大孔树脂精制竹蔗烟熏液的工艺研究

王 路 王维民 谌素华 刘 辉

（广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江 524025）

大孔树脂精制竹蔗烟熏液的工艺研究

王 路 王维民 谌素华 刘 辉

（广东海洋大学食品科技学院，广东 湛江 524025）

对6种大孔树脂精制竹蔗烟熏液的效果进行比较，以烟熏液中的代表成分酚类物质和3，4－苯并芘为考察指标，对大孔树脂精制烟熏液的工艺进行筛选。结果表明：6种树脂对羰基化合物基本不吸附，静态吸附过程中，温度对树脂吸附酚类物质和3，4－苯并芘影响不大，烟熏液原液10mL，加入2g的树脂对3，4－苯并芘吸附效果最好，采用30mL体积分数95%乙醇进行解析，酚类物质和3，4－苯并芘的解析率最高，其中，XAD－4树脂精制烟熏液效果最佳。

竹蔗烟熏液；大孔树脂；酚类物质；多环芳烃

烟熏香味料（又称烟熏液）主要以天然植物为原料，经干馏、提纯精制而成。作为一种食品添加剂，应用烟熏液能够很好的控制烟熏类食品中的有害成分［1］，但是，粗制烟熏液中含有大量焦油、苯酚、甲醛等有害成分，其中，控制烟熏香味料中多环芳烃的含量至关重要，食用香料香精工业国际组织（international organization of the flavour industry，简 称IOFI）规定了最终产品中3，4－苯并（a）芘含量不得超过0.03mg/kg，中国相关规定控制烟熏香味料中3，4－苯并（a）芘含量≤0.01mg/kg、1，2－苯并（a）蒽含量≤0.02mg/kg［2，3］。烟熏液中的风味成分和有害物质的含量不仅与生产过程中使用的木材或果核等材料的品种［4］和水分含量［5］、干馏温度［6，7］、含氧量［5］等相关，后期的精制更是不可缺少。目前，烟熏液的精制方法主要包括：静置［8］、蒸馏、精馏、膜过滤［9］、活性炭吸附［10］、有机溶剂萃取等。但是，不同的精制方法对烟熏液的理化性质可能产生明显的影响［11］。目前尚未见有关大孔树脂精制烟熏液的研究报道，本试验可为烟熏液的开发提供新的途径与依据。

1 材料和方法

1.1 试验原料

竹蔗烟熏液：本实验室自制，原料：广东湛江当地产竹蔗，去汁后干燥至含水量约为15%；工艺条件：温度350℃，粒径0.09cm，电压160V；主要成分：酚类物质、羰基化合物及3，4－苯并芘）。

1.2 主要仪器设备

分光光度计：722s，上海精密科学仪器有限公司；

紫外分光光度计：UV751－GD型，上海欣益仪器仪表厂；

精密pH计：UB－7型，德国赛多利斯；

电热恒温水浴锅：HHS型，上海博讯实业有限公司医疗设备厂；

恒温摇床：HZQ－A型，苏州威尔实验用品有限公司。

1.3 主要试剂

95%乙醇，异辛烷，二甲基亚砜：分析纯，广州化学试剂厂；

2，4－二硝基苯肼（2，4－DNPH），愈创木酚：分析纯，国药化学试剂有限公司；

2，6－二氯醌氯亚胺：分析纯，西亚试剂有限公司；

3，4－苯并芘标准品：色谱纯，东京化成工业株式会社；

大孔吸附树脂：DM－2、DM－130、DM－131，山东鲁抗立科药物有限公司；

大孔吸附树脂：XAD－4，美国罗门哈斯公司；

大孔吸附树脂：D－101、X－5，天津欧瑞生物科技有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 大孔吸附树脂的预处理 取6种型号的大孔树脂，加入95%乙醇浸泡24h，使树脂充分溶胀，然后用95%的乙醇洗涤，直至流出液与水1∶5（体积比）混合不产生白色沉淀；用蒸馏水洗涤树脂至无醇味；用3倍体积5%HCl浸泡2～4h，浸泡结束后，用蒸馏水洗至中性；最后用3倍体积2%NaOH浸泡2～4h，浸泡后，用蒸馏水洗至中性，备用。

