菊苣菊粉的大孔树脂脱苦工艺研究

陈兴都，翟丹云，杨晓丽，陈庆安，赵莉莉，冯平

（甘肃省商业科技研究所有限公司，甘肃兰州730020）

菊苣菊粉的大孔树脂脱苦工艺研究

陈兴都，翟丹云，杨晓丽，陈庆安，赵莉莉，冯平

（甘肃省商业科技研究所有限公司，甘肃兰州730020）

以菊苣菊粉溶液为原料，采用大孔树脂吸附法进行脱苦工艺研究。通过静态吸附试验筛选出菊粉脱苦的最佳树脂为LSA-21。在单因素试验的基础上，以树脂用量、温度、时间、pH值为影响因素，脱苦率及损失率为评价指标，通过正交试验设计优化出菊粉脱苦最佳工艺参数：树脂用量为5.5%、脱苦温度为35℃、脱苦时间为3.0 h、脱苦pH值为7.5。在此工艺条件下，菊苣菊粉的脱苦效果最好，菊粉损失率为12.32%，脱苦率达到50.57%。

菊苣菊粉；大孔树脂；脱苦；吸附；正交试验

菊苣（Cichorium intybusL.）为菊科菊苣属多年生草本植物，分布广泛，世界各地均有种植，具有适应性强、耐贫瘠、耐寒、耐旱、产量高的特点[1]。其根内含近70%（占干物质质量）的菊粉[2]，具有补充能量、降血糖、降血脂、免疫保健等生理功能，备受消费者的青睐[3-5]。而菊粉中的苦素苦肽会影响产品的口感和品质[6]，因此，菊粉脱苦成为研究天然产物分离纯化的热点。

大孔树脂吸附脱苦法以处理温度低、效率高、稳定好、不引入其他杂质、成本低、操作简单易行等特点而成为当前天然产物脱苦的主流[7-8]。糖类经大孔树脂处理后，可有效地去除溶液中大量的果胶、蛋白质、黏液质等成分，使菊粉成分富集而提高品质[9-11]。

本研究采用吸附树脂对菊苣菊粉脱苦工艺优化，将苷类、肽类等苦味物质分离除去，达到提高产品质量的目的[12]。通过比较5种大孔树脂对菊粉溶液的脱苦效果，筛选合适的树脂类型并确定菊粉的最优脱苦工艺参数，以期为菊苣菊粉的工业化生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

菊苣：白银熙瑞生物工程有限公司；菊苣菊粉溶液制备：鲜菊苣清洗干净，按1∶8（g∶mL）的料液比于80℃热水中浸提2.0 h，过滤取上清液，冰箱低温保存，备用[13]。

大孔树脂（LSA-21、HPD-T01、D-201、S-8、AB-8）：天津光复精细化工研究所，其特性见表1。

蒽酮：德州市富凯化工有限责任公司；3,5-二硝基水杨酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）：上海国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇、盐酸、氢氧化钠、氯化钠等均为分析纯；D-果糖（纯度＞99%）：上海山浦化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

UV-2550型紫外可见分光光度计：日本岛津公司；GF-2型鼓风电热恒温干燥箱：广州东方红医疗仪器厂；DK-S12型电热恒温水浴锅：上海森信试验仪器有限公司；AL204型电子天平：梅特勒-托利多仪器有限公司；BCD-238S型低温冷冻冰箱：青岛海尔股份有限公司；PHS-3C型pH计：上海虹益仪器仪表有限公司；THZ-22型恒温振荡器：江苏太仓试验设备厂。

1.3 方法

1.3.1 树脂的预处理

将5种树脂用无水乙醇浸泡24 h，充分溶胀后用蒸馏水清洗，直至洗液与等体积水混合后不出现浑浊；然后先用3%NaOH溶液进行碱洗，水洗至中性；后用3%HCl溶液进行酸洗，水洗至中性；再用3%NaCl溶液对树脂进行浸泡，中间用去离子水平衡，备用[14]。

