孫麗娜,范英兵,胡冬慧,歷　亳,陳利強(qiáng),2,*

(1．黑河學(xué)院 理學(xué)院，黑龍江 黑河 164300；2．黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080)

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大孔吸附樹脂對藍(lán)莓多糖的脫色研究

孫麗娜1,范英兵1,胡冬慧1,歷亳1,陳利強(qiáng)1,2,*

(1．黑河學(xué)院 理學(xué)院，黑龍江 黑河 164300；2．黑龍江大學(xué) 化學(xué)化工與材料學(xué)院，哈爾濱 150080)

摘要：選用大孔吸附樹脂對糖液/樹脂、脫色時間和脫色溫度進(jìn)行單因素試驗(yàn)，并利用正交試驗(yàn)考察3種因素對藍(lán)莓多糖脫色率和多糖保留率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：大孔吸附樹脂脫色的最佳條件是糖液/樹脂12 ∶1，脫色溫度50 ℃，脫色時間2 h，在該條件下藍(lán)莓多糖的脫色率和保留率分別為66.86%和75.42%。

關(guān)鍵詞：藍(lán)莓；多糖；脫色；大孔吸附樹脂

藍(lán)莓，又名越橘、藍(lán)漿果，屬于杜鵑花科越橘屬多年生落葉或常綠灌木。主要分布在北美和歐洲。在我國東北的大小興安嶺及海南等地也有分布。藍(lán)莓果實(shí)不僅甜酸適度、口味好，而且營養(yǎng)豐富，還含有防止腦神經(jīng)衰老、增強(qiáng)心臟功能、明目及抗癌等獨(dú)特功效物質(zhì)[1-3]，因此，藍(lán)莓常被譽(yù)為“漿果之王”，同時也被國際糧農(nóng)組織列為人類五大健康食品之一[4]。

多糖是藍(lán)莓中一重要的活性組分。在多糖的提取時，一直存在顏色較深，雜質(zhì)多，不利于作為功能性食品或藥品等進(jìn)一步研發(fā)的困惑。對多糖進(jìn)一步利用影響較大的因素之一是色素，色素一方面影響多糖的外觀，另一方面會增加多糖后處理的難度，因此，需要對多糖進(jìn)行脫色研究。傳統(tǒng)的脫色方法主有活性炭脫色法、雙氧水脫色法、透析法、離子交換樹脂法、有機(jī)溶劑法等[5]，活性炭法存在脫色時間長，多糖保留率低等缺點(diǎn)，而雙氧水脫色法則容易破壞多糖的結(jié)構(gòu)，影響其生物活性[6]。

D101型大孔吸附樹脂是一種具有多孔海綿狀結(jié)構(gòu)人工合成的聚合物吸附劑，平均孔徑為25～28 nm。該新型非極性高分子分離材料適宜于吸附非極性的有機(jī)物質(zhì)或者是吸附極性小的物質(zhì)，且具有廉價、高效等優(yōu)點(diǎn)。大孔吸附樹脂的吸附原理是其具有大的比表面積，被吸附的分子與樹脂骨架之間通過范德華力或者氫鍵作用力結(jié)合到一起。藍(lán)莓所含色素主要是藍(lán)莓花青素，其屬于生物類黃酮物質(zhì)，屬于小分子有機(jī)物，分子量小，能與大孔吸附樹脂形成氫鍵，同時也能進(jìn)入到大孔吸附樹脂的孔徑中，本文選擇大孔吸附樹脂做吸附劑，研究其對藍(lán)莓多糖脫色的性能[7-8]。

1材料與方法

1.1材料與試劑

野生藍(lán)莓，黑龍江省大興安嶺地區(qū)；D101型大孔吸附樹脂，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品、苯酚、濃硫酸、乙醇等均為國產(chǎn)分析純。

1.2儀器與設(shè)備

FA1004型電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；T6紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司。

2方法

2.1多糖的脫色工藝流程

野生藍(lán)莓→干燥至恒重→稱取一定量藍(lán)莓→加入一定比例的水→超聲波提取2次→過濾→離心(4 500 r/min)→濃縮→除蛋白質(zhì)(Savage法)→水層用無水乙醇進(jìn)行沉淀，直至乙醇濃度達(dá)到80%→乙醇、乙醚、丙酮淋洗→真空干燥→粗多糖→稱取一定質(zhì)量多糖→溶于蒸餾水中→脫色試驗(yàn)→測定吸光度。

