离子交换纤维对菊芋汁脱色的研究*

徐勇虎 国 华 王永乐 李睿颖 刘 云 胡娅君 许勤虎 刘晓鸥

（1天津市工业微生物研究所，天津 300462） （2天津城市建设学院，天津 300384）

离子交换纤维对菊芋汁脱色的研究*

徐勇虎1**国 华1王永乐1李睿颖1刘 云1胡娅君1许勤虎1刘晓鸥2

（1天津市工业微生物研究所，天津 300462） （2天津城市建设学院，天津 300384）

研究了离子交换纤维和离子交换树脂对菊芋汁的脱色性能，并对离子交换纤维的交换类型和离子交换纤维的混装效果进行了实验。结果表明，在强酸性离子交换纤维与强碱性离子交换纤维以6∶4体积比混装时，脱色效果最好，色值比单独使用强碱性离子交换纤维降低了41%。

离子交换纤维；脱色；混装

菊粉又称菊糖，来源于菊芋、菊苣等植物，是一种功能性多聚糖，也是最易溶解的水溶性膳食纤维。菊粉作为一种纯天然的功能性配料，已被世界20多个国家批准为营养增补剂，广泛应用于乳制品、饮料、低脂低热量食品、烘焙食品、保健食品中。我国卫生部也于09年批准菊粉为新资源食品。在此契机下我国的菊粉产业正在蓬勃的发展，但我国生产的菊粉质量与欧洲大厂如ORAFTI公司生产的菊粉存在差距，其中主要的差距就在于产品的颜色和灰分含量。

在我国生产菊粉绝大部分都是以菊芋为原料，菊芋汁中存在着大量的有色物质，他们的来源有5种途径：①存在于菊芋组织中的天然色素；②菊芋汁中无色前体物质通过酶促褐变形成有色物质；③通过非酶促褐变（包括美拉德反应、焦糖化反应、以及碱降解反应）形成有色物质；④由加工设备或工艺条件引起的颜色；⑤菊芋汁中微生物活动生成的有色物质。

离子交换纤维是以合成纤维材料为基础的离子交换介质，经过特殊处理，使其含有活动离子，具有较好的置换除色作用，无毒，在制药工业、水处理有较广泛的应用。离子交换纤维与普通离子交换树脂不同，其内部成丝状，同一体积的离子交换纤维要比普通颗粒树脂表面积大20倍左右，吸附能力强，所以脱色效果非常好。离子交换纤维广泛应用于化工、制药、水处理、轻工食品、制糖、农副产品加工等行业。

1 材料及仪器

菊芋，本地购买。FIBAN K-1强酸性离子交换纤维，白俄罗斯；FIBAN A-6（N） 强碱性离子交换纤维，白俄罗斯；HD-8强酸性树脂，华东理工大学；D213强碱性树脂，华东理工大学。

北京普析TU-1901型可见分光光度计，用于测定菊芋汁溶液的色值；Sartorius酸度计，用于测定溶液pH值。

2 脱色效果测定方法

在实验用小型离子交换树脂柱中分别装入等干质量的树脂和离子交换纤维，以相同的流速通过菊芋汁，流出液定时取样，分别用分光光度计测定560 nm下的吸光度，计算色值（单位为IU）。

式中：D（λ）—560 nm处测得的吸光度；

b—比色皿厚度，cm；

c—样品固溶物浓度，g/mL。

3 试验数据与讨论

3.1 离子交换纤维与离子交换树脂脱色效果的对比研究

为了选择最佳的吸附脱色材料，选用目前常用的两种离子交换树脂与离子交换纤维进行菊芋汁脱色对比试验。选用等体积的HD-8离子交换树脂和K-1离子交换纤维转为H+型、D213离子交换树脂和A-6（N） 离子交换纤维转为OH-型后，再对等量的菊芋汁进行脱色试验，试验用菊芋汁pH值为6.85，色值为2 568IU。采用TU-1901型可见分光光度计分别测定吸光度计算其色值，试验结果见图1。

