菊苣菊粉的大孔樹脂脫苦工藝研究

陳興都，翟丹云，楊曉麗，陳慶安，趙莉莉，馮平

（甘肅省商業(yè)科技研究所有限公司，甘肅蘭州730020）

菊苣菊粉的大孔樹脂脫苦工藝研究

陳興都，翟丹云，楊曉麗，陳慶安，趙莉莉，馮平

（甘肅省商業(yè)科技研究所有限公司，甘肅蘭州730020）

以菊苣菊粉溶液為原料，采用大孔樹脂吸附法進(jìn)行脫苦工藝研究。通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)篩選出菊粉脫苦的最佳樹脂為LSA-21。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以樹脂用量、溫度、時(shí)間、pH值為影響因素，脫苦率及損失率為評價(jià)指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化出菊粉脫苦最佳工藝參數(shù)：樹脂用量為5.5%、脫苦溫度為35℃、脫苦時(shí)間為3.0 h、脫苦pH值為7.5。在此工藝條件下，菊苣菊粉的脫苦效果最好，菊粉損失率為12.32%，脫苦率達(dá)到50.57%。

菊苣菊粉；大孔樹脂；脫苦；吸附；正交試驗(yàn)

菊苣（Cichorium intybusL.）為菊科菊苣屬多年生草本植物，分布廣泛，世界各地均有種植，具有適應(yīng)性強(qiáng)、耐貧瘠、耐寒、耐旱、產(chǎn)量高的特點(diǎn)[1]。其根內(nèi)含近70%（占干物質(zhì)質(zhì)量）的菊粉[2]，具有補(bǔ)充能量、降血糖、降血脂、免疫保健等生理功能，備受消費(fèi)者的青睞[3-5]。而菊粉中的苦素苦肽會(huì)影響產(chǎn)品的口感和品質(zhì)[6]，因此，菊粉脫苦成為研究天然產(chǎn)物分離純化的熱點(diǎn)。

大孔樹脂吸附脫苦法以處理溫度低、效率高、穩(wěn)定好、不引入其他雜質(zhì)、成本低、操作簡單易行等特點(diǎn)而成為當(dāng)前天然產(chǎn)物脫苦的主流[7-8]。糖類經(jīng)大孔樹脂處理后，可有效地去除溶液中大量的果膠、蛋白質(zhì)、黏液質(zhì)等成分，使菊粉成分富集而提高品質(zhì)[9-11]。

本研究采用吸附樹脂對菊苣菊粉脫苦工藝優(yōu)化，將苷類、肽類等苦味物質(zhì)分離除去，達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的[12]。通過比較5種大孔樹脂對菊粉溶液的脫苦效果，篩選合適的樹脂類型并確定菊粉的最優(yōu)脫苦工藝參數(shù)，以期為菊苣菊粉的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

菊苣：白銀熙瑞生物工程有限公司；菊苣菊粉溶液制備：鮮菊苣清洗干凈，按1∶8（g∶mL）的料液比于80℃熱水中浸提2.0 h，過濾取上清液，冰箱低溫保存，備用[13]。

大孔樹脂（LSA-21、HPD-T01、D-201、S-8、AB-8）：天津光復(fù)精細(xì)化工研究所，其特性見表1。

蒽酮：德州市富凱化工有限責(zé)任公司；3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）：上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；無水乙醇、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉等均為分析純；D-果糖（純度＞99%）：上海山浦化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2550型紫外可見分光光度計(jì)：日本島津公司；GF-2型鼓風(fēng)電熱恒溫干燥箱：廣州東方紅醫(yī)療儀器廠；DK-S12型電熱恒溫水浴鍋：上海森信試驗(yàn)儀器有限公司；AL204型電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；BCD-238S型低溫冷凍冰箱：青島海爾股份有限公司；PHS-3C型pH計(jì)：上海虹益儀器儀表有限公司；THZ-22型恒溫振蕩器：江蘇太倉試驗(yàn)設(shè)備廠。

1.3 方法

1.3.1 樹脂的預(yù)處理

將5種樹脂用無水乙醇浸泡24 h，充分溶脹后用蒸餾水清洗，直至洗液與等體積水混合后不出現(xiàn)渾濁；然后先用3%NaOH溶液進(jìn)行堿洗，水洗至中性；后用3%HCl溶液進(jìn)行酸洗，水洗至中性；再用3%NaCl溶液對樹脂進(jìn)行浸泡，中間用去離子水平衡，備用[14]。

