降低山楂汁有机酸的树脂筛选

赵玉平，宋继萍，孙祖莉，杨建荣，渠飞翔，郑向平，宋普，田甜甜

（1.烟台大学生命科学学院，山东烟台264005；2.蓬莱市国宾葡萄酒庄有限公司，山东烟台266071）

山楂，也称红果（C.pinnatifida Bge.Var.major N.E.Br.）是人们非常熟悉的水果，可食用又可作为医药和食品工业原料，是“药食同用”的上等补品。现代医学研究表明，山楂具有可增加人体冠脉血液流量并减少心脏对氧的需求量、降压降低密度脂蛋白、强心、抗心律失常、降血脂、增强机体免疫力等作用；同时有增加胃液分泌，促进消化的功能[1－3]。通过对山楂果的成分分析发现山楂有0.1%～1%的黄酮、1%～3%的原花色素、2%～6%的可滴定酸等成分，而黄酮和原花色素是其主要的两种生物活性成分，许多山楂制剂都以山楂黄酮和原花色素的含量来衡量[3]。

人们嗅到山楂汁的香气就能增加食欲，但由于过酸高而很少食用。如果能够降低山楂汁的有机酸，而其中的黄酮类物质得以保存，其食用价值得到提高，且保持其保健功能，其产品和其衍生品将有较大的发展空间。

目前对果酒降酸的论文较多，文连奎[4]对其进行了全面的总结，采用的物理降酸方法有低温冷冻降酸法[5]、电渗析降酸法[6]，化学降酸方法有碳酸钙与双盐、双钙盐降酸法[7]、酒石酸氢钾降酸法，生物方法有在无氧条件下进行的苹果酸－乳酸发酵[8]、苹果酸－乙醇发酵[9]、有氧条件下的柠檬酸分解[10]，但对以柠檬酸为主要有机酸的山楂汁而言，在前期实验都存在不足，无法实现即降酸又保护黄酮的目标。

已经有许多关于使用弱碱性阴离子交换树脂降酸的报道：Edwin选择了十种美国FDA批准在食品加工过程中可以使用的弱碱性阴离子交换树脂对西番莲果汁进行降酸实验，筛选出Amberlite IRA67、IRA95和Duolite 378、A7四种树脂适合西番莲果汁的降酸[11]；有许多学者开展了橙子汁的脱酸和脱苦实验，并进行了弱碱性阴离子交换树脂吸附等温曲线[12]，实验结果表明Amberlite IRA－93具有更好的降酸和脱苦能力[12－15]。我国赵玉平等从2000年开始从事弱碱性阴离子交换树脂对山楂汁的降酸的研究[16－17]，以实现树脂只吸附山楂汁中的有机酸和不吸附黄酮的目标。

本论文根据筛选结果，使用南开大学化工厂生产的三种弱碱性阴离子交换树脂降低山楂汁中有机酸和黄酮的性能进行了比较。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

山里红：市售；果胶酶：诺维信（中国）生物技术有限公司；弱碱性阴离子交换树脂D301G、D370、D382：天津市南开大学化工厂；氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、硫酸铜、酒石酸钾纳、亚铁氰化钾（AR）：天津市广成化学试剂有限公司；次甲基蓝（生物染色剂）：天津市大茂化学试剂厂；葡萄糖（AR）：天津市永大化学试剂开发中心；6173 pH计：上海任氏电子有限公司；BS－100A自动部分收集器：上海沪西分析仪器厂有限公司。

1.2 方法

1.2.1 山楂汁制作

将山楂果清洗干净，按照山楂果∶水=1∶1（质量比）的比例预煮3 min，再制成果酱，将果酱冷却到50℃，加入一定量的果胶酶，50℃下酶解，直到果胶进行酸性乙醇检验为阴性。酶解后的果酱冷却至室温，4 000 r/min离心30 min，获得上清液，即为山楂汁。在压力为0.85 MPa，流速为1.3 m3/h对山楂汁进行超滤处理，清液和截留液分开储存备用。实验中为避免树脂柱堵塞，在阴离子交换树脂降酸实验中全部使用超滤处理的山楂汁。

