κ－卡拉膠脫色方法的研究

秦曉娟，王洪新，2，*，馬朝陽(yáng)，黃林青，林玉惠，賀雪嬌

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122;

2.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214122;

3.汕頭市捷成食品添加劑有限公司，廣東汕頭 515021;

4.汕頭市天悅輕工技術(shù)科技有限公司，廣東汕頭 515021)

κ－卡拉膠脫色方法的研究

秦曉娟1，王洪新1，2，*，馬朝陽(yáng)1，黃林青3，林玉惠4，賀雪嬌1

(1.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214122;

2.食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫 214122;

3.汕頭市捷成食品添加劑有限公司，廣東汕頭 515021;

4.汕頭市天悅輕工技術(shù)科技有限公司，廣東汕頭 515021)

采用次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、活性碳和大孔樹(shù)脂D113－Ⅲ、D201和D303對(duì)麒麟菜κ－卡拉膠進(jìn)行脫色研究。比較κ－卡拉膠脫色率、多糖保留率和凝膠強(qiáng)度。結(jié)果表明，次氯酸鈉和過(guò)氧化氫脫色后，多糖保留率和凝膠強(qiáng)度較低;大孔樹(shù)脂D201和D113－Ⅲ多糖脫色率很低;活性炭脫色效果較好，但脫色后多糖溶液中殘留的活性炭難以清除，對(duì)多糖品質(zhì)有一定影響;大孔樹(shù)脂D303的脫色效果較好，脫色率達(dá)到90.73%，多糖保留率85.76%，凝膠強(qiáng)度1103.7g/cm2。

麒麟菜，κ－卡拉膠，脫色，大孔樹(shù)脂

卡拉膠(Carrageenan，又稱角叉菜膠、鹿角菜膠)是從角叉菜(Chondrus)、麒麟菜(Eucheuma)、杉藻(Gigartina)及沙菜(Hypena)等多種紅藻中提取的幾種多糖的復(fù)雜混合物［1］，由1，3－β－D－吡喃半乳糖和1，4－α－D－吡喃半乳糖作為基本骨架交替連接而成［2］。κ－卡拉膠能形成硬的脆性膠［3］，其凝固性較好，粘度較低，適合做果凍，固定化酶載體和藥用膠囊等［4］，工業(yè)上應(yīng)用最廣泛。κ－卡拉膠中的色素包括:葉綠素、類胡蘿卜素、色素蛋白(藻膽蛋白類)，以及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的色素如糖類分解物、擬黑色素、焦糖等［5］。κ－卡拉膠提取過(guò)程中色素的溶出會(huì)影響產(chǎn)品的品質(zhì)，尤其是對(duì)透明度，粘度和凝膠強(qiáng)度等造成很大的影響［6］，而有關(guān)κ－卡拉膠脫色的研究少見(jiàn)報(bào)道。工業(yè)生產(chǎn)中多采用次氯酸鈉漂白，對(duì)卡拉膠分子結(jié)構(gòu)破壞較大，造成產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定［7］。本研究選取次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、活性炭和大孔樹(shù)脂D113－Ⅲ、D201和D303對(duì)κ－卡拉膠進(jìn)行脫色，通過(guò)測(cè)定脫色率、多糖保留率和凝膠強(qiáng)度以鑒定脫色效果，研究κ－卡拉膠的最佳脫色方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麒麟菜(Eucheuma cottonii) 汕頭市捷成食品添加劑有限公司;氫氧化鉀、次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、苯酚、濃硫酸等 均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

DL－360B型超聲波清洗器 上海之信儀器有限公司;DL－5型離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠; TA－XT2型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)MICRO STABLE SYSTEM; UV2000紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海尤尼柯有限公司;XMY－142型電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠;FW80型高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 脫色方法 工藝流程:麒麟菜清洗粉碎→堿改性→加熱提膠→離心→脫色→干燥粉碎→產(chǎn)品。