1.4.2 不同型号树脂对烟熏液中3，4－苯并芘和酚类物质的静态吸附曲线 分别称取不同类型的树脂各1g（湿重）放于锥形瓶中，然后加入烟熏液10mL，置于摇床中，室温下以120r/min振摇24h，并分别于0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.5，4.5，6.0，8.0，11.0，19.0，24.0h取样测定残留液中3，4－苯并芘和酚类物质的含量，并计算其吸附量，每组均重复做3次。吸附量按式（1）计算。

式中：

Q——吸附量，μg/g或 mg/g；

C0——吸附前苯并芘或酚类物质的浓度，μg/mL或mg/mL；

Cr——吸附后苯并芘或酚类物质的浓度，μg/mL或mg/mL；

V——取样的体积，mL；

W——树脂重量（湿重），g。

1.4.3 影响3，4－苯并芘和酚类物质静态吸附量的因素 将制备的烟熏液浓缩后，分别选择烟熏液的稀释倍数：原液，1倍，2倍，3倍，4倍；树脂的用量：0.5，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0g；吸附温度：10，20，30，40，50，60℃。研究这3种因素对各种树脂吸附量的影响，在吸附前后均要测定烟熏液中酚类物质、羰基化合物及3，4－苯并芘的含量。

1.4.4 不同类型树脂对3，4－苯并芘和酚类物质的解析曲线

吸附后的树脂加入30.00mL 95%甲醇，置于摇床中，120r/min振摇24h，并于10min和0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，4.0，6.0，17.0，24.0h取样，测定解析液中苯并芘含量和酚类物质含量，并计算解析率。解析率按式（2）计算。

式中：

q——解析率，%；

C——解析液中苯并芘或酚类物质的质量浓度，μg/mL或 mg/mL；

V0——解析剂的体积，mL；

W——树脂的质量，g；

Q——吸附量，μg/g或 mg/g。

1.4.5 影响3，4－苯并芘和酚类物质解析率的因素 选择甲醇的 浓 度：5%，15%，25%，35%，45%，55%，65%，75%，85%，95%；解析剂的类别：甲醇、乙醇；解析剂的用量：10.00，20.00，30.00，40.00，50.00，60.00mL作为研究的因素和水平，分析其对3，4－苯并芘和酚类物质解析率的影响。解析后，测定解析液中3，4－苯并芘和酚类物质的含量，并根据吸附量计算各自的解析率。

1.5 测定方法

1.5.1 酚类物质的测定 根据修正的吉布斯法（QB/T 1122——2007），在25mL的比色管中加入5mL pH 8.3的硼酸—氯化钾缓冲溶液，然后分别加入5mL一系列浓度的愈创木酚标准溶液，空白用蒸馏水代替，加入1mL质量分数为0.6%的 NaOH 溶液，调节pH 为9.8；取1mL 2，6－二氯醌氯亚胺乙醇液，用蒸馏水稀释到15mL，在混合液中立即加入1mL稀释了的显色剂，混匀，在室温下放置25min形成色泽后，在560nm处测其吸光度。以愈创木酚浓度（X）为横坐标，吸光度（Y）为纵坐标做标准曲线，建立的回归方程为Y＝0.049 1X＋0.009，R2＝0.998 5；烟熏液稀释后，取5mL样品按上述步骤操作，在560nm处测其吸光度，烟熏液中酚含量以2，6－二甲氧基酚计。因此可将愈创木酚的浓度换算成2，6－二甲氧基酚的浓度。按式（3）计算。