1.2.2 阴离子交换树脂降酸方法

1.2.2.1 树脂活化方法

分别称取一定量的三种树脂，用饱和食盐水浸泡12 h后，清洗干净，准确装30 mL到自制的Φ12 mm×500 mm离子交换柱中，用4%～6%的NaOH溶液洗柱子至出口碱液浓度与进口浓度相等时，停止清洗，浸泡12 h。水洗至中性，再用4%～6%的盐酸溶液清洗，待出口浓度与进口相等时停止清洗，浸泡12 h。水洗至中性。如此循环两次。再用1 mol/L的NaOH溶液以6 BV/h的速度进行离子交换，待出口碱液浓度不再变化时，停止进碱液。用蒸馏水将树脂洗至中性备用。

1.2.2.2 山楂汁降酸方法

从树脂柱上方进山楂汁，用恒流泵控制山楂汁流出的速度6 BV/h，直到流出汁中有机酸和黄酮与原汁之比大于90%为止，停止进汁。用自动部分收集器接收树脂柱中流出来的山楂汁，每30 mL一份（1 BV=30 mL）。

1.2.3 流速对树脂动态动力学影响的实验

选用2根离子交换柱，分别装入D301G树脂进行降酸。操作流速分别为5 BV/h和6 BV/h，温度为20℃，收集流出液30 mL每份，测定流出液总酸含量，绘制曲线图。

1.2.4 有关指标测定方法

总酸的测定采用酸碱滴定法[18]；pH的测定使用pH计测定山楂汁的pH[18]；总黄酮的测定[19]；还原糖的测定采用碱性铜盐法[18，20]

2 结果与讨论

2.1 山楂原汁的成分测定结果

山楂汁的成分测定结果见表1。

表1 澄清山楂汁的成分Table 1 Characteristics of the clarified hawthorn fruit juice

山楂中主要的酸是柠檬酸，柠檬酸占总酸的80%以上[10]。人们饮用品的酸度在3 g/L～8 g/L，pH为3.3～3.8；干红葡萄酒的酸度在 6 g/L～11 g/L，pH 在 3.2～3.8，而山楂汁的总酸度为23.2 g/L，远远大于饮料和葡萄酒的总酸度，而黄酮是山楂汁中主要的生物活性成分，因此可见降低山楂汁中的有机酸和保留黄酮非常必要。

2.2 不同树脂对山楂汁理化性能的影响

树脂对目标离子的吸附性能受多种因素影响：树脂本身性能与树脂的表面积、功能团、孔径、抗杂性能、内孔结构、颗粒大小有关，同时与所在液体体系内的pH、离子强度、温度等因素有关[21－22]。经过三种树脂处理后的山楂汁总酸、pH、黄酮、还原糖的含量见表2。

表2 不同树脂处理山楂汁的理化性能Table 2 Physicochemical properties of the juice treated by different resins

根据表2中的数据可以看出，三种树脂都有较强的降酸性能，其中D301G树脂能够将山楂汁的有机酸含量降到原汁的一半以上，降酸效果最好，降酸效果最差的是D370树脂，只能将有机酸降到18 g/L。实验中的三种树脂D301G对黄酮的吸附量最少。还原糖在树脂降酸的整个过程中都没有吸附，pH都有一定的提高。

图1是三种树脂降酸过程中流出汁每份的酸含量比较，在整个降酸过程中，D301G树脂都表现出较强的降酸能力，而流出汁中黄酮的含量高于其它两种树脂（图2）。黄酮对人体具有一定的保健功效，因此，最大限度保留黄酮，减少损失是要考虑的。所以最终选择D301G作为降酸用的树脂。

2.3 流速的影响

实验研究了两种流速的影响，由图3可见，5 BV/h和6 BV/h两个不同的流速对D301G树脂降酸处理的果汁的影响。由图可见低流速降酸过程在第16份树脂就达到饱和，饱和后处理的果汁量小于高流速处理的果汁量（在第22份树脂达到饱和）。

3 结论

本实验所用的三种树脂中，D301G树脂吸附有机酸的性能强，能够将有机酸降至原来的50%以上，对黄酮的吸附量较少，适合降酸；流速对果汁的处理量有影响，将果汁降低到相同的总酸度，5 BV/h的流速处理果汁获得的量高于6 BV/h的流速处理的量。

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