王 路 王維民 諶素華 劉 輝
(廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院,廣東 湛江 524025)
大孔樹(shù)脂精制竹蔗煙熏液的工藝研究
王 路 王維民 諶素華 劉 輝
(廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院,廣東 湛江 524025)
對(duì)6種大孔樹(shù)脂精制竹蔗煙熏液的效果進(jìn)行比較,以煙熏液中的代表成分酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘為考察指標(biāo),對(duì)大孔樹(shù)脂精制煙熏液的工藝進(jìn)行篩選。結(jié)果表明:6種樹(shù)脂對(duì)羰基化合物基本不吸附,靜態(tài)吸附過(guò)程中,溫度對(duì)樹(shù)脂吸附酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘影響不大,煙熏液原液10mL,加入2g的樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘吸附效果最好,采用30mL體積分?jǐn)?shù)95%乙醇進(jìn)行解析,酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的解析率最高,其中,XAD-4樹(shù)脂精制煙熏液效果最佳。
竹蔗煙熏液;大孔樹(shù)脂;酚類物質(zhì);多環(huán)芳烴
煙熏香味料(又稱煙熏液)主要以天然植物為原料,經(jīng)干餾、提純精制而成。作為一種食品添加劑,應(yīng)用煙熏液能夠很好的控制煙熏類食品中的有害成分[1],但是,粗制煙熏液中含有大量焦油、苯酚、甲醛等有害成分,其中,控制煙熏香味料中多環(huán)芳烴的含量至關(guān)重要,食用香料香精工業(yè)國(guó)際組織(international organization of the flavour industry,簡(jiǎn) 稱IOFI)規(guī)定了最終產(chǎn)品中3,4-苯并(a)芘含量不得超過(guò)0.03mg/kg,中國(guó)相關(guān)規(guī)定控制煙熏香味料中3,4-苯并(a)芘含量≤0.01mg/kg、1,2-苯并(a)蒽含量≤0.02mg/kg[2,3]。煙熏液中的風(fēng)味成分和有害物質(zhì)的含量不僅與生產(chǎn)過(guò)程中使用的木材或果核等材料的品種[4]和水分含量[5]、干餾溫度[6,7]、含氧量[5]等相關(guān),后期的精制更是不可缺少。目前,煙熏液的精制方法主要包括:靜置[8]、蒸餾、精餾、膜過(guò)濾[9]、活性炭吸附[10]、有機(jī)溶劑萃取等。但是,不同的精制方法對(duì)煙熏液的理化性質(zhì)可能產(chǎn)生明顯的影響[11]。目前尚未見(jiàn)有關(guān)大孔樹(shù)脂精制煙熏液的研究報(bào)道,本試驗(yàn)可為煙熏液的開(kāi)發(fā)提供新的途徑與依據(jù)。
竹蔗煙熏液:本實(shí)驗(yàn)室自制,原料:廣東湛江當(dāng)?shù)禺a(chǎn)竹蔗,去汁后干燥至含水量約為15%;工藝條件:溫度350℃,粒徑0.09cm,電壓160V;主要成分:酚類物質(zhì)、羰基化合物及3,4-苯并芘)。
分光光度計(jì):722s,上海精密科學(xué)儀器有限公司;
紫外分光光度計(jì):UV751-GD型,上海欣益儀器儀表廠;
精密pH計(jì):UB-7型,德國(guó)賽多利斯;
電熱恒溫水浴鍋:HHS型,上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;
恒溫?fù)u床:HZQ-A型,蘇州威爾實(shí)驗(yàn)用品有限公司。
95%乙醇,異辛烷,二甲基亞砜:分析純,廣州化學(xué)試劑廠;
2,4-二硝基苯肼(2,4-DNPH),愈創(chuàng)木酚:分析純,國(guó)藥化學(xué)試劑有限公司;
2,6-二氯醌氯亞胺:分析純,西亞試劑有限公司;
3,4-苯并芘標(biāo)準(zhǔn)品:色譜純,東京化成工業(yè)株式會(huì)社;
大孔吸附樹(shù)脂:DM-2、DM-130、DM-131,山東魯抗立科藥物有限公司;
大孔吸附樹(shù)脂:XAD-4,美國(guó)羅門哈斯公司;
大孔吸附樹(shù)脂:D-101、X-5,天津歐瑞生物科技有限公司。
1.4.1 大孔吸附樹(shù)脂的預(yù)處理 取6種型號(hào)的大孔樹(shù)脂,加入95%乙醇浸泡24h,使樹(shù)脂充分溶脹,然后用95%的乙醇洗滌,直至流出液與水1∶5(體積比)混合不產(chǎn)生白色沉淀;用蒸餾水洗滌樹(shù)脂至無(wú)醇味;用3倍體積5%HCl浸泡2~4h,浸泡結(jié)束后,用蒸餾水洗至中性;最后用3倍體積2%NaOH浸泡2~4h,浸泡后,用蒸餾水洗至中性,備用。
1.4.2 不同型號(hào)樹(shù)脂對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的靜態(tài)吸附曲線 分別稱取不同類型的樹(shù)脂各1g(濕重)放于錐形瓶中,然后加入煙熏液10mL,置于搖床中,室溫下以120r/min振搖24h,并分別于0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.5,4.5,6.0,8.0,11.0,19.0,24.0h取樣測(cè)定殘留液中3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的含量,并計(jì)算其吸附量,每組均重復(fù)做3次。吸附量按式(1)計(jì)算。