1.3.2 樹脂的篩選試驗(yàn)

稱取經(jīng)預(yù)處理的5種樹脂各5.0 g，置于250 mL具塞錐形瓶中，分別加入pH值為7.0的菊粉溶液，于波長237 nm處測定初始吸光度值A(chǔ)0；35℃、90 r/min搖床振蕩吸附24 h至飽和，過濾后測定溶液的吸光度值A(chǔ)1，分別按如下公式計(jì)算菊粉脫苦率和損失率，確定最適宜的脫苦樹脂（視吸附前后溶液的體積不變）[15-16]。

1.3.3 脫苦單因素試驗(yàn)

樹脂用量對脫苦效果的影響：稱取1.0 g、3.0 g、5.0 g、7.0 g、9.0 g樹脂于250 mL具塞錐形瓶中，加入100 mL pH值為7.0的菊粉溶液，測定波長237 nm處溶液的初始吸光度值A(chǔ)0，35℃、90 r/min搖床振蕩吸附24 h，至吸附飽和后過濾，測定被吸附后溶液的吸光度值A(chǔ)1，以菊粉損失率和脫苦率為評價(jià)指標(biāo)，確定最適樹脂添加量[17-18]。

時(shí)間對脫苦效果的影響：稱取5.0 g樹脂于250 mL具塞錐形瓶中，分別加入pH值為7.0的菊粉溶液，于波長237 nm處測定初始吸光度值A(chǔ)0，35℃、90 r/min搖床振蕩吸附脫苦，分別在1.0 h、2.0 h、3.0 h、4.0 h、5.0 h測溶液的吸光度值A(chǔ)1，以菊粉損失率和脫苦率為評價(jià)指標(biāo)，確定最適脫苦時(shí)間[19]。

式中：A0為菊粉溶液初始吸光度值；A1為被樹脂吸附后菊粉溶液的吸光度值。

溫度對脫苦效果的影響：稱取5.0 g樹脂于250 mL具塞錐形瓶中，分別加入pH值為7.0的菊粉溶液，測定波長237 nm處溶液的初始吸光度值A(chǔ)0，分別在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃的溫度下?lián)u床90 r/min振蕩吸附24 h，至吸附飽和后過濾，測定被吸附后的吸光度值A(chǔ)1，以菊粉損失率和脫苦率為評價(jià)指標(biāo)，確定最適脫苦溫度[19]。

pH對脫苦效果的影響：稱取5.0 g樹脂于250 mL具塞錐形瓶中，分別加入pH值為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0的菊粉溶液，測定波長237 nm處溶液的初始吸光度值A(chǔ)0，35℃、90r/min搖床振蕩吸附24 h，至吸附飽和后過濾，測菊粉溶液被樹脂吸附后的吸光度值A(chǔ)1，以菊粉損失率和脫苦率為評價(jià)指標(biāo)，確定最適脫苦pH值[18]。

1.3.4 脫苦工藝條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選取脫苦樹脂為LSA-21，以樹脂用量、脫苦溫度、脫苦時(shí)間和脫苦pH值為影響因素，菊粉損失率和脫苦率為試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)，通過L16（44）正交試驗(yàn)來優(yōu)化菊粉脫苦工藝參數(shù)，篩選最佳脫苦工藝參數(shù)。正交試驗(yàn)因素與水平如表2所示。

1.3.5 還原糖及總糖的測定

還原糖含量測定：取7支10mL具塞刻度試管編號，分別加入0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL、1.2 mL、1.4 mL D-果糖標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后用蒸餾水定容至2.00 mL。在分別加入3,5-二硝基水楊酸（DNS）試劑2.00 mL，配成不同質(zhì)量濃度的D-果糖含量反應(yīng)液。沸水浴煮2 min顯色，流水冷卻后用蒸餾水稀釋至25 mL，在波長540 nm處測定吸光度值。以D-果糖質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，吸光度值（y）為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行線性回歸，建立回歸方程y=0.026 3x-0.012 4（相關(guān)系數(shù)R2=0.996 3），根據(jù)回歸方程確定樣品中還原糖含量[5，13]。

