膜分离技术在香菇速溶茶开发中的应用研究

孙艳娟 朱跃进* 李大伟 王 彬 张士康

(中华全国供销合作总设杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016)

膜分离技术在香菇速溶茶开发中的应用研究

孙艳娟 朱跃进* 李大伟 王 彬 张士康

(中华全国供销合作总设杭州茶叶研究院，浙江杭州 310016)

本文将膜分离技术应用于香菇速溶茶的开发，研究了微滤、超滤、反渗透膜对香菇浸提液的除杂、浓缩效果，并探讨了操作温度、压力及料液pH值对超滤膜截留率和膜通量的影响。结果表明，超滤膜的最佳操作温度为25℃，操作压力为0.067～0.10MPa，料液pH值为7.0；超滤膜对大分子多糖、蛋白的截留率为14.4%，反渗透膜对香菇多糖的截留率为68.92%。

香菇速溶茶 香菇多糖 超滤 反渗透 截留率

香菇速溶茶是由茶浓缩液与香菇浓缩液按照一定比例干燥制备而成，是在传统速溶茶生产加工过程中辅加风味独特的香菇，在显著增加茶的保健功效的同时，又保持了茶的应有风格，而香菇浓缩液的制备是制作香菇速溶茶的关键。香菇被称为“百菇之王”，营养丰富，香郁诱人，食药兼用，健脾益气，调和阴阳。其主要成分有香菇多糖(lentinan，LN T)、香菇嘌呤(eriadenine)、核苷酸、维生素、三萜类化合物、大量的蛋白质和氨基酸、多种矿物质及膳食纤维素等[1]。其中，香菇多糖是一种天然人体免疫调节剂，具有抗肿瘤、抗感染和调节免疫力等特殊活性作用。香菇多糖是香菇浓缩液的主要活性成分。目前，国内提取香菇多糖的主要方法有水提醇沉法、盐析法、超滤法、酶法、复合酶解法、色谱法等[2-4]。本文采用膜分离技术[5-6]对香菇多糖进行分离、浓缩研究，并制成了香菇速溶茶；探讨了各操作参数对超滤膜通量的影响及各种膜的清洗方式。

1 试验材料与仪器

干香菇 超市购买

葡糖糖 分析纯 广东省化学试剂工程技术研究开发中心

苯酚 分析纯 杭州双林化工试剂厂

氢氧化钠 分析纯 湖州湖试化学试剂有限公司

RO-NF-UF-4010型膜分离装置 上海摩速科学器材有限公司

微滤、超滤、反渗透膜组件 上海摩速科学器材有限公司

AL204电子天平 梅特勒-托利多仪器 （上海）有限公司

UV-2102PC型紫外可见分光光度计 龙尼柯（上海）仪器有限公司

K-S26型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司

美的多功能粉碎机 广东美的生活电器制造有限公司

LD-IIB低速大容量多管离心机 无锡市瑞江分析仪器有限公司

2 实验方法

2.1 超滤预处理

为了减轻超滤膜的污染、保证超滤膜的分离性能和通量、克服浓差极化，浸提液必须在超滤前进行预处理，以除去不溶性固形物。分别采用了离心（5000r/min）5min和5μm微滤膜两种方法进行处理。

2.2 超滤-反渗透技术对香菇有效成分的分离浓缩

干香菇经粉碎后，取30目以上样品，采用95℃热水，60倍加水量，分三次提取，每次30min，水浴锅95℃浸提。合并三次滤液，过300目筛网。冰箱冷藏过夜，离心分离去除不溶性物质。首先超滤膜分离，收取浓缩液待用，滤液再经反渗透浓缩。各阶段料液取样分析检测。

2.3 香菇速溶茶的制备

将香菇浓缩液和红茶浓缩液按照适当比例进行调配，混合均匀；放置于冰柜进行预冻，过夜；将冻好的样品置于冷冻干燥机，在-65℃，0.022mbar的条件下进行冻干；最后对冻干样进行感官审评。