2.2多糖的脫色

2.2.1D101型大孔吸附樹脂的預(yù)處理

首先用浮選法按大小和均勻度進(jìn)行篩選，并用蒸餾水洗凈，然后以2倍樹脂體積的95%乙醇充分浸泡24 h；其次，用乙醇重復(fù)洗至洗滌液在試管中加3倍水不顯渾濁為止；最后，蒸餾水洗至無醇味，備用。

2.2.2脫色的單因素試驗(yàn)

分別考察D101型大孔吸附樹脂的投料比(糖液/樹脂)為6 ∶1、8 ∶1、10 ∶1、12 ∶1、14 ∶1)、脫色溫度(20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃)和脫色時間(0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h)對所提取的藍(lán)莓多糖進(jìn)行脫色試驗(yàn)。

2.2.3多糖脫色的正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用正交試驗(yàn)確定藍(lán)莓多糖脫色的最佳工藝條件，按照L9(33)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

2.2.4多糖脫色率計(jì)算

將復(fù)溶的粗多糖溶液，在200～800 nm處進(jìn)行掃描，找到最大吸收波長，同時測定吸光度A1，將脫色后的多糖溶液在最大吸收波長出測定吸光度A2，脫色率的計(jì)算公式如下：

多糖的脫色率=(A1-A2)/A1×100%

2.2.5多糖保留率計(jì)算

含量測定采用苯酚-硫酸法[9-12]：以吸光度(A)為縱坐標(biāo)，葡萄糖濃度(C)為橫坐標(biāo)，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程，為y=0.006 9x+ 0.023 9，R=0.999 1。

Y(%)=M2/M1×100%

式中M1為溶液脫色前的多糖含量；M2為溶液脫色后的多糖含量；Y為多糖的保留率。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1最大吸收波長的確定

由圖1可見，利用超聲波提取法進(jìn)行提取的藍(lán)莓多糖在280 nm和260 nm處無吸收，表面不含有蛋白、多肽和核酸。而藍(lán)莓多糖液在380 nm有最大吸收，因此，選擇380 nm作為脫色率的檢測波長。

3.2脫色的單因素試驗(yàn)

3.2.1樹脂使用量對藍(lán)莓多糖脫色的影響

由圖2可見，隨著糖液/樹脂比的增加，藍(lán)莓多糖的脫色率逐漸增大，直到糖液/樹脂比為10 ∶1時，脫色率達(dá)到最大；當(dāng)糖液/樹脂比大于10 ∶1時，藍(lán)莓多糖的脫色率逐漸減小，因此選擇8 ∶1、10 ∶1、12 ∶1作為正交試驗(yàn)的3個水平。由于大孔吸附樹脂吸附色素分子具有一定的飽和度，當(dāng)樹脂的添加量太低時，不能將擴(kuò)散出的色素分子完全吸附，所以脫色率降低。

圖1　藍(lán)莓多糖液紫外-可見分光光度計(jì)掃描圖譜 Fig.1　Scanning spectrum of UV-VIS for blueberry polysaccharide

圖2　糖液/樹脂比對藍(lán)莓多糖脫色率的影響Fig.2　Effect of sugar/resin ratio for the decolorization rate of blueberry polysaccharides

3.2.2溫度對藍(lán)莓多糖脫色的影響

由圖3可見，隨著溫度的升高，樹脂對多糖脫色率的影響呈一個先升后降的趨勢，在30 ℃時，脫色效果最好。因此，選擇30、40、50 ℃作為正交試驗(yàn)的3個水平。因?yàn)楫?dāng)溫度升高時，色素分子擴(kuò)散速度加快，多糖溶液的黏度下降，有利于色素的吸附，但是，當(dāng)溫度超過30 ℃后，色素的解吸也加快，導(dǎo)致脫色率下降。

3.2.3脫色時間對藍(lán)莓多糖脫色的影響

由圖4可見，隨著時間的增加，藍(lán)莓多糖的脫色率逐漸增加，只是增加的幅度有所減小。因此，選擇1、1.5、2 h作為正交試驗(yàn)3個水平。色素分子的擴(kuò)散及大孔樹脂吸附需要一定時間，時間太短色素擴(kuò)散及吸附不充分，當(dāng)達(dá)到一定時間，色素解吸和吸附達(dá)到平衡，脫色率不再提高。

圖3　脫色溫度對藍(lán)莓多糖脫色的影響Fig.3　Effect of decolorization temperature on the decolorization of blueberry polysaccharides