準(zhǔn)確量取離心后的κ－卡拉膠溶液50.0mL，利用次氯酸鈉、過(guò)氧化氫、活性炭、大孔陽(yáng)離子交換樹(shù)脂D113－Ⅲ和大孔陰離子交換樹(shù)脂D201和D303對(duì)κ－卡拉膠溶液進(jìn)行脫色，以κ－卡拉膠溶液脫色率、多糖保留率和凝膠強(qiáng)度為指標(biāo)，鑒定脫色效果，研究κ－卡拉膠的最佳脫色方法。

1.2.2 脫色率的測(cè)定 波長(zhǎng)的確定:配制濃度為1%的κ－卡拉膠溶液，對(duì)其進(jìn)行紫外－可見(jiàn)全波長(zhǎng)掃描，結(jié)果表明，該溶液無(wú)最大吸收波長(zhǎng)。根據(jù)互補(bǔ)色原理可知，溶液呈現(xiàn)的顏色是它吸收光的互補(bǔ)色，由于多糖溶液脫色前稀釋后均為橙黃色，所以溶液主要吸收藍(lán)色波段可見(jiàn)光［8］。Rabinowitch和Ladislav［9－10］研究顯示紅藻藍(lán)光吸收峰多在440nm，因此選擇440nm為檢測(cè)波長(zhǎng)。分別測(cè)定κ－卡拉膠溶液脫色前后的吸光度，并按下式計(jì)算脫色率，比較各種脫色方法的脫色效果。

脫色率(%)=(脫色前吸光度－脫色后吸光度)/脫色前吸光度×100%

1.2.3 多糖保留率的測(cè)定

1.2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立 取105℃干燥至恒重的葡萄糖樣品100mg，置1000mL容量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，得濃度為0.1mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液，精密量取標(biāo)準(zhǔn)液 0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8mL，分別置于25mL具塞試管中，加蒸餾水補(bǔ)充至1.0mL，搖勻，加6%苯酚溶液1mL，濃硫酸5mL，搖勻，室溫放置30min，于490nm波長(zhǎng)處測(cè)吸光度，制做標(biāo)準(zhǔn)曲線［11］，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線見(jiàn)圖1，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程:y=0.0759x+0.0015，R2=0.9999。按照上述方法測(cè)定κ－卡拉膠原液及不同脫色方法脫色后溶液的吸光度，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線和下式計(jì)算樣品中多糖的百分含量。

式中:C－樣品液中葡萄糖的濃度(mg/mL); D－樣品液的稀釋倍數(shù);1.72－換算因子;m－樣品的質(zhì)量(mg)。

1.2.3.2 多糖保留率測(cè)定

式中:M后－脫色后的多糖含量;M前－脫色前的多糖含量。

1.2.4 凝膠強(qiáng)度的測(cè)定 準(zhǔn)確稱量1.5g κ－卡拉膠(以干基計(jì))溶于99mL無(wú)離子水中，加入0.2g KCl晶體，在95℃水浴中加熱溶解，分裝于3個(gè)測(cè)試杯中，冷卻凝膠，靜止8h［12］，于20℃用質(zhì)構(gòu)儀P1K探頭測(cè)定。測(cè)前速度2.0mm/s，測(cè)定速度2.0mm/s，測(cè)后速度1.0mm/s，測(cè)定高度15mm，數(shù)據(jù)記錄速率50pps，測(cè)定壓縮力，取3個(gè)讀數(shù)平均值。

圖1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of glucose

2 結(jié)果與討論

2.1 脫色方法對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響

在室溫下，κ－卡拉膠溶液中加入有效氯濃度5.2%的次氯酸鈉溶液漂白5min，0.4%Na2S2O3脫氯5min，次氯酸鈉添加量對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 次氯酸鈉對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.2 Effect of sodium hypochlorite on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

從圖2可以看出，次氯酸鈉對(duì)κ－卡拉膠溶液的脫色效果比較明顯，當(dāng)次氯酸鈉添加量為0.04mL/mL時(shí)，脫色率達(dá)到78.29%，繼續(xù)增加次氯酸鈉用量，脫色率增加很小。因此，次氯酸鈉對(duì)κ－卡拉膠溶液進(jìn)行脫色的較佳條件為:次氯酸鈉的添加量0.04mL/mL。