式中：

C——以2，6－二甲氧基酚表示的酚含量，mg/mL；

C0——以愈创木酚表示的酚含量，mg/mL；

M1——2，6－二甲氧基酚的相对分子质量；

M2——愈创木酚的相对分子质量。

1.5.2 羰基化合物的测定 根据修正的兰谱—克拉克法（QB/T 1122——2007），用无羰基甲醇配制2－丁酮标准溶液，在50mL比色管中加入1mL 2，4－DNPH，然后加入1mL不同浓度的2－丁酮的标准溶液，空白用无羰基甲醇代替。向每支试管中均加入0.05mL浓盐酸，充分摇匀，置60℃ 水浴中反应30min，加热完成后，立即用流水冷却，均加入5mL KOH无羰基甲醇溶液，最后用无羰基甲醇稀释至25mL，摇匀。在室温下反应15min，然后于430nm处测定其吸光度，以吸光度（Y）为纵坐标，2－丁酮浓度（X）为横坐标，做标准曲线，回归方程为Y＝0.202 9X－0.0149，R2＝0.996 4；烟熏液稀释后，取1mL样品按上述步骤操作，于430nm处测定其吸光度。一般烟熏液中羰基化合物的含量以庚醛计，两者之间的换算关系见式（4）。

式中：

C——以庚醛计羰基化合物的含量，g/100mL；

C0——以2－丁酮计羰基化合物的含量，g/100mL；

M1——庚醛的相对分子质量；

M2——2－丁酮的相对分子质量。

1.5.3 3，4－苯并芘（B（a）P）的测定 根据萃取—紫外分光光度法［12］，配制不同浓度的3，4－苯并芘标准溶液：100，200，500，1 000，2 000，2 500，4 000，5 000ng/mL，然后在383nm处测定吸光度，以3，4－苯并芘浓度 （X）为横坐标，吸光度（Y）为纵坐标，做标准曲线，回归方程为Y＝0.000 1X＋0.004 6，R2＝0.999 8。

2 结果和讨论

2.1 不同型号的树脂对烟熏液中苯并芘和酚类物质的静态吸附曲线

吸附前后羰基化合物的浓度见表1。由表1可知，6种树脂对烟熏液中羰基化合物基本不吸附。

表1 吸附前后羰基化合物的浓度Table 1 The concentration of carbonyl compound before and after adsorbed /（10－2g·mL）

由图1和图2可知，XAD－4和 DM－2对烟熏液中3，4－苯并芘的吸附量较大，但是对烟熏液中酚类物质的吸附量最大。大孔吸附树脂 XAD－4、DM－2、D－101、X－5均是非极性树脂，而DM－130和DM－131是弱极性树脂，根据相似相容原理，XAD－4、DM－2、D－101、X－5这4种树脂对酚类物质和3，4－苯并芘的吸附量相对较大，而树脂XAD－4是由芳香结构物质聚合而成的，对含有苯环结构的化合物具有较强的吸附。烟熏液中酚类化合物和3，4－苯并芘主要是芳环结构。

图1 不同型号树脂对酚类物质的静态吸附曲线Figure 1 Static adsorption curve of different type resins for phenols

图2 不同型号树脂对3，4－苯并芘的静态吸附曲线Figure 2 Static adsorption curve of different type resins for B（a）P

2.2 烟熏液中3，4－苯并芘和酚类物质静态吸附量的影响因素

2.2.1 烟熏液浓度对3，4－苯并芘和酚类物质静态吸附量的影响 烟熏液浓度对酚类物质和3，4－苯并芘静态吸附量的影响见图3和图4。

由图3和图4可知，烟熏液浓度对树脂静态吸附酚类物质和3，4－苯并芘的影响较大。XAD－4对烟熏液中酚类物质和3，4－苯并芘的吸附量是最大的。而树脂对3，4－苯并芘的吸附量随浓度的增加而急剧减少，对酚类物质则是先增加后减少。可能在高浓度时，由于烟熏液成分复杂，苯并芘或其它物质竞争吸附酚类物质的吸附位点。综合图3和4可知，为减少烟熏液中酚类化合物的损失，在吸附时，应选择较大浓度的烟熏液进行吸附。

图3 烟熏液浓度对酚吸附量的影响Figure 3 The effect of fumeol concentration on phenols adsorption