2.4 膜的清洗

反渗透膜的清洗：首先清水冲洗半小时，然后用0.1%NaOH、40℃温水循环洗半小时，最后清水冲洗至流出液呈中性。

微滤、超滤膜的清洗：首先清水反冲洗半小时，然后用0.1%NaOH，40℃温水循环洗半小时，最后清水反冲洗至流出液呈中性。

2.5 香菇多糖含量的测定

香菇多糖含量的测定采用苯酚硫酸法[2]。

3 结果与讨论

3.1 超滤预处理结果

对多糖提取液分别采用离心（5000r/min）5min和5μm微滤膜进行预处理，其实验结果见表1。结果表明，离心分离可有效地除去浸提液中的固形物，且多糖损失极少；微滤操作不但除去固形物效果不明显，而且造成多糖的严重损失，得不偿失。因此，综合考虑选用离心分离作为超滤的预处理方法。

3.2 温度对超滤膜通量的影响

在压力0.10MPa，料液pH7，温度对超滤膜分离浓缩不同浓度的料液10min时通量和截留率的影响见表2。由表可知：同样条件下，料液温度高则通量大。因为在一定范围内，温度升高使粘度下降，溶质在溶液中的扩散系数增大，从而提高传质效率，且溶解度增大相应会减少浓差极化，故通量在温度升高时较大。但温度也不能过高，因为温度太高将会导致膜被压密，反而影响通量。温度升高，通量增大的同时，截留率略有下降。因此，对于温度的选择应综合考虑膜性能、料液的性质等因素，采用25℃作为超滤温度为宜。

表1 预处理结果

表2 温度对超滤截留率和通量的影响

3.3 压力对超滤膜通量的影响

超滤的工作压力范围一般在0.1～0.7MPa范围内，是泛指在超滤定义域内，处理溶液通常所使用的工作压力。分离不同分子量的物质，需要选用相应截留分子量的超滤膜，则操作压力也有所不同。需要截留物质的分子量越小，选择膜的截留分子量也小，则所需要的工作压力也比较高。一般而言，在允许的工作压力范围内，压力越高，膜的通量就越大。但压力又不能过高，以防膜被压密的现象。本研究在浓度为1mg/mL、pH7的料液、温度25℃的条件下，研究不同压力对超滤膜通量的影响，结果见表3。由表可知，在0.033～0.10MPa的压力范围内，随着压力增加，平均通量增加较快；当压力由0.10增加至0.14MPa时，通量虽有增加，但增加的幅度减小，并逐渐趋于稳定。此外，在相同压力条件下，通量受时间的影响较小。超滤过程中，压力过大，将会影响到膜的使用寿命。因此，选择操作压力在0.067～0.10MPa为宜。

表3 不同压力对膜通量的影响（L/h·m2）

3.4 料液pH值对膜通量的影响

香菇多糖提取液在温度25℃、压力0.10MPa的超滤条件下，采用酸碱调节料液pH值，考察对超滤膜的影响，结果见表4。由表可知，用水作为浸提介质时，在中性条件下，膜通量最大，而在偏酸或偏碱性环境下，膜的通量都会减小。分析其原因在于多糖的化学结构中所带支链较多，其亲水基团以及氢键作用受pH的影响较大，所以直接影响多糖的溶解度。通量的变化还可能由于在非中性条件下，溶液中残留蛋白质的变性、浓缩加剧了凝胶层的形成，导致膜通量降低。一般选择pH7的料液。

表4 不同pH料液对超滤的影响

3.5 反渗透膜浓缩茶浸提液效果

反渗透膜安装调试正常，采取缓慢升压的方式，进料液1000mL，出滤液 636mL，收集浓缩液300mL，运行时间50min，浓缩3.33倍，平均通量为1.2L/H。水通量随时间的变化曲线见图1。由图可知，反渗透膜开始运行时水通量较高，达到0.167L/min，但是随着时间的延长，膜面被污染，通量迅速下降，运行20min后，水通量降至0.02L/min以下；但是随着时间的进一步延长，由于浓差极化现象，反渗透膜运行稳定，水通量也达到了平衡。这说明反渗透膜在整个料液运行过程中稳定、可行。