1.3.2 树脂的筛选试验

称取经预处理的5种树脂各5.0 g，置于250 mL具塞锥形瓶中，分别加入pH值为7.0的菊粉溶液，于波长237 nm处测定初始吸光度值A0；35℃、90 r/min摇床振荡吸附24 h至饱和，过滤后测定溶液的吸光度值A1，分别按如下公式计算菊粉脱苦率和损失率，确定最适宜的脱苦树脂（视吸附前后溶液的体积不变）[15-16]。

1.3.3 脱苦单因素试验

树脂用量对脱苦效果的影响：称取1.0 g、3.0 g、5.0 g、7.0 g、9.0 g树脂于250 mL具塞锥形瓶中，加入100 mL pH值为7.0的菊粉溶液，测定波长237 nm处溶液的初始吸光度值A0，35℃、90 r/min摇床振荡吸附24 h，至吸附饱和后过滤，测定被吸附后溶液的吸光度值A1，以菊粉损失率和脱苦率为评价指标，确定最适树脂添加量[17-18]。

时间对脱苦效果的影响：称取5.0 g树脂于250 mL具塞锥形瓶中，分别加入pH值为7.0的菊粉溶液，于波长237 nm处测定初始吸光度值A0，35℃、90 r/min摇床振荡吸附脱苦，分别在1.0 h、2.0 h、3.0 h、4.0 h、5.0 h测溶液的吸光度值A1，以菊粉损失率和脱苦率为评价指标，确定最适脱苦时间[19]。

式中：A0为菊粉溶液初始吸光度值；A1为被树脂吸附后菊粉溶液的吸光度值。

温度对脱苦效果的影响：称取5.0 g树脂于250 mL具塞锥形瓶中，分别加入pH值为7.0的菊粉溶液，测定波长237 nm处溶液的初始吸光度值A0，分别在25℃、30℃、35℃、40℃、45℃的温度下摇床90 r/min振荡吸附24 h，至吸附饱和后过滤，测定被吸附后的吸光度值A1，以菊粉损失率和脱苦率为评价指标，确定最适脱苦温度[19]。

pH对脱苦效果的影响：称取5.0 g树脂于250 mL具塞锥形瓶中，分别加入pH值为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0的菊粉溶液，测定波长237 nm处溶液的初始吸光度值A0，35℃、90r/min摇床振荡吸附24 h，至吸附饱和后过滤，测菊粉溶液被树脂吸附后的吸光度值A1，以菊粉损失率和脱苦率为评价指标，确定最适脱苦pH值[18]。

1.3.4 脱苦工艺条件优化正交试验

在单因素试验的基础上，选取脱苦树脂为LSA-21，以树脂用量、脱苦温度、脱苦时间和脱苦pH值为影响因素，菊粉损失率和脱苦率为试验评价指标，通过L16（44）正交试验来优化菊粉脱苦工艺参数，筛选最佳脱苦工艺参数。正交试验因素与水平如表2所示。

1.3.5 还原糖及总糖的测定

还原糖含量测定：取7支10mL具塞刻度试管编号，分别加入0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL、1.2 mL、1.4 mL D-果糖标准溶液，然后用蒸馏水定容至2.00 mL。在分别加入3,5-二硝基水杨酸（DNS）试剂2.00 mL，配成不同质量浓度的D-果糖含量反应液。沸水浴煮2 min显色，流水冷却后用蒸馏水稀释至25 mL，在波长540 nm处测定吸光度值。以D-果糖质量浓度（x）为横坐标，吸光度值（y）为纵坐标制作标准曲线，进行线性回归，建立回归方程y=0.026 3x-0.012 4（相关系数R2=0.996 3），根据回归方程确定样品中还原糖含量[5，13]。