在室溫下，κ－卡拉膠溶液中加入過(guò)氧化氫溶液脫色30min，過(guò)氧化氫添加量對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 過(guò)氧化氫對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.3 Effect of hydrogen peroxide on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

從圖3可以看出，過(guò)氧化氫對(duì)κ－卡拉膠溶液的脫色效果較為明顯，當(dāng)過(guò)氧化氫添加量為0.08mL/mL時(shí)，吸光度降低至0.938，脫色率為74.12%，此后，增加過(guò)氧化氫添加量，脫色效果不明顯。因此，過(guò)氧化氫對(duì)κ－卡拉膠溶液進(jìn)行脫色的較佳條件為:過(guò)氧化氫的添加量0.08mL/mL。

κ－卡拉膠溶液中加入粉末活性炭，45℃脫色1h，活性炭添加量對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 活性炭對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.4 Effect of active carbon on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

由圖4可知，κ－卡拉膠溶液的吸光度隨活性炭添加量的增大而增大，當(dāng)活性炭添加量為0.028g/mL時(shí)，脫色率為83.75%;當(dāng)活性炭添加量大于0.028g/mL時(shí)，吸光度變化很小。因此，利用活性炭對(duì)κ－卡拉膠溶液進(jìn)行脫色的較佳條件為:活性炭的添加量0.028g/mL。

采用靜態(tài)吸附法，選取大孔陽(yáng)離子交換樹(shù)脂D113－Ⅲ和大孔陰離子交換樹(shù)脂D201和D303對(duì)κ－卡拉膠溶液脫色，45℃恒溫水浴2h，大孔樹(shù)脂對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見(jiàn)圖5。

圖5 大孔樹(shù)脂對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.5 Effect of macroporous resins on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

由圖5可知，三種大孔型離子交換樹(shù)脂對(duì)κ－卡拉膠溶液的脫色效果明顯不同。大孔陰離子交換樹(shù)脂D201脫色效果較差，當(dāng)添加量為0.24g/mL時(shí)，脫色率僅為4.44%;大孔陽(yáng)離子交換樹(shù)脂D113－Ⅲ脫色效果不明顯，當(dāng)添加量為0.12g/mL時(shí)，脫色率為23.67%，繼續(xù)添加，脫色率變化不明顯;大孔陰離子交換樹(shù)脂D303對(duì)κ－卡拉膠溶液的脫色效果較好，添加量為0.16g/mL時(shí)，脫色率達(dá)到90.73%。因此，利用大孔型離子交換樹(shù)脂對(duì)κ－卡拉膠溶液脫色應(yīng)選擇大孔陰離子交換樹(shù)脂D303，脫色的較佳條件為:大孔陰離子交換樹(shù)脂D303添加量0.16g/mL。

D201是大孔強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂，故隨著交換的進(jìn)行，pH變化較大，許多糖類物質(zhì)在較強(qiáng)的堿性環(huán)境下會(huì)發(fā)生異構(gòu)化和分解反應(yīng)，因而限制了強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂在湯類物質(zhì)分離純化中的應(yīng)用［13］。D113－Ⅲ屬于大孔陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，κ－卡拉膠中的色素分子可能屬于陰離子型，所以脫色效果不佳。D303是大孔弱堿性陰離子交換樹(shù)脂，多糖溶液中的色素主要通過(guò)2個(gè)反應(yīng)機(jī)制與堿性陰離子樹(shù)脂結(jié)合:a.樹(shù)脂上的陰離子以離子鍵的形式與色素陰離子交換;b.色素的非極性部分與樹(shù)脂基質(zhì)中的基團(tuán)以疏水力結(jié)合。D303樹(shù)脂在脫色過(guò)程中pH的變化不大，對(duì)多糖的結(jié)構(gòu)影響不大。綜合分析，κ－卡拉膠溶液中的色素主要以陰離子，非極性色素為主，因此，大孔陰離子交換樹(shù)脂D303脫色效果較好。