3.6 超滤-反渗透技术对香菇有效成分分离浓缩效果

香菇浸提液采用PP-100中空纤维式超滤组件，在压力0.10MPa、料液温度25℃的条件下操作运行，试验流程如图2所示。开机进料液并收集滤液、浓缩液，关机后收集系统残留浓缩液，超滤膜的平均通量为37.24L/hm2。超滤滤液采用RO-1812卷式反渗透组件，在压力0.46MPa、温度20℃条件下操作运行，试验流程如图2所示。开机进料液并收集浓缩液，关机后收集系统残留浓缩液。试验过程中记录各阶段浓缩液、滤液体积，并取样进行分析检测，其结果见表5。由表可知，PP-100超滤膜对香菇浸提液中的大分子多糖、蛋白的截留率为14.4%，说明大多数的有效成分透过超滤膜；反渗透膜对超滤滤液的截留率为68.92%，从理论上分析结果偏低，滤液中检测分析出有少部分多糖的存在，说明大部分的香菇有效成分存在反渗透浓缩液中，将其冷冻干燥可得到含有香菇多糖和蛋白的速溶茶产品。

表5 超滤-反渗透技术对香菇有效成分分离浓缩结果

3.7 实验用膜的清洗效果

在膜分离操作中，当料液与膜接触的同时污染也就开始了，当膜组件运行一段时间后，膜的渗透通量与分离性能均会下降，当不能满足工艺要求时，就必须对膜进行清洗。对膜污层进行清洗是为了使膜的各种性能参数尽可能的恢复，延长膜使用寿命，减少换膜费用，且使恢复的各项性能参数随时间递增的衰减性减小。膜的清洗分为物理清洗、化学清洗与生物清洗。本研究中采用化学法结合物理法清洗膜组件，实验用膜在相同操作条件下的新膜纯水通量与清洗后的纯水通量比较见图3。从图中可以看出，实验用膜经多次使用、清洗后，可以较好地使膜的纯水通量恢复到接近使用前的水平，可维持膜工艺运行稳定、连续工作。

3.8 香菇速溶茶感官审评结果

经过多位评茶师盲法审评，确定香菇浓缩液与红茶浓缩液的比例为2∶3，再辅以适量奶粉、糖、麦芽糊精等物质，制成的香菇速溶茶兼有茶和菇的香味，互为补充，口感佳。

4 总结

本文对香菇浸提液进行了膜分离处理研究，采用离心分离作为超滤的预处理方法，超滤膜分离，反渗透膜浓缩；超滤膜的最佳操作参数为温度25℃，压力 0.067～0.10MPa，料液 pH7.0，超滤膜对大分子多糖、蛋白的截留率为14.4%；反渗透膜对香菇多糖的截留率为68.92%。各种实验用膜经清洗后可以恢复至接近使用前的水平。香菇浓缩液与红茶浓缩液的比例为2∶3时，香菇速溶茶的口感最佳。

[1]边洪荣,李小娜,潘海宇.香菇有效成分提取分离及分析方法研究进展[J].中草药,2002,33(9):附1-附2.

[2]念保义,陈铭,王铮敏.超滤膜分离香菇多糖的研究[J].化学工业与工程技术,2003,24(4):27-28.

[3]郑宗坤,许贤华,陈志行,等.超滤提取香菇多糖的研究[J].中国生化药物杂志,2000,21(2):73-75.

[4]王应平,杨艳,王文正.膜技术在多糖分离、浓缩中的应用研究进展[J].甘肃科技,2009,25(4):63-66.

[5]孙艳娟,毛志方,沈瑞敏,等.不同分离膜在茶多酚提取工艺中的应用研究[J].中国茶叶加工,2009,(1):27-29.

[6]孙艳娟,张士康,朱跃进,等.膜技术结合冷冻干燥制备速溶茶的研究[J].中国茶叶加工2009,(3)13-15.

2010-11-15

孙艳娟(1983-)，女，宁夏银川人，硕士，主要从事茶食品开发研究。

*通讯作者：zhuyuejin57@126.com