總糖含量測定：取7支干燥潔凈的試管編號，依次加入0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL、3.0 mL、3.5 mL的D-果糖標(biāo)準(zhǔn)液，蒸餾水定容至2 mL，配成不同質(zhì)量濃度的D-果糖反應(yīng)液，分別加5.0mL冷的蒽酮溶液，混勻后沸水浴保持10 min，流水冷卻20 min，定容至25 mL，于波長620 nm處測吸光度值，以D-果糖質(zhì)量濃度（x）為橫坐標(biāo)，吸光度值（y）為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行線性回歸，建立回歸方程y=0.080 4x+0.011 3（相關(guān)系數(shù)R2=0.996 5），根據(jù)回歸方程確定樣品中總糖含量[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫苦樹脂類型的確定

添加量均為5%的5種大孔樹脂處理菊粉溶液試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，其脫苦率依次為LSA-21＞HPD-T01＞D-201＞S-8＞AB-8，菊粉損失率依次為：HPD-T01＞D-201＞S-8＞LSA-21＞AB-8，其中LSA-21型樹脂對菊粉溶液的脫苦效果最好，脫苦率達(dá)到47.88%，菊粉損失率也較小，為15.63%；HPD-T01的脫苦率僅次于LSA-21，為42.05%，但菊粉損失率也最高，達(dá)到19.22%；D-201、S-8兩種樹脂的脫苦效果差異不大；AB-8型樹脂雖然菊粉損失率最低，但脫苦率也最低，僅為33.49%。綜合考慮，選擇LSA-21型樹脂作為菊苣菊粉脫苦最適樹脂。

2.2 脫苦單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 樹脂添加量的確定

LSA-21型樹脂用量對脫苦效果的影響結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，隨LSA-21型樹脂的添加量的增加，其菊粉的脫苦率呈先上升后趨于平緩的趨勢。在樹脂添加量為5.0%時(shí)脫苦率最高，為44.55%。而菊粉損失率隨樹脂用量的增大呈逐漸上升趨勢，在9.0%的添加量時(shí)，菊粉損失率最高，達(dá)到16.57%。這是因?yàn)殡S樹脂添加量增大，菊粉的脫苦率逐漸升高，對菊粉溶液的苦味物質(zhì)吸附脫苦能力增強(qiáng)，菊粉的損失也會(huì)增大，當(dāng)添加量達(dá)到5.0%，吸附脫苦能力逐漸趨于飽和，繼續(xù)增加樹脂用量，則脫苦率不再增加。這與唐輝等[20]長壩柚汁脫苦工藝的研究結(jié)果類似。綜合考慮，故選擇菊粉脫苦LSA-21型樹脂用量5.0%為宜。

2.2.2 脫苦時(shí)間的確定

處理時(shí)間對菊粉脫苦效果的影響結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在脫苦時(shí)間在0～5.0 h范圍內(nèi)，隨著脫苦時(shí)間的延長，菊粉的損失率和脫苦率均呈先上升后趨于穩(wěn)定的趨勢，在0～3.0 h內(nèi)菊粉損失率快速上升，而在3.0 h后脫苦率基本穩(wěn)定。在3.0 h時(shí)損失率為14.66%，脫苦率為42.18%。這是因?yàn)樵诔跏?.0 h內(nèi)，LSA-21樹脂對菊粉的脫苦能力強(qiáng)，當(dāng)時(shí)間超過3.0 h，LSA-21樹脂對菊粉的吸附趨于飽和，脫苦率和菊粉損失率變化緩慢。這與張怡等[21]柚汁脫苦工藝研究的結(jié)果類似。因此，考慮到節(jié)能和脫苦效率，故選擇較優(yōu)的脫苦時(shí)間3.0 h為宜。

2.2.3 脫苦溫度的確定

處理溫度對脫苦效果的影響結(jié)果圖4所示。由圖4可知，LSA-21樹脂對菊粉溶液的脫苦率呈先上升后下降的趨勢，溫度為35℃時(shí)脫苦率達(dá)到最高，為48.86%，而菊粉的損失率隨溫度增大呈逐漸上升趨勢，在45℃時(shí)菊粉損失率最高，為16.56%。這可能是由于一定的溫度可以提高LSA-21樹脂的脫苦效果，但溫度過高不利于苦味物質(zhì)解吸出來，使脫苦率降低，升高溫度也會(huì)加速菊粉的損失。這一結(jié)果與陳靜等[22]研究的大孔樹脂對檸檬苦素的動(dòng)態(tài)吸脫附性能的結(jié)果不一致。這種差異可能是由于樹脂種類、苦素的種類和結(jié)構(gòu)以及蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的肽類不同等因素造成的差異。綜合考慮，故選擇脫苦溫度35℃為宜。