总糖含量测定：取7支干燥洁净的试管编号，依次加入0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL、3.0 mL、3.5 mL的D-果糖标准液，蒸馏水定容至2 mL，配成不同质量浓度的D-果糖反应液，分别加5.0mL冷的蒽酮溶液，混匀后沸水浴保持10 min，流水冷却20 min，定容至25 mL，于波长620 nm处测吸光度值，以D-果糖质量浓度（x）为横坐标，吸光度值（y）为纵坐标制作标准曲线，进行线性回归，建立回归方程y=0.080 4x+0.011 3（相关系数R2=0.996 5），根据回归方程确定样品中总糖含量[13]。

2 结果与分析

2.1 脱苦树脂类型的确定

添加量均为5%的5种大孔树脂处理菊粉溶液试验结果如图1所示。

由图1可知，其脱苦率依次为LSA-21＞HPD-T01＞D-201＞S-8＞AB-8，菊粉损失率依次为：HPD-T01＞D-201＞S-8＞LSA-21＞AB-8，其中LSA-21型树脂对菊粉溶液的脱苦效果最好，脱苦率达到47.88%，菊粉损失率也较小，为15.63%；HPD-T01的脱苦率仅次于LSA-21，为42.05%，但菊粉损失率也最高，达到19.22%；D-201、S-8两种树脂的脱苦效果差异不大；AB-8型树脂虽然菊粉损失率最低，但脱苦率也最低，仅为33.49%。综合考虑，选择LSA-21型树脂作为菊苣菊粉脱苦最适树脂。

2.2 脱苦单因素试验结果

2.2.1 树脂添加量的确定

LSA-21型树脂用量对脱苦效果的影响结果如图2所示。由图2可知，随LSA-21型树脂的添加量的增加，其菊粉的脱苦率呈先上升后趋于平缓的趋势。在树脂添加量为5.0%时脱苦率最高，为44.55%。而菊粉损失率随树脂用量的增大呈逐渐上升趋势，在9.0%的添加量时，菊粉损失率最高，达到16.57%。这是因为随树脂添加量增大，菊粉的脱苦率逐渐升高，对菊粉溶液的苦味物质吸附脱苦能力增强，菊粉的损失也会增大，当添加量达到5.0%，吸附脱苦能力逐渐趋于饱和，继续增加树脂用量，则脱苦率不再增加。这与唐辉等[20]长坝柚汁脱苦工艺的研究结果类似。综合考虑，故选择菊粉脱苦LSA-21型树脂用量5.0%为宜。

2.2.2 脱苦时间的确定

处理时间对菊粉脱苦效果的影响结果如图3所示。由图3可知，在脱苦时间在0～5.0 h范围内，随着脱苦时间的延长，菊粉的损失率和脱苦率均呈先上升后趋于稳定的趋势，在0～3.0 h内菊粉损失率快速上升，而在3.0 h后脱苦率基本稳定。在3.0 h时损失率为14.66%，脱苦率为42.18%。这是因为在初始3.0 h内，LSA-21树脂对菊粉的脱苦能力强，当时间超过3.0 h，LSA-21树脂对菊粉的吸附趋于饱和，脱苦率和菊粉损失率变化缓慢。这与张怡等[21]柚汁脱苦工艺研究的结果类似。因此，考虑到节能和脱苦效率，故选择较优的脱苦时间3.0 h为宜。

2.2.3 脱苦温度的确定

处理温度对脱苦效果的影响结果图4所示。由图4可知，LSA-21树脂对菊粉溶液的脱苦率呈先上升后下降的趋势，温度为35℃时脱苦率达到最高，为48.86%，而菊粉的损失率随温度增大呈逐渐上升趋势，在45℃时菊粉损失率最高，为16.56%。这可能是由于一定的温度可以提高LSA-21树脂的脱苦效果，但温度过高不利于苦味物质解吸出来，使脱苦率降低，升高温度也会加速菊粉的损失。这一结果与陈静等[22]研究的大孔树脂对柠檬苦素的动态吸脱附性能的结果不一致。这种差异可能是由于树脂种类、苦素的种类和结构以及蛋白质水解产生的肽类不同等因素造成的差异。综合考虑，故选择脱苦温度35℃为宜。