式中:
Q——吸附量,μg/g或 mg/g;
C0——吸附前苯并芘或酚類物質(zhì)的濃度,μg/mL或mg/mL;
Cr——吸附后苯并芘或酚類物質(zhì)的濃度,μg/mL或mg/mL;
V——取樣的體積,mL;
W——樹(shù)脂重量(濕重),g。
1.4.3 影響3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)靜態(tài)吸附量的因素 將制備的煙熏液濃縮后,分別選擇煙熏液的稀釋倍數(shù):原液,1倍,2倍,3倍,4倍;樹(shù)脂的用量:0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0g;吸附溫度:10,20,30,40,50,60℃。研究這3種因素對(duì)各種樹(shù)脂吸附量的影響,在吸附前后均要測(cè)定煙熏液中酚類物質(zhì)、羰基化合物及3,4-苯并芘的含量。
1.4.4 不同類型樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的解析曲線
吸附后的樹(shù)脂加入30.00mL 95%甲醇,置于搖床中,120r/min振搖24h,并于10min和0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.0,6.0,17.0,24.0h取樣,測(cè)定解析液中苯并芘含量和酚類物質(zhì)含量,并計(jì)算解析率。解析率按式(2)計(jì)算。
式中:
q——解析率,%;
C——解析液中苯并芘或酚類物質(zhì)的質(zhì)量濃度,μg/mL或 mg/mL;
V0——解析劑的體積,mL;
W——樹(shù)脂的質(zhì)量,g;
Q——吸附量,μg/g或 mg/g。
1.4.5 影響3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)解析率的因素 選擇甲醇的 濃 度:5%,15%,25%,35%,45%,55%,65%,75%,85%,95%;解析劑的類別:甲醇、乙醇;解析劑的用量:10.00,20.00,30.00,40.00,50.00,60.00mL作為研究的因素和水平,分析其對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)解析率的影響。解析后,測(cè)定解析液中3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的含量,并根據(jù)吸附量計(jì)算各自的解析率。
1.5.1 酚類物質(zhì)的測(cè)定 根據(jù)修正的吉布斯法(QB/T 1122——2007),在25mL的比色管中加入5mL pH 8.3的硼酸—氯化鉀緩沖溶液,然后分別加入5mL一系列濃度的愈創(chuàng)木酚標(biāo)準(zhǔn)溶液,空白用蒸餾水代替,加入1mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%的 NaOH 溶液,調(diào)節(jié)pH 為9.8;取1mL 2,6-二氯醌氯亞胺乙醇液,用蒸餾水稀釋到15mL,在混合液中立即加入1mL稀釋了的顯色劑,混勻,在室溫下放置25min形成色澤后,在560nm處測(cè)其吸光度。以愈創(chuàng)木酚濃度(X)為橫坐標(biāo),吸光度(Y)為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線,建立的回歸方程為Y=0.049 1X+0.009,R2=0.998 5;煙熏液稀釋后,取5mL樣品按上述步驟操作,在560nm處測(cè)其吸光度,煙熏液中酚含量以2,6-二甲氧基酚計(jì)。因此可將愈創(chuàng)木酚的濃度換算成2,6-二甲氧基酚的濃度。按式(3)計(jì)算。
式中:
C——以2,6-二甲氧基酚表示的酚含量,mg/mL;
C0——以愈創(chuàng)木酚表示的酚含量,mg/mL;
M1——2,6-二甲氧基酚的相對(duì)分子質(zhì)量;
M2——愈創(chuàng)木酚的相對(duì)分子質(zhì)量。
1.5.2 羰基化合物的測(cè)定 根據(jù)修正的蘭譜—克拉克法(QB/T 1122——2007),用無(wú)羰基甲醇配制2-丁酮標(biāo)準(zhǔn)溶液,在50mL比色管中加入1mL 2,4-DNPH,然后加入1mL不同濃度的2-丁酮的標(biāo)準(zhǔn)溶液,空白用無(wú)羰基甲醇代替。向每支試管中均加入0.05mL濃鹽酸,充分搖勻,置60℃ 水浴中反應(yīng)30min,加熱完成后,立即用流水冷卻,均加入5mL KOH無(wú)羰基甲醇溶液,最后用無(wú)羰基甲醇稀釋至25mL,搖勻。在室溫下反應(yīng)15min,然后于430nm處測(cè)定其吸光度,以吸光度(Y)為縱坐標(biāo),2-丁酮濃度(X)為橫坐標(biāo),做標(biāo)準(zhǔn)曲線,回歸方程為Y=0.202 9X-0.0149,R2=0.996 4;煙熏液稀釋后,取1mL樣品按上述步驟操作,于430nm處測(cè)定其吸光度。一般煙熏液中羰基化合物的含量以庚醛計(jì),兩者之間的換算關(guān)系見(jiàn)式(4)。
式中:
C——以庚醛計(jì)羰基化合物的含量,g/100mL;
C0——以2-丁酮計(jì)羰基化合物的含量,g/100mL;
M1——庚醛的相對(duì)分子質(zhì)量;
M2——2-丁酮的相對(duì)分子質(zhì)量。
