κ－卡拉胶脱色方法的研究

秦晓娟，王洪新，2，*，马朝阳，黄林青，林玉惠，贺雪娇

(1.江南大学食品学院，江苏无锡 214122;

2.食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡 214122;

3.汕头市捷成食品添加剂有限公司，广东汕头 515021;

4.汕头市天悦轻工技术科技有限公司，广东汕头 515021)

κ－卡拉胶脱色方法的研究

秦晓娟1，王洪新1，2，*，马朝阳1，黄林青3，林玉惠4，贺雪娇1

(1.江南大学食品学院，江苏无锡 214122;

2.食品科学与技术国家重点实验室，江苏无锡 214122;

3.汕头市捷成食品添加剂有限公司，广东汕头 515021;

4.汕头市天悦轻工技术科技有限公司，广东汕头 515021)

采用次氯酸钠、过氧化氢、活性碳和大孔树脂D113－Ⅲ、D201和D303对麒麟菜κ－卡拉胶进行脱色研究。比较κ－卡拉胶脱色率、多糖保留率和凝胶强度。结果表明，次氯酸钠和过氧化氢脱色后，多糖保留率和凝胶强度较低;大孔树脂D201和D113－Ⅲ多糖脱色率很低;活性炭脱色效果较好，但脱色后多糖溶液中残留的活性炭难以清除，对多糖品质有一定影响;大孔树脂D303的脱色效果较好，脱色率达到90.73%，多糖保留率85.76%，凝胶强度1103.7g/cm2。

麒麟菜，κ－卡拉胶，脱色，大孔树脂

卡拉胶(Carrageenan，又称角叉菜胶、鹿角菜胶)是从角叉菜(Chondrus)、麒麟菜(Eucheuma)、杉藻(Gigartina)及沙菜(Hypena)等多种红藻中提取的几种多糖的复杂混合物［1］，由1，3－β－D－吡喃半乳糖和1，4－α－D－吡喃半乳糖作为基本骨架交替连接而成［2］。κ－卡拉胶能形成硬的脆性胶［3］，其凝固性较好，粘度较低，适合做果冻，固定化酶载体和药用胶囊等［4］，工业上应用最广泛。κ－卡拉胶中的色素包括:叶绿素、类胡萝卜素、色素蛋白(藻胆蛋白类)，以及生产过程中产生的色素如糖类分解物、拟黑色素、焦糖等［5］。κ－卡拉胶提取过程中色素的溶出会影响产品的品质，尤其是对透明度，粘度和凝胶强度等造成很大的影响［6］，而有关κ－卡拉胶脱色的研究少见报道。工业生产中多采用次氯酸钠漂白，对卡拉胶分子结构破坏较大，造成产品质量不稳定［7］。本研究选取次氯酸钠、过氧化氢、活性炭和大孔树脂D113－Ⅲ、D201和D303对κ－卡拉胶进行脱色，通过测定脱色率、多糖保留率和凝胶强度以鉴定脱色效果，研究κ－卡拉胶的最佳脱色方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

麒麟菜(Eucheuma cottonii) 汕头市捷成食品添加剂有限公司;氢氧化钾、次氯酸钠、过氧化氢、苯酚、浓硫酸等 均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

DL－360B型超声波清洗器 上海之信仪器有限公司;DL－5型离心机 上海安亭科学仪器厂; TA－XT2型质构仪 英国MICRO STABLE SYSTEM; UV2000紫外可见分光光度计 上海尤尼柯有限公司;XMY－142型电热鼓风干燥箱 上海市实验仪器总厂;FW80型高速万能粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 脱色方法 工艺流程:麒麟菜清洗粉碎→碱改性→加热提胶→离心→脱色→干燥粉碎→产品。

准确量取离心后的κ－卡拉胶溶液50.0mL，利用次氯酸钠、过氧化氢、活性炭、大孔阳离子交换树脂D113－Ⅲ和大孔阴离子交换树脂D201和D303对κ－卡拉胶溶液进行脱色，以κ－卡拉胶溶液脱色率、多糖保留率和凝胶强度为指标，鉴定脱色效果，研究κ－卡拉胶的最佳脱色方法。

1.2.2 脱色率的测定 波长的确定:配制浓度为1%的κ－卡拉胶溶液，对其进行紫外－可见全波长扫描，结果表明，该溶液无最大吸收波长。根据互补色原理可知，溶液呈现的颜色是它吸收光的互补色，由于多糖溶液脱色前稀释后均为橙黄色，所以溶液主要吸收蓝色波段可见光［8］。Rabinowitch和Ladislav［9－10］研究显示红藻蓝光吸收峰多在440nm，因此选择440nm为检测波长。分别测定κ－卡拉胶溶液脱色前后的吸光度，并按下式计算脱色率，比较各种脱色方法的脱色效果。