2.2 脫色方法對(duì)κ－卡拉膠多糖保留率的影響

結(jié)果表明，采用次氯酸鈉和過(guò)氧化氫脫色后，κ－卡拉膠溶液的多糖保留率較低，可能因?yàn)檩^強(qiáng)的氧化性，在脫色的同時(shí)會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致κ－卡拉膠多糖的降解?；钚蕴棵撋螅剩ɡz溶液多糖保留率為74.24%，但活性炭對(duì)κ－卡拉膠多糖吸附作用很強(qiáng)，過(guò)濾處理較困難，所以不宜采用。利用大孔陰離子交換樹(shù)脂D303對(duì)κ－卡拉膠溶液脫色，多糖保留率85.76%，明顯高于其他脫色方法。

圖6 脫色方法對(duì)κ－卡拉膠多糖保留率的影響Fig.6 Effect of decolorization methods on retention rate of polysaccharide of κ－carrageenan polysaccharide

2.3 脫色方法對(duì)κ－卡拉膠凝膠強(qiáng)度的影響

從圖7中可以看出，采用次氯酸鈉和過(guò)氧化氫脫色后，κ－卡拉膠凝膠強(qiáng)度很低，這可能是由于氧化作用κ－卡拉膠被降解成小分子而損失，不利于凝膠體雙螺旋構(gòu)型形成交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，從而降低凝膠體的凝膠強(qiáng)度［14］。活性炭和大孔陰離子交換樹(shù)脂D303脫色后κ－卡拉膠凝膠強(qiáng)度比較高，分別為704.5g/cm2和1103.7g/cm2，產(chǎn)品性能比較理想。

圖7 脫色方法對(duì)κ－卡拉膠凝膠強(qiáng)度的影響Fig.7 Effect of decolorization methods on gelling strength of κ－carrageenan polysaccharide

3 結(jié)論

對(duì)κ－卡拉膠多糖脫色方法研究表明，大孔陰離子交換樹(shù)脂D303脫色效果明顯優(yōu)于其它脫色方法，添加量為0.16g/mL時(shí)，κ－卡拉膠多糖脫色率達(dá)到90.73%，多糖保留率85.76%，凝膠強(qiáng)度1103.7g/cm2，樹(shù)脂脫色工藝簡(jiǎn)單，可再生［15］，易于進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

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Study on decolorization of κ－carrageenan

QIN Xiao－juan1，WANG Hong－xin1，2，*，MA Chao－yang1，HUANG Lin－qing3，LIN Yu－h(huán)ui4，HE Xue－jiao1

(1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China;
2.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Wuxi 214122，China;
3.Shantou Jiecheng Food Additive Co.，Ltd.，Shantou 515021，China;
4.Shantou City Tianyue Industry Technology Co.，Ltd.，Shantou 515021，China)

Four methods(sodium hypochlorite，hydrogen peroxide，activated carbon and macroporous resins D113－Ⅲ，D201 and D303)were separately used for the decolorization of κ－carrageen extract from Eucheuma cottonii.In terms of decolorization efficiency，retention rate of polysaccharide and gelling strength，the results showed that decolorization using sodium hypochlorite or hydrogen peroxide led to low retention rate of polysaccharide and gelling strength，the decolorization efficiencies by macroporous resins D113－Ⅲ a nd D201 were low，the activated carbon had the better decolorization effect with the disadvantage of carbon residue in polysaccharide solution and no good polysaccharide quality，and that the decolorization efficiency by macroporous resins D303 was 90.73%，retention rate of polysaccharide was 85.76% a nd gelling strength was 1103.7g/cm2，reprepresenting good decolorizing ability.

Eucheuma cottonii;κ－carrageenan;decolorization;macroporous resins

TS201.7

B

1002－0306(2012)10－0294－04

2011－08－22 *通訊聯(lián)系人

秦曉娟(1986－)，女，博士，研究方向:食品功能因子開(kāi)發(fā)。