1.5.3 3,4-苯并芘(B(a)P)的測(cè)定 根據(jù)萃取—紫外分光光度法[12],配制不同濃度的3,4-苯并芘標(biāo)準(zhǔn)溶液:100,200,500,1 000,2 000,2 500,4 000,5 000ng/mL,然后在383nm處測(cè)定吸光度,以3,4-苯并芘濃度 (X)為橫坐標(biāo),吸光度(Y)為縱坐標(biāo),做標(biāo)準(zhǔn)曲線,回歸方程為Y=0.000 1X+0.004 6,R2=0.999 8。
吸附前后羰基化合物的濃度見(jiàn)表1。由表1可知,6種樹(shù)脂對(duì)煙熏液中羰基化合物基本不吸附。
表1 吸附前后羰基化合物的濃度Table 1 The concentration of carbonyl compound before and after adsorbed /(10-2g·mL)
由圖1和圖2可知,XAD-4和 DM-2對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘的吸附量較大,但是對(duì)煙熏液中酚類物質(zhì)的吸附量最大。大孔吸附樹(shù)脂 XAD-4、DM-2、D-101、X-5均是非極性樹(shù)脂,而DM-130和DM-131是弱極性樹(shù)脂,根據(jù)相似相容原理,XAD-4、DM-2、D-101、X-5這4種樹(shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的吸附量相對(duì)較大,而樹(shù)脂XAD-4是由芳香結(jié)構(gòu)物質(zhì)聚合而成的,對(duì)含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的化合物具有較強(qiáng)的吸附。煙熏液中酚類化合物和3,4-苯并芘主要是芳環(huán)結(jié)構(gòu)。
圖1 不同型號(hào)樹(shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)的靜態(tài)吸附曲線Figure 1 Static adsorption curve of different type resins for phenols
圖2 不同型號(hào)樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘的靜態(tài)吸附曲線Figure 2 Static adsorption curve of different type resins for B(a)P
2.2.1 煙熏液濃度對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)靜態(tài)吸附量的影響 煙熏液濃度對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘靜態(tài)吸附量的影響見(jiàn)圖3和圖4。
由圖3和圖4可知,煙熏液濃度對(duì)樹(shù)脂靜態(tài)吸附酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的影響較大。XAD-4對(duì)煙熏液中酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的吸附量是最大的。而樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘的吸附量隨濃度的增加而急劇減少,對(duì)酚類物質(zhì)則是先增加后減少??赡茉诟邼舛葧r(shí),由于煙熏液成分復(fù)雜,苯并芘或其它物質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)吸附酚類物質(zhì)的吸附位點(diǎn)。綜合圖3和4可知,為減少煙熏液中酚類化合物的損失,在吸附時(shí),應(yīng)選擇較大濃度的煙熏液進(jìn)行吸附。
圖3 煙熏液濃度對(duì)酚吸附量的影響Figure 3 The effect of fumeol concentration on phenols adsorption
圖4 煙熏液濃度對(duì)3,4-苯并芘吸附量的影響Figure 4 The effect of fumeol concentration on B(a)P adsorption
2.2.2 樹(shù)脂的質(zhì)量對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)吸附量的影響 樹(shù)脂質(zhì)量對(duì)煙熏液中酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的靜態(tài)吸附量的影響見(jiàn)圖5和圖6。
圖5 樹(shù)脂質(zhì)量對(duì)酚吸附量的影響Figure 5 The effect ofresin quality on phenols adsorption
圖6 樹(shù)脂質(zhì)量對(duì)3,4-苯并芘吸附量的影響Figure 6 The effect of resin quality on B(a)P adsorption