圖4　脫色時間對藍(lán)莓多糖脫色的影響Fig.4　Effect of decolorization time on the decolorization of blueberry polysaccharides

3.3藍(lán)莓多糖脫色率正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

由以上分析結(jié)果，可得出正交試驗(yàn)的因素水平表見表1。

由表2脫色率的極差分析可見，影響藍(lán)莓多糖脫色率因素的主次關(guān)系為脫色時間>脫色溫度>糖液/樹脂，最優(yōu)的組合為A3B2C3，即大孔吸附樹脂對藍(lán)莓脫色影響的最佳工藝條件為：脫色溫度50 ℃，糖液/樹脂為10 ∶1，脫色時間2 h。

表1　L9(33)設(shè)計(jì)因素水平表

表2　多糖的脫色率L9(33)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果分析

注：K1、K2、K3分別為相應(yīng)的因素下所對應(yīng)的1、2、3水平脫色率的總和；而k1、k2、k3分別為K1、K2、K3的平均值；R值為極差。

3.4藍(lán)莓多糖保留率正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

由表3的極差分析可見，影響藍(lán)莓多糖保留率因素的主次關(guān)系為：糖液/樹脂比>脫色溫度>脫色時間，只考察保留率時，最佳條件為A1B3C3，即大孔吸附樹脂的脫色溫度30 ℃，糖液/樹脂比12 ∶1，脫色時間2 h。

表3　多糖的保留率L9(33)試驗(yàn)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果分析

注：K1、K2、K3分別為相應(yīng)的因素下所對應(yīng)的1、2、3水平脫色率的總和；而k1、k2、k3分別為K1、K2、K3的平均值；R值為極差。

綜合脫色率及多糖保留率的極差分析和經(jīng)濟(jì)狀況，最終確定D101型大孔吸附樹脂對藍(lán)莓粗多糖的最佳脫色工藝為：脫色溫度50 ℃，糖液/樹脂比12 ∶1，脫色時間2 h。最佳工藝驗(yàn)證：在此條件下進(jìn)行藍(lán)莓粗多糖的脫色試驗(yàn)，得到藍(lán)莓多糖的脫色率為66.86%，多糖的保留率為75.42%。

4結(jié)論

大孔吸附樹脂D101可以反復(fù)進(jìn)行利用，經(jīng)過再生后的樹脂可以重復(fù)使用3～5次，而且吸附效果較好。大孔吸附樹脂D101對藍(lán)莓多糖脫色處理的優(yōu)化條件為：脫色溫度50 ℃，糖液/樹脂比12 ∶1，脫色時間2h時，藍(lán)莓多糖的脫色率為66.86%，多糖的保留率為75.42%。本研究將為藍(lán)莓多糖工業(yè)化的提取及脫色操作提供一定的理論依據(jù)。

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Macroporous adsorption resin used for studying the decolorization of blueberry polysaccharide

SUN Li-Na1, FAN Ying-Bing1, HU Dong-Hui1, LI Bo1, CHEN Li-Qiang1,2,*

(1.Collegeofscience，HeiheCollege，HeilongjiangHeihe164300，China; 2.SchoolofChemistryandMaterialsScience,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Abstract：The single factor experiment was carried out with the addition amount, time and temperature of the macroporous adsorption resin. The effects of three factors on the decolorization rate and polysaccharide retention rate were investigated by orthogonal test. The results showed that the optimum conditions for the adsorption of macroporous adsorption resin were as follows: sugar/resin ratio was 12 ∶1, decolorization temperature was 50 ℃, and decolorization time was 2 hours. In the condition, the decolorization rate and the retention rate of blueberry polysaccharides were 66.86% and 75.42%, respectively.

Key words：blueberry; polysaccharide; decolorization; macroporous adsorption resin

DOI:10.13524/j.2095-008x.2016.01.006

收稿日期：2016-01-07；

修訂日期：2016-01-23

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20876034)；黑河學(xué)院科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(KJZ201502)

作者簡介：孫麗娜(1983-)，女，黑龍江齊齊哈爾人，助教，碩士,研究方向：天然藥物化學(xué)，E-mail:sunlina44800979@163.com;*通訊簡介:陳利強(qiáng)(1983-)，男，江西樟樹人，講師，博士研究生，研究方向：環(huán)境友好催化，E-mail：chlqhhxy@163.com。

中圖分類號：TS244.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-008X(2016)01-0029-06

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20160309.0909.004.html