まれるカドミウムは、原子吸光装置(パーキンエルマー製AAnalyst100)を用いて測定し、初期濃度は3.73mg/kg(現物)であった。
【0047】
15分後、上記調製したキレート樹脂(Na型及びH型混在、pH7)をホタテ内臓に対して20%添加し、各温度においてホタテ内臓中のカドミウムの吸着除去を行った。カドミウム除去中のpHは濃塩酸及び水酸化ナトリウムの添加によって初期値を保持した。
【0048】
その結果、初期濃度が3.73mg/kgであったホタテ内臓中のカドミウムは、pHが低くなるほど初期吸着速度が速くなることが確認された(図3)。これは、ホタテ内臓のpHが低下したことにより、ホタテ内臓中のメタロチオネインなどのタンパク質と結合したカドミウムのイオン解離が促進され、キレート樹脂に捕捉されやすくなるためである。
【実施例4】
【0049】
この実施例では、処理対象魚介類としてカドミウムを含む新鮮なイカ(北海道函館産)内臓を充分にホモジナイズしたものを使用した。
【0050】
キレート樹脂は市販の三菱化学製ダイヤイオンCR11(Na型)と、1N塩酸水溶液によりNa型樹脂から調製したH型樹脂を使用した。この2種類の樹脂を組み合わせて攪拌時のpHが約7.0になるように調製したものを使用した。
【0051】
ホモジナイズしたイカ内臓100gずつをビーカーに取り、濃塩酸を用いて、pHを5.0、6.0、7.0に調製した後、60℃の恒温槽に入れ、それぞれ撹拌機(EYELA製MAZERA Z−1200)を用いて100rpmで攪拌した。
【0052】
使用したイカ内臓に含まれるカドミウムは、原子吸光装置(パーキンエルマー製AAnalyst100)を用いて測定し、初期濃度は56.81mg/kg(現物)であった。
【0053】
15分後、上記調製したキレート樹脂(Na型及びH型混在、pH7)をイカ内臓に対して20%添加し、各温度においてホタテ内臓中のカドミウムの吸着除去を行った。カドミウム除去中のpHは濃塩酸及び水酸化ナトリウムの添加によって初期値を保持した。
【0054】
その結果、初期濃度が56.81mg/kgであったイカ内臓中のカドミウムは、pHが低くなるほど吸着速度が速くなることが確認された(図4)。
【0055】
イカ内臓からのCd溶出率とキレート樹脂へのCd吸着率のpH依存性の比較を図5に示す。pH7ではホタテ内臓のカドミウムの溶出率が0%に近いが、pH5では25%と増加している。これは、pH5においては樹脂へのカドミウム吸着が、タンパク質に結合したカドミウムと樹脂との直接接触によるものだけでなく、溶出したカドミウムイオンと樹脂との吸着も加わるため、pH5のほうがpH7よりも速い速度で吸着することを示唆しており、実施例3及び4の結果と一致する。
【0056】
実施例3及び4の結果から、短時間で魚介類からカドミウムを吸着除去する場合、pHは低いほうが好ましいと言える。しかし、ホタテ内臓、イカ内臓ともに、pHを下げるための薬品の使用は、コスト増加やその後の食品としての利用及び肥料や飼料として利用する場合に影響が出る可能性があるため、pH5.0からpH7.0、好ましくは薬品を添加しないpH6前後におけるカドミウム処理が望ましいと言える。
【実施例5】
【0057】
この実施例では、処理対象魚介類としてカドミウムを含む新鮮なホタテ(北海道苫小牧産) 内臓を充分にホモジナイズしたものを使用した。
【0058】
キレート樹脂は三菱化学製ダイヤイオンCR11のNa型樹脂、Na型及びH型の混在した樹脂(pH7)、及びH型樹脂の3種類を使用した。Na型は市販品をそのまま使用、Na型及びH型の混在した樹脂(pH7)は実施例1と同様に調製し、H型樹脂は1N塩酸を用いて既定の方法で調製した。
【0059】
ホモジナイズしたホタテ内臓100gずつをビーカーに取り、60℃の恒温槽に入れ、それぞれ撹拌機(EYELA製MAZERA Z−1200)を用いて100rpmで攪拌した。
【0060】
使用したホタテ内臓に含まれるカドミウムは、原子吸光装置(パーキンエルマー製AAnalyst100)を用いて測定し、初期濃度は3.73mg/kg(現物)であった。
【0061】
15分後、上記調製したキレート樹脂3種 をホタテ内臓に対して20%添加し、ホタテ内臓中のカドミウムの吸着除去を行った。