图4 烟熏液浓度对3，4－苯并芘吸附量的影响Figure 4 The effect of fumeol concentration on B（a）P adsorption

2.2.2 树脂的质量对烟熏液中3，4－苯并芘和酚类物质吸附量的影响 树脂质量对烟熏液中酚类物质和3，4－苯并芘的静态吸附量的影响见图5和图6。

图5 树脂质量对酚吸附量的影响Figure 5 The effect ofresin quality on phenols adsorption

图6 树脂质量对3，4－苯并芘吸附量的影响Figure 6 The effect of resin quality on B（a）P adsorption

由图5和图6可知，随着树脂质量的增加，各树脂对烟熏液中酚类物质和3，4－苯并芘的吸附量逐渐上升。当树脂质量由0.5g增加到1.0g时，各类型树脂对酚类物质的吸附量变化较小，表明酚类的吸附在树脂量较小时，可能在树脂表面形成酚类的第2层或第3层吸附，即朗格茂吸附，但树脂量大于1.0g时，则对酚类形成主要以单分子吸附为主的吸附，使吸附量剧增，而3，4－苯并芘的吸附量由于量很小，无法形成朗格茂吸附，所以其吸附曲线呈较大上升的趋势。

2.2.3 温度对烟熏液中3，4－苯并芘和酚类物质吸附量的影响 由图7和图8可知，温度对各树脂吸附3，4－苯并芘和酚类物质的影响不大。随着温度的上升，各树脂对酚类物质的吸附量有所下降，可能是因为各树脂对酚类物质的吸附主要是物理吸附的过程，温度较高时，由于范德华力较弱，酚类物质脱附的速度大于吸附，从而使得吸附量有所下降。D－101树脂对3，4－苯并芘的吸附量在30℃以前随着温度的上升有所增加，当温度由10℃上升至20℃时，XAD－4、DM－2、DM－130对3，4－苯并芘的吸附量明显升高，随着温度的上升，吸附量变化趋缓。综上所知，各种类型树脂进行静态吸附试验时，选择室温即可。

图7 温度对酚吸附量的影响Figure 7 The effect of temperature on phenols adsorption

图8 温度对3，4－苯并芘吸附量的影响Figure 8 The effect of temperature on B（a）P adsorption

2.3 不同类型树脂对3，4－苯并芘和酚类物质的解析曲线

采用95%甲醇得出各树脂对酚类物质和3，4－苯并芘的解析曲线见图9和图10。

由图9可知，采用95%甲醇对酚类物质进行解析，只有树脂DM－131和X－5的解析率在90%以下，其他树脂的解析率均在90%以上。在2～3h时，吸附的酚类物质基本解析出来。而有些树脂随着时间的增加，解析率有所下降，这可能是因为酚类物质随甲醇的挥发所致。由图10可知，树脂XAD－4和DM－2在2.5～3h时，解析率达到90%。而其他4种树脂的解析率只有70%～80%，且达到解析平衡所用的时间相对较短。

图9 不同类型树脂对酚类物质的解析曲线Figure 9 Desorption curve of different type resins for phenols

2.4 烟熏液中3，4－苯并芘和酚类物质解析率的影响因素

2.4.1 解析剂的浓度对3，4－苯并芘和酚类物质解析率的影响 甲醇浓度对酚类物质和3，4－苯并芘解析率的影响见图11和图12。

由图11可知，低浓度的甲醇对酚类物质解析比较困难，当甲醇浓度达到85%以上时，各树脂酚类物质的解析陡增。

图10 不同类型树脂对3，4－苯并芘的解析曲线Figure 10 Desorption curve of different type resins for B（a）P

图11 甲醇浓度对酚解析率的影响Figure 11 The effect of Methanolconcentration on phenols desorption

图12 甲醇浓度对3，4－苯并芘解析率的影响Figure 12 The effect of Methanol concentration on B（a）P desorption