由圖5和圖6可知,隨著樹(shù)脂質(zhì)量的增加,各樹(shù)脂對(duì)煙熏液中酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的吸附量逐漸上升。當(dāng)樹(shù)脂質(zhì)量由0.5g增加到1.0g時(shí),各類型樹(shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)的吸附量變化較小,表明酚類的吸附在樹(shù)脂量較小時(shí),可能在樹(shù)脂表面形成酚類的第2層或第3層吸附,即朗格茂吸附,但樹(shù)脂量大于1.0g時(shí),則對(duì)酚類形成主要以單分子吸附為主的吸附,使吸附量劇增,而3,4-苯并芘的吸附量由于量很小,無(wú)法形成朗格茂吸附,所以其吸附曲線呈較大上升的趨勢(shì)。
2.2.3 溫度對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)吸附量的影響 由圖7和圖8可知,溫度對(duì)各樹(shù)脂吸附3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的影響不大。隨著溫度的上升,各樹(shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)的吸附量有所下降,可能是因?yàn)楦鳂?shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)的吸附主要是物理吸附的過(guò)程,溫度較高時(shí),由于范德華力較弱,酚類物質(zhì)脫附的速度大于吸附,從而使得吸附量有所下降。D-101樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘的吸附量在30℃以前隨著溫度的上升有所增加,當(dāng)溫度由10℃上升至20℃時(shí),XAD-4、DM-2、DM-130對(duì)3,4-苯并芘的吸附量明顯升高,隨著溫度的上升,吸附量變化趨緩。綜上所知,各種類型樹(shù)脂進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn)時(shí),選擇室溫即可。
圖7 溫度對(duì)酚吸附量的影響Figure 7 The effect of temperature on phenols adsorption
圖8 溫度對(duì)3,4-苯并芘吸附量的影響Figure 8 The effect of temperature on B(a)P adsorption
采用95%甲醇得出各樹(shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘的解析曲線見(jiàn)圖9和圖10。
由圖9可知,采用95%甲醇對(duì)酚類物質(zhì)進(jìn)行解析,只有樹(shù)脂DM-131和X-5的解析率在90%以下,其他樹(shù)脂的解析率均在90%以上。在2~3h時(shí),吸附的酚類物質(zhì)基本解析出來(lái)。而有些樹(shù)脂隨著時(shí)間的增加,解析率有所下降,這可能是因?yàn)榉宇愇镔|(zhì)隨甲醇的揮發(fā)所致。由圖10可知,樹(shù)脂XAD-4和DM-2在2.5~3h時(shí),解析率達(dá)到90%。而其他4種樹(shù)脂的解析率只有70%~80%,且達(dá)到解析平衡所用的時(shí)間相對(duì)較短。
圖9 不同類型樹(shù)脂對(duì)酚類物質(zhì)的解析曲線Figure 9 Desorption curve of different type resins for phenols
2.4.1 解析劑的濃度對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)解析率的影響 甲醇濃度對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘解析率的影響見(jiàn)圖11和圖12。
由圖11可知,低濃度的甲醇對(duì)酚類物質(zhì)解析比較困難,當(dāng)甲醇濃度達(dá)到85%以上時(shí),各樹(shù)脂酚類物質(zhì)的解析陡增。
圖10 不同類型樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘的解析曲線Figure 10 Desorption curve of different type resins for B(a)P
圖11 甲醇濃度對(duì)酚解析率的影響Figure 11 The effect of Methanolconcentration on phenols desorption
圖12 甲醇濃度對(duì)3,4-苯并芘解析率的影響Figure 12 The effect of Methanol concentration on B(a)P desorption
由圖12可知,低濃度的甲醇對(duì)3,4-苯并芘基本沒(méi)有解析作用,當(dāng)甲醇濃度為35%時(shí),才開(kāi)始解析,可能是因?yàn)?,4-苯并芘是非極性的化合物,酚類物質(zhì)是弱極性的化合物,甲醇有微弱的極性。當(dāng)甲醇濃度達(dá)到75%時(shí),3,4-苯并芘的解析曲線開(kāi)始變得比較陡,解析率變化較快。由此可知,95%的甲醇進(jìn)行解析,對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘解析率最高。
2.4.2 解析劑用量對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)解析率的影響甲醇用量對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘解析率的影響見(jiàn)圖13和圖14。