脱色率(%)=(脱色前吸光度－脱色后吸光度)/脱色前吸光度×100%

1.2.3 多糖保留率的测定

1.2.3.1 标准曲线的建立 取105℃干燥至恒重的葡萄糖样品100mg，置1000mL容量瓶中，加水溶解并稀释至刻度，得浓度为0.1mg/mL的葡萄糖标准液，精密量取标准液 0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8mL，分别置于25mL具塞试管中，加蒸馏水补充至1.0mL，摇匀，加6%苯酚溶液1mL，浓硫酸5mL，摇匀，室温放置30min，于490nm波长处测吸光度，制做标准曲线［11］，所得标准曲线见图1，标准曲线回归方程:y=0.0759x+0.0015，R2=0.9999。按照上述方法测定κ－卡拉胶原液及不同脱色方法脱色后溶液的吸光度，通过标准曲线和下式计算样品中多糖的百分含量。

式中:C－样品液中葡萄糖的浓度(mg/mL); D－样品液的稀释倍数;1.72－换算因子;m－样品的质量(mg)。

1.2.3.2 多糖保留率测定

式中:M后－脱色后的多糖含量;M前－脱色前的多糖含量。

1.2.4 凝胶强度的测定 准确称量1.5g κ－卡拉胶(以干基计)溶于99mL无离子水中，加入0.2g KCl晶体，在95℃水浴中加热溶解，分装于3个测试杯中，冷却凝胶，静止8h［12］，于20℃用质构仪P1K探头测定。测前速度2.0mm/s，测定速度2.0mm/s，测后速度1.0mm/s，测定高度15mm，数据记录速率50pps，测定压缩力，取3个读数平均值。

图1 葡萄糖标准曲线Fig.1 Standard curve of glucose

2 结果与讨论

2.1 脱色方法对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响

在室温下，κ－卡拉胶溶液中加入有效氯浓度5.2%的次氯酸钠溶液漂白5min，0.4%Na2S2O3脱氯5min，次氯酸钠添加量对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响见图2。

图2 次氯酸钠对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响Fig.2 Effect of sodium hypochlorite on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

从图2可以看出，次氯酸钠对κ－卡拉胶溶液的脱色效果比较明显，当次氯酸钠添加量为0.04mL/mL时，脱色率达到78.29%，继续增加次氯酸钠用量，脱色率增加很小。因此，次氯酸钠对κ－卡拉胶溶液进行脱色的较佳条件为:次氯酸钠的添加量0.04mL/mL。

在室温下，κ－卡拉胶溶液中加入过氧化氢溶液脱色30min，过氧化氢添加量对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响见图3。

图3 过氧化氢对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响Fig.3 Effect of hydrogen peroxide on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

从图3可以看出，过氧化氢对κ－卡拉胶溶液的脱色效果较为明显，当过氧化氢添加量为0.08mL/mL时，吸光度降低至0.938，脱色率为74.12%，此后，增加过氧化氢添加量，脱色效果不明显。因此，过氧化氢对κ－卡拉胶溶液进行脱色的较佳条件为:过氧化氢的添加量0.08mL/mL。

κ－卡拉胶溶液中加入粉末活性炭，45℃脱色1h，活性炭添加量对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响见图4。

图4 活性炭对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响Fig.4 Effect of active carbon on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

由图4可知，κ－卡拉胶溶液的吸光度随活性炭添加量的增大而增大，当活性炭添加量为0.028g/mL时，脱色率为83.75%;当活性炭添加量大于0.028g/mL时，吸光度变化很小。因此，利用活性炭对κ－卡拉胶溶液进行脱色的较佳条件为:活性炭的添加量0.028g/mL。

采用静态吸附法，选取大孔阳离子交换树脂D113－Ⅲ和大孔阴离子交换树脂D201和D303对κ－卡拉胶溶液脱色，45℃恒温水浴2h，大孔树脂对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响见图5。

图5 大孔树脂对κ－卡拉胶多糖脱色率的影响Fig.5 Effect of macroporous resins on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

由图5可知，三种大孔型离子交换树脂对κ－卡拉胶溶液的脱色效果明显不同。大孔阴离子交换树脂D201脱色效果较差，当添加量为0.24g/mL时，脱色率仅为4.44%;大孔阳离子交换树脂D113－Ⅲ脱色效果不明显，当添加量为0.12g/mL时，脱色率为23.67%，继续添加，脱色率变化不明显;大孔阴离子交换树脂D303对κ－卡拉胶溶液的脱色效果较好，添加量为0.16g/mL时，脱色率达到90.73%。因此，利用大孔型离子交换树脂对κ－卡拉胶溶液脱色应选择大孔阴离子交换树脂D303，脱色的较佳条件为:大孔阴离子交换树脂D303添加量0.16g/mL。