由图12可知，低浓度的甲醇对3，4－苯并芘基本没有解析作用，当甲醇浓度为35%时，才开始解析，可能是因为3，4－苯并芘是非极性的化合物，酚类物质是弱极性的化合物，甲醇有微弱的极性。当甲醇浓度达到75%时，3，4－苯并芘的解析曲线开始变得比较陡，解析率变化较快。由此可知，95%的甲醇进行解析，对酚类物质和3，4－苯并芘解析率最高。

2.4.2 解析剂用量对3，4－苯并芘和酚类物质解析率的影响甲醇用量对酚类物质和3，4－苯并芘解析率的影响见图13和图14。

图13 甲醇用量对酚类物质解析率的影响Figure 13 The effect of methanol volume on phenols desorption

图14 甲醇的用量对苯并芘解析率的影响Figure 14 The effect of Methanol volume on B（a）P desorption

由图13可知，当甲醇的体积由10.00mL增加到20.00mL时，酚类物质解析率急剧增加，30.00mL时各树脂解析率均达到最大，随甲醇体积的继续增大，解析率基本不再变化，这是因为树脂中的酚类物质已经完全解析。由图14可知，甲醇对3，4－苯并芘的解析率比较平缓。甲醇的体积为40.00mL时，3，4－苯并芘的解析率达到最大。其中，XAD－4的解析率最大。综合图13和14可知，选用95%甲醇作为解析剂，甲醇的体积选用40.00mL

2.4.3 解析剂的种类对3，4－苯并芘和酚类物质解析率的影响 解析剂的种类对酚类物质和3，4－苯并芘解析率的影响见图15。

由图15可知，当甲醇和乙醇的体积分数大于65%时，甲醇和乙醇对酚的解析率成交替上升，但在数值上差别较小。因此，对于酚类物质，选用甲醇或者乙醇作为解析剂差别不大，由于甲醇具有毒性，选用乙醇较好。而在甲醇和乙醇的体积分数小于25%时，3，4－苯并芘的解析率均为0。当甲醇和乙醇的体积分数大于25%时，乙醇对3，4－苯并芘的解析率明显大于甲醇。因此，选择乙醇作为解析剂。

图15 甲醇、乙醇对酚类物质和3，4－苯并芘解析率的影响Figure 15 The effect ofmethanol and ethanol on phenols and B（a）P desorption

3 结论

（1）6种树脂对烟熏液中3，4－苯并芘的选择性较小。随着烟熏液浓度的升高，试验树脂对烟熏液中3，4－苯并芘的吸附量增大；而对酚类物质的吸附量则随着烟熏液浓度的升高先增大后减小，吸附温度对烟熏液中3，4－苯并芘和酚类物质的吸附量影响不大，可选择常温进行吸附。

（2）当加入烟熏液原液体积为10.00mL，质量为2.00g的树脂对3，4－苯并芘和酚类物质吸附量最大；

（3）采用30.00mL体积分数为95%乙醇进行解析，对3，4－苯并芘的解析率最高。

（4）6种树脂中，XAD－4树脂对3，4－苯并芘和酚类物质的吸附量最大，其解析率最高。

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Process optimization on resin loading of smoked liquid

WANG Lu WANG Wei－min CHEN Su－huaLIU Hui

（College of Food Science and Technology，Guangdong Ocean University，Zhanjiang，Guangdong524025，China）

Considering overall adsorption and desorption capacity of Phenol compounds and B（a）p，XAD－4resin was selected out of 6 types of macroporous resins to purify the crude smoked liquid preparation from bamboo cane.carbonyl compounds was not adopted by 6 kind of resin，In static adsorption process，the temperature has a little impact on the phenol and B（a）p.The eliminate rate of B（a）p was best with 10mL of stoste smoked liquid and 2g resin.Under the optimum resolving conditions：ethanol 95%，dosage of 30mL，Phenol compounds and B（a）p can be efficiencies Analytical down.

bamboo cane smoked liquid；macro porous resins；phenol compounds；paths

10.3969 /j.issn.1003－5788.2011.06.038

王路（1984－），男，广东海洋大学在读硕士研究生。E－mail：wanglu5＠126.com

王维民

2011－07－01