【0062】
その結果、初期濃度が3.73mg/kgであったイカ内臓中のカドミウムは、H型樹脂、Na型及びH型混在樹脂、Na型の順に初期吸着速度が速くなることが確認された(図6)。カドミウム除去後のホタテ内臓のpHは順に4.13、6.12、7.15であった。

【0063】
実施例5結果から、短時間で魚介類からカドミウムを吸着除去する場合、樹脂はH型の方が好ましいといえる。Na型ではカドミウムの吸着速度は遅い。しかし、H型樹脂を用いた場合、ホタテ内臓、イカ内臓ともに、カドミウム除去後に下がったpHを中和するための薬品の使用が必要となる。薬品コストの増加やその後の食品としての利用及び肥料や飼料として利用する場合に影響が出るため、Na型及びH型の混在した樹脂(pH7)を用いるのが最適であると言える。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】図1は、カドミウムを含むホタテ内臓とキレート樹脂とを混合攪拌した場合の温度の違いによるカドミウム濃度と処理時間の違いを示すグラフである。図1の横軸は処理にかかった時間(h)を示し、縦軸はカドミウム濃度(mg/kg現物)を示す。
【図2】図2は、カドミウムを含むイカ内臓とキレート樹脂とを混合攪拌した場合の温度の違いによるカドミウム濃度と処理時間の違いを示すグラフである。図2の横軸は処理にかかった時間(h)を示し、縦軸はカドミウム濃度(mg/kg現物)を示す。
【図3】図3は、カドミウムを含むホタテ内臓とキレート樹脂とを混合攪拌した場合の各pHにおけるカドミウム濃度と処理時間の違いを示すグラフである。図3の横軸は処理にかかった時間(h)を示し、縦軸はカドミウム濃度(mg/kg現物)を示す。
【図4】図4は、カドミウムを含むイカ内臓とキレート樹脂とを混合攪拌した場合の各pHにおけるカドミウム濃度と処理時間の違いを示すグラフである。図4の横軸は処理にかかった時間(h)を示し、縦軸はカドミウム濃度(mg/kg現物)を示す。
【図5】図5は、イカ内臓からのCd溶出率とキレート樹脂へのCd吸着率のpH依存性の比較を示すグラフである。図5の横軸はpHを示し、縦軸にカドミウムの吸着率または溶出率(%)を示す。
【図6】図6は、カドミウムを含むホタテ内臓とキレート樹脂とを混合攪拌した場合のH型、Na型及びH型混在、Na型樹脂を使用した場合におけるカドミウム濃度と処理時間の違いを示すグラフである。図6の横軸は処理にかかった時間(h)を示し、縦軸はカドミウム濃度(mg/kg現物)を示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
重金属を含む魚介類を粉砕した後、40℃から70℃、好ましくは60℃で加温しながら撹拌し、重金属を吸着するキレート作用やイオン交換作用を有する樹脂又は繊維等の重金属吸着剤を加温した前記魚介類の内臓に加え、混合撹拌することにより、魚介類から重金属を吸着除去することを特徴とする、重金属除去方法。
【請求項2】
重金属を吸着するキレート作用やイオン交換作用を有する樹脂又は繊維等の重金属吸着剤のH型とNa型を組み合わせて使用することにより、水及び酸を添加せずpH5.0〜pH7.0に於いて重金属を分離することを特徴とする、請求項1に記載の重金属除去方法。
【請求項3】
重金属を含む食品を細かくした後、40℃から70℃、好ましくは60℃で加温しながら撹拌し、重金属を吸着するキレート作用やイオン交換作用を有する樹脂又は繊維等の重金属吸着剤を加温した前記食品に対して加え、混合撹拌することにより、食品から重金属を吸着除去することを特徴とする、重金属が除去された食品の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2010−57442(P2010−57442A)
【公開日】平成22年3月18日(2010.3.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−228173(P2008−228173)
【出願日】平成20年9月5日(2008.9.5)
【出願人】(504173471)国立大学法人北海道大学 (971)
【出願人】(300065604)環境創研株式会社 (4)
【Fターム(参考)】