2.2.4 脫苦pH值的確定

pH值對脫苦效果的影響，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，隨著pH值的逐漸增大，LSA-21樹脂對菊粉溶液的脫苦率和損失率均呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，當(dāng)pH值為7.0時(shí)脫苦率最大，為48.02%，在pH值為6.0時(shí)菊粉損失率最高，為15.49%。因?yàn)榫辗廴芤河幸欢ǖ乃嵝?，在堿性水溶液中成鹽溶解，有利于苦素苦肽等雜質(zhì)溶出被吸附，但是堿性太強(qiáng)時(shí)，容易引起糖苷水解。將溶液調(diào)為中性時(shí)，樹脂脫苦效果比較好。這與鄭亞鳳等[23]研究葡萄柚汁脫苦的結(jié)果類似，依據(jù)產(chǎn)品的風(fēng)味和穩(wěn)定性，故選擇脫苦pH值為7.0。

2.3 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

由表3可知，以菊粉脫苦率為評價(jià)指標(biāo)，影響結(jié)果因素的主次順序?yàn)閜H值（D）＞樹脂添加量（A）＞時(shí)間（B）＞溫度（C），優(yōu)化組合為A4B4C2D3，即樹脂添加量5.5%、時(shí)間3.0 h、溫度35℃、pH值為7.5。以菊粉損失率為評價(jià)指標(biāo)，影響結(jié)果因素的主次順序?yàn)闃渲砑恿浚ˋ）＞時(shí)間（B）＞溫度（C）＞pH值（D），優(yōu)化組合為A1B4C2D4，即樹脂添加量4.0%、時(shí)間3.0 h、溫度35℃、pH值為8.0。為保證菊粉脫苦率最高，而損失率最低的脫苦效果，綜合考慮選擇最佳組合為A4B4C2D3，即樹脂添加量5.5%、時(shí)間3.0 h、溫度35℃、pH值為7.5。在此最佳脫苦條件下，驗(yàn)證所得菊粉的脫苦率為50.57%，損失率為12.32%。

由表4可知脫苦pH值對菊粉脫苦率的影響極顯著，對損失率的影響顯著；樹脂添加量對菊粉脫苦率影響顯著，對損失率的影響極顯著；脫苦時(shí)間對菊粉脫苦率的影響不顯著，對損失率的影響極顯著；脫苦溫度對菊粉脫苦率的影響不顯著，對損失率的影響顯著。

3 結(jié)論

通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)篩選出菊粉脫苦最優(yōu)樹脂是LSA-21，單因素結(jié)合正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化出菊苣菊粉脫苦最佳工藝參數(shù)為樹脂用量5.5%、脫苦溫度為35℃、脫苦時(shí)間3.0 h、脫苦pH值為7.5。在此工藝基礎(chǔ)上，菊苣菊粉的脫苦效果最好，菊粉損失率為12.32%，脫苦率達(dá)到50.57%。

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CHEN Xingdu,ZHAI Danyun,YANG Xiaoli,CHEN Qing'an,ZHAO Lili,FENG Ping
(Gansu Institute of Business and Technology Co.,Ltd.,Lanzhou 730020,China)

UsingChicory intybusinulins extracted fluid as a raw material,the debitterization technology for inulins was studied by macroporous resins adsorption method.Resin LSA-21 was screened as the optimal resin for inulins debitterization through static adsorption experiment.On the basis of single factor tests,using resin addition,temperature,time and pH as influence factors,using debitterizing rate and loss ratio as evaluation index,the optimal inulins debitterization parameters were optimized by orthogonal experiment.Results showed that the optimum conditions for inulin debitterization were as follows:resin addition 5.5%,debitterization temperature 35℃,time 3.0 h,and pH 7.5.Under this condition,the effect of inulin debitterization was the best,the loss rate of inulin was 13.32%,and the debitterization rate was 50.57%.

Chicory intybusinulins;macroporous resin;debitterization;adsorption;orthogonal experiment

TS202.3

A

0254-5071（2015）04-0132-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.04.030

2015-03-10

甘肅省科技廳甘肅省科技支撐計(jì)劃（2011GS0408）；甘肅省技術(shù)研究與開發(fā)專項(xiàng)計(jì)劃（1207TCYA039）

陳興都（1987-），男，工程師，碩士，主要從事食品工藝、天然產(chǎn)物提取等相關(guān)研究工作。