圖13 甲醇用量對(duì)酚類物質(zhì)解析率的影響Figure 13 The effect of methanol volume on phenols desorption
圖14 甲醇的用量對(duì)苯并芘解析率的影響Figure 14 The effect of Methanol volume on B(a)P desorption
由圖13可知,當(dāng)甲醇的體積由10.00mL增加到20.00mL時(shí),酚類物質(zhì)解析率急劇增加,30.00mL時(shí)各樹(shù)脂解析率均達(dá)到最大,隨甲醇體積的繼續(xù)增大,解析率基本不再變化,這是因?yàn)闃?shù)脂中的酚類物質(zhì)已經(jīng)完全解析。由圖14可知,甲醇對(duì)3,4-苯并芘的解析率比較平緩。甲醇的體積為40.00mL時(shí),3,4-苯并芘的解析率達(dá)到最大。其中,XAD-4的解析率最大。綜合圖13和14可知,選用95%甲醇作為解析劑,甲醇的體積選用40.00mL
2.4.3 解析劑的種類對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)解析率的影響 解析劑的種類對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘解析率的影響見(jiàn)圖15。
由圖15可知,當(dāng)甲醇和乙醇的體積分?jǐn)?shù)大于65%時(shí),甲醇和乙醇對(duì)酚的解析率成交替上升,但在數(shù)值上差別較小。因此,對(duì)于酚類物質(zhì),選用甲醇或者乙醇作為解析劑差別不大,由于甲醇具有毒性,選用乙醇較好。而在甲醇和乙醇的體積分?jǐn)?shù)小于25%時(shí),3,4-苯并芘的解析率均為0。當(dāng)甲醇和乙醇的體積分?jǐn)?shù)大于25%時(shí),乙醇對(duì)3,4-苯并芘的解析率明顯大于甲醇。因此,選擇乙醇作為解析劑。
圖15 甲醇、乙醇對(duì)酚類物質(zhì)和3,4-苯并芘解析率的影響Figure 15 The effect ofmethanol and ethanol on phenols and B(a)P desorption
(1)6種樹(shù)脂對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘的選擇性較小。隨著煙熏液濃度的升高,試驗(yàn)樹(shù)脂對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘的吸附量增大;而對(duì)酚類物質(zhì)的吸附量則隨著煙熏液濃度的升高先增大后減小,吸附溫度對(duì)煙熏液中3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的吸附量影響不大,可選擇常溫進(jìn)行吸附。
(2)當(dāng)加入煙熏液原液體積為10.00mL,質(zhì)量為2.00g的樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)吸附量最大;
(3)采用30.00mL體積分?jǐn)?shù)為95%乙醇進(jìn)行解析,對(duì)3,4-苯并芘的解析率最高。
(4)6種樹(shù)脂中,XAD-4樹(shù)脂對(duì)3,4-苯并芘和酚類物質(zhì)的吸附量最大,其解析率最高。
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Process optimization on resin loading of smoked liquid
WANG Lu WANG Wei-min CHEN Su-h(huán)uaLIU Hui
(College of Food Science and Technology,Guangdong Ocean University,Zhanjiang,Guangdong524025,China)
Considering overall adsorption and desorption capacity of Phenol compounds and B(a)p,XAD-4resin was selected out of 6 types of macroporous resins to purify the crude smoked liquid preparation from bamboo cane.carbonyl compounds was not adopted by 6 kind of resin,In static adsorption process,the temperature has a little impact on the phenol and B(a)p.The eliminate rate of B(a)p was best with 10mL of stoste smoked liquid and 2g resin.Under the optimum resolving conditions:ethanol 95%,dosage of 30mL,Phenol compounds and B(a)p can be efficiencies Analytical down.
bamboo cane smoked liquid;macro porous resins;phenol compounds;paths
10.3969 /j.issn.1003-5788.2011.06.038
王路(1984-),男,廣東海洋大學(xué)在讀碩士研究生。E-mail:wanglu5@126.com
王維民
2011-07-01