2.2.4 脱苦pH值的确定

pH值对脱苦效果的影响，结果如图5所示。由图5可知，随着pH值的逐渐增大，LSA-21树脂对菊粉溶液的脱苦率和损失率均呈现先升高后下降的趋势，当pH值为7.0时脱苦率最大，为48.02%，在pH值为6.0时菊粉损失率最高，为15.49%。因为菊粉溶液有一定的酸性，在碱性水溶液中成盐溶解，有利于苦素苦肽等杂质溶出被吸附，但是碱性太强时，容易引起糖苷水解。将溶液调为中性时，树脂脱苦效果比较好。这与郑亚凤等[23]研究葡萄柚汁脱苦的结果类似，依据产品的风味和稳定性，故选择脱苦pH值为7.0。

2.3 正交试验结果分析

由表3可知，以菊粉脱苦率为评价指标，影响结果因素的主次顺序为pH值（D）＞树脂添加量（A）＞时间（B）＞温度（C），优化组合为A4B4C2D3，即树脂添加量5.5%、时间3.0 h、温度35℃、pH值为7.5。以菊粉损失率为评价指标，影响结果因素的主次顺序为树脂添加量（A）＞时间（B）＞温度（C）＞pH值（D），优化组合为A1B4C2D4，即树脂添加量4.0%、时间3.0 h、温度35℃、pH值为8.0。为保证菊粉脱苦率最高，而损失率最低的脱苦效果，综合考虑选择最佳组合为A4B4C2D3，即树脂添加量5.5%、时间3.0 h、温度35℃、pH值为7.5。在此最佳脱苦条件下，验证所得菊粉的脱苦率为50.57%，损失率为12.32%。

由表4可知脱苦pH值对菊粉脱苦率的影响极显著，对损失率的影响显著；树脂添加量对菊粉脱苦率影响显著，对损失率的影响极显著；脱苦时间对菊粉脱苦率的影响不显著，对损失率的影响极显著；脱苦温度对菊粉脱苦率的影响不显著，对损失率的影响显著。

3 结论

通过静态吸附试验筛选出菊粉脱苦最优树脂是LSA-21，单因素结合正交试验设计优化出菊苣菊粉脱苦最佳工艺参数为树脂用量5.5%、脱苦温度为35℃、脱苦时间3.0 h、脱苦pH值为7.5。在此工艺基础上，菊苣菊粉的脱苦效果最好，菊粉损失率为12.32%，脱苦率达到50.57%。

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CHEN Xingdu,ZHAI Danyun,YANG Xiaoli,CHEN Qing'an,ZHAO Lili,FENG Ping
(Gansu Institute of Business and Technology Co.,Ltd.,Lanzhou 730020,China)

UsingChicory intybusinulins extracted fluid as a raw material,the debitterization technology for inulins was studied by macroporous resins adsorption method.Resin LSA-21 was screened as the optimal resin for inulins debitterization through static adsorption experiment.On the basis of single factor tests,using resin addition,temperature,time and pH as influence factors,using debitterizing rate and loss ratio as evaluation index,the optimal inulins debitterization parameters were optimized by orthogonal experiment.Results showed that the optimum conditions for inulin debitterization were as follows:resin addition 5.5%,debitterization temperature 35℃,time 3.0 h,and pH 7.5.Under this condition,the effect of inulin debitterization was the best,the loss rate of inulin was 13.32%,and the debitterization rate was 50.57%.

Chicory intybusinulins;macroporous resin;debitterization;adsorption;orthogonal experiment

TS202.3

A

0254-5071（2015）04-0132-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.04.030

2015-03-10

甘肃省科技厅甘肃省科技支撑计划（2011GS0408）；甘肃省技术研究与开发专项计划（1207TCYA039）

陈兴都（1987-），男，工程师，硕士，主要从事食品工艺、天然产物提取等相关研究工作。