图1 H+型、OH-型离子交换纤维与离子交换树脂对菊芋汁色素吸附的色值曲线

由图1可知，强碱性离子交换纤维用于菊芋汁脱色效果远远高于离子交换树脂。采用强碱性离子交换纤维对清汁进行脱色，流出液色值低，连续使用50 min后开始饱和；而采用离子交换树脂进行脱色，其色值比用强碱性离子交换纤维的色值高，并且35 min后离子交换树脂开始饱和。这是由于离子交换纤维与离子交换树脂相比，具有比表面积大、交换速度快的特点。因此，离子交换纤维的传质速率、交换量远大于离子交换树脂，并且同时也能满足高通量交换过程的需要。

由于酸碱对环境危害较大、并且价格较高、运输不方便，我们考虑把树脂转换成Na+和Cl-型，即只用NaCl即可再生，若结果可行将为生产节省成本。

选用等体积的HD-8离子交换树脂和K-1离子交换纤维转为Na+型、D213离子交换树脂和A-6（N） 离子交换纤维转为Cl-型，再重复上述试验，试验结果见图2。

图2 Na+型、Cl-型离子交换纤维与离子交换树脂对菊芋汁色素吸附的色值曲线

由图2可知，强碱性离子交换纤维好于强酸性离子交换纤维，饱和时间有所降低，为45 min，而离子交换树脂的脱色效果相对较差。转换为Cl-型的强碱性离子交换纤维脱色效果比OH-型的稍有降低，但由于节省成本，对环境污染小，所以有利用的价值。

3.2 强酸强碱离子交换纤维混装脱色试验

在试验中发现经过强碱性离子交换纤维脱色的菊芋汁再用强酸性离子交换纤维脱色可以令色值进一步降低，经过强酸性离子交换纤维脱色的菊芋汁再用强碱性离子交换纤维脱色同样也可以令色值进一步降低。所以我们可以在一个树脂柱中装入一定比例的强酸性离子交换纤维和强碱性离子交换纤维，使脱色效果达到最佳。

不同体积比的两种离子交换纤维混装的脱色效果试验，将强酸性离子交换纤维和强碱性离子交换纤维按一定体积比装填于树脂柱中，将菊芋汁通入树脂中脱色，待流出液基本稳定时取样测定色值。本试验收集流出15 min时的试样测定色值。试验结果见表1。

表1 不同混装体积比对菊芋汁的脱色效果

由表1可知，当强酸性离子交换纤维体积为60%、强碱性离子交换纤维体积为40%时，脱色效果最佳，并且脱色效果明显好于单独使用强酸性或强碱性离子交换纤维时的效果，色值比单独使用强碱性离子交换纤维降低了41%。

4 结论

a)采用离子交换纤维对菊芋汁的脱色效果明显好于离子交换树脂。

b)强碱性阴离子交换纤维对菊芋汁具有高的脱色效果。

c)以强酸性离子交换纤维与强碱性离子交换纤维按6∶4体积比混装脱色柱，脱色效果达到最佳。

［1］许勤虎.菊芋（洋姜）的产业化开发应用研究［J］.山西食品工业，2001（2）：33-34.

［2］BENTO.Separation of sugar colorants through sucrose chromatography［J］.Int Sugar J，1993，95（1 138）：391-394.

［3］黄伟干，陈屏刚.制糖工业分析［M］.北京：轻工业出版社，1981.

［4］陶祖贻，赵爱民，郑成法，等.离子交换平衡及动力学［M］.北京：原子能出版社，1989.

Study on decoloration ofjerusalem artichoke juice by lon-exchange fiber and lon-exchange resin

XUYong-hu1**GUOHua1WANGYong-le1LIRui-ying1LIUYun1HUYa-jun1XUQin-hu1LIUXiao-ou2
（1Tianjin research institute ofindustrial microbiology，Tianjin 300462，China）
（2Tianjin institute ofurban construction，Tianjin 300384，China）

A study on decoloration of jerusalem artichoke juice by ion-exchange fiber and ion-exchange resin was introduced in this paper.The effects of decoloration bydifferent types of ion-exchange fiber independent and mix-filling were investigated.The results showed that mix-filling of 40%strong acidic ion-exchange fiber with 60%strong alkaline ion-exchange fiber got the lowest color value and the color value dropped by 41%than using strong alkaline ion-exchange fiber independently.

ion-exchange fiber； decoloration； mixfilling

天津市科技支撑计划项目，项目编号09ZCKFNC 04800.

**徐勇虎，男，1975年出生，1999年毕业于天津科技大学，高级工程师。

2010-07-11