D201是大孔强碱性阴离子交换树脂，故随着交换的进行，pH变化较大，许多糖类物质在较强的碱性环境下会发生异构化和分解反应，因而限制了强碱性阴离子交换树脂在汤类物质分离纯化中的应用［13］。D113－Ⅲ属于大孔阳离子交换树脂，κ－卡拉胶中的色素分子可能属于阴离子型，所以脱色效果不佳。D303是大孔弱碱性阴离子交换树脂，多糖溶液中的色素主要通过2个反应机制与碱性阴离子树脂结合:a.树脂上的阴离子以离子键的形式与色素阴离子交换;b.色素的非极性部分与树脂基质中的基团以疏水力结合。D303树脂在脱色过程中pH的变化不大，对多糖的结构影响不大。综合分析，κ－卡拉胶溶液中的色素主要以阴离子，非极性色素为主，因此，大孔阴离子交换树脂D303脱色效果较好。

2.2 脱色方法对κ－卡拉胶多糖保留率的影响

结果表明，采用次氯酸钠和过氧化氢脱色后，κ－卡拉胶溶液的多糖保留率较低，可能因为较强的氧化性，在脱色的同时会发生氧化反应导致κ－卡拉胶多糖的降解。活性炭脱色后，κ－卡拉胶溶液多糖保留率为74.24%，但活性炭对κ－卡拉胶多糖吸附作用很强，过滤处理较困难，所以不宜采用。利用大孔阴离子交换树脂D303对κ－卡拉胶溶液脱色，多糖保留率85.76%，明显高于其他脱色方法。

图6 脱色方法对κ－卡拉胶多糖保留率的影响Fig.6 Effect of decolorization methods on retention rate of polysaccharide of κ－carrageenan polysaccharide

2.3 脱色方法对κ－卡拉胶凝胶强度的影响

从图7中可以看出，采用次氯酸钠和过氧化氢脱色后，κ－卡拉胶凝胶强度很低，这可能是由于氧化作用κ－卡拉胶被降解成小分子而损失，不利于凝胶体双螺旋构型形成交联网络，从而降低凝胶体的凝胶强度［14］。活性炭和大孔阴离子交换树脂D303脱色后κ－卡拉胶凝胶强度比较高，分别为704.5g/cm2和1103.7g/cm2，产品性能比较理想。

图7 脱色方法对κ－卡拉胶凝胶强度的影响Fig.7 Effect of decolorization methods on gelling strength of κ－carrageenan polysaccharide

3 结论

对κ－卡拉胶多糖脱色方法研究表明，大孔阴离子交换树脂D303脱色效果明显优于其它脱色方法，添加量为0.16g/mL时，κ－卡拉胶多糖脱色率达到90.73%，多糖保留率85.76%，凝胶强度1103.7g/cm2，树脂脱色工艺简单，可再生［15］，易于进行工业化生产。

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Study on decolorization of κ－carrageenan

QIN Xiao－juan1，WANG Hong－xin1，2，*，MA Chao－yang1，HUANG Lin－qing3，LIN Yu－hui4，HE Xue－jiao1

(1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China;
2.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Wuxi 214122，China;
3.Shantou Jiecheng Food Additive Co.，Ltd.，Shantou 515021，China;
4.Shantou City Tianyue Industry Technology Co.，Ltd.，Shantou 515021，China)

Four methods(sodium hypochlorite，hydrogen peroxide，activated carbon and macroporous resins D113－Ⅲ，D201 and D303)were separately used for the decolorization of κ－carrageen extract from Eucheuma cottonii.In terms of decolorization efficiency，retention rate of polysaccharide and gelling strength，the results showed that decolorization using sodium hypochlorite or hydrogen peroxide led to low retention rate of polysaccharide and gelling strength，the decolorization efficiencies by macroporous resins D113－Ⅲ a nd D201 were low，the activated carbon had the better decolorization effect with the disadvantage of carbon residue in polysaccharide solution and no good polysaccharide quality，and that the decolorization efficiency by macroporous resins D303 was 90.73%，retention rate of polysaccharide was 85.76% a nd gelling strength was 1103.7g/cm2，reprepresenting good decolorizing ability.

Eucheuma cottonii;κ－carrageenan;decolorization;macroporous resins

TS201.7

B

1002－0306(2012)10－0294－04

2011－08－22 *通讯联系人

秦晓娟(1986－)，女，博士，研究方向:食品功能因子开发。