大孔吸附树脂对蓝莓多糖的脱色研究

孙丽娜,范英兵,胡冬慧,历　亳,陈利强,2,*

(1．黑河学院 理学院，黑龙江 黑河 164300；2．黑龙江大学 化学化工与材料学院，哈尔滨 150080)



大孔吸附树脂对蓝莓多糖的脱色研究

孙丽娜1,范英兵1,胡冬慧1,历亳1,陈利强1,2,*

(1．黑河学院 理学院，黑龙江 黑河 164300；2．黑龙江大学 化学化工与材料学院，哈尔滨 150080)

摘要：选用大孔吸附树脂对糖液/树脂、脱色时间和脱色温度进行单因素试验，并利用正交试验考察3种因素对蓝莓多糖脱色率和多糖保留率的影响。实验结果表明：大孔吸附树脂脱色的最佳条件是糖液/树脂12 ∶1，脱色温度50 ℃，脱色时间2 h，在该条件下蓝莓多糖的脱色率和保留率分别为66.86%和75.42%。

关键词：蓝莓；多糖；脱色；大孔吸附树脂

蓝莓，又名越橘、蓝浆果，属于杜鹃花科越橘属多年生落叶或常绿灌木。主要分布在北美和欧洲。在我国东北的大小兴安岭及海南等地也有分布。蓝莓果实不仅甜酸适度、口味好，而且营养丰富，还含有防止脑神经衰老、增强心脏功能、明目及抗癌等独特功效物质[1-3]，因此，蓝莓常被誉为“浆果之王”，同时也被国际粮农组织列为人类五大健康食品之一[4]。

多糖是蓝莓中一重要的活性组分。在多糖的提取时，一直存在颜色较深，杂质多，不利于作为功能性食品或药品等进一步研发的困惑。对多糖进一步利用影响较大的因素之一是色素，色素一方面影响多糖的外观，另一方面会增加多糖后处理的难度，因此，需要对多糖进行脱色研究。传统的脱色方法主有活性炭脱色法、双氧水脱色法、透析法、离子交换树脂法、有机溶剂法等[5]，活性炭法存在脱色时间长，多糖保留率低等缺点，而双氧水脱色法则容易破坏多糖的结构，影响其生物活性[6]。

D101型大孔吸附树脂是一种具有多孔海绵状结构人工合成的聚合物吸附剂，平均孔径为25～28 nm。该新型非极性高分子分离材料适宜于吸附非极性的有机物质或者是吸附极性小的物质，且具有廉价、高效等优点。大孔吸附树脂的吸附原理是其具有大的比表面积，被吸附的分子与树脂骨架之间通过范德华力或者氢键作用力结合到一起。蓝莓所含色素主要是蓝莓花青素，其属于生物类黃酮物质，属于小分子有机物，分子量小，能与大孔吸附树脂形成氢键，同时也能进入到大孔吸附树脂的孔径中，本文选择大孔吸附树脂做吸附剂，研究其对蓝莓多糖脱色的性能[7-8]。

1材料与方法

1.1材料与试剂

野生蓝莓，黑龙江省大兴安岭地区；D101型大孔吸附树脂，天津市光复精细化工研究所；葡萄糖标准品、苯酚、浓硫酸、乙醇等均为国产分析纯。

1.2仪器与设备

FA1004型电子天平，上海舜宇恒平科学仪器有限公司；T6紫外分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；数显恒温水浴锅，常州智博瑞仪器制造有限公司。

2方法

2.1多糖的脱色工艺流程

野生蓝莓→干燥至恒重→称取一定量蓝莓→加入一定比例的水→超声波提取2次→过滤→离心(4 500 r/min)→浓缩→除蛋白质(Savage法)→水层用无水乙醇进行沉淀，直至乙醇浓度达到80%→乙醇、乙醚、丙酮淋洗→真空干燥→粗多糖→称取一定质量多糖→溶于蒸馏水中→脱色试验→测定吸光度。

2.2多糖的脱色

2.2.1D101型大孔吸附树脂的预处理

首先用浮选法按大小和均匀度进行筛选，并用蒸馏水洗净，然后以2倍树脂体积的95%乙醇充分浸泡24 h；其次，用乙醇重复洗至洗涤液在试管中加3倍水不显浑浊为止；最后，蒸馏水洗至无醇味，备用。

2.2.2脱色的单因素试验

分别考察D101型大孔吸附树脂的投料比(糖液/树脂)为6 ∶1、8 ∶1、10 ∶1、12 ∶1、14 ∶1)、脱色温度(20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃)和脱色时间(0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h)对所提取的蓝莓多糖进行脱色试验。

2.2.3多糖脱色的正交试验

在单因素试验的基础上，采用正交试验确定蓝莓多糖脱色的最佳工艺条件，按照L9(33)设计正交试验。

2.2.4多糖脱色率计算

将复溶的粗多糖溶液，在200～800 nm处进行扫描，找到最大吸收波长，同时测定吸光度A1，将脱色后的多糖溶液在最大吸收波长出测定吸光度A2，脱色率的计算公式如下：

多糖的脱色率=(A1-A2)/A1×100%

2.2.5多糖保留率计算

含量测定采用苯酚-硫酸法[9-12]：以吸光度(A)为纵坐标，葡萄糖浓度(C)为横坐标，得到标准曲线回归方程，为y=0.006 9x+ 0.023 9，R=0.999 1。

Y(%)=M2/M1×100%

式中M1为溶液脱色前的多糖含量；M2为溶液脱色后的多糖含量；Y为多糖的保留率。

3试验结果与分析

3.1最大吸收波长的确定

由图1可见，利用超声波提取法进行提取的蓝莓多糖在280 nm和260 nm处无吸收，表面不含有蛋白、多肽和核酸。而蓝莓多糖液在380 nm有最大吸收，因此，选择380 nm作为脱色率的检测波长。

3.2脱色的单因素试验

3.2.1树脂使用量对蓝莓多糖脱色的影响

由图2可见，随着糖液/树脂比的增加，蓝莓多糖的脱色率逐渐增大，直到糖液/树脂比为10 ∶1时，脱色率达到最大；当糖液/树脂比大于10 ∶1时，蓝莓多糖的脱色率逐渐减小，因此选择8 ∶1、10 ∶1、12 ∶1作为正交试验的3个水平。由于大孔吸附树脂吸附色素分子具有一定的饱和度，当树脂的添加量太低时，不能将扩散出的色素分子完全吸附，所以脱色率降低。

图1　蓝莓多糖液紫外-可见分光光度计扫描图谱 Fig.1　Scanning spectrum of UV-VIS for blueberry polysaccharide

图2　糖液/树脂比对蓝莓多糖脱色率的影响Fig.2　Effect of sugar/resin ratio for the decolorization rate of blueberry polysaccharides

3.2.2温度对蓝莓多糖脱色的影响

由图3可见，随着温度的升高，树脂对多糖脱色率的影响呈一个先升后降的趋势，在30 ℃时，脱色效果最好。因此，选择30、40、50 ℃作为正交试验的3个水平。因为当温度升高时，色素分子扩散速度加快，多糖溶液的黏度下降，有利于色素的吸附，但是，当温度超过30 ℃后，色素的解吸也加快，导致脱色率下降。

3.2.3脱色时间对蓝莓多糖脱色的影响

由图4可见，随着时间的增加，蓝莓多糖的脱色率逐渐增加，只是增加的幅度有所减小。因此，选择1、1.5、2 h作为正交试验3个水平。色素分子的扩散及大孔树脂吸附需要一定时间，时间太短色素扩散及吸附不充分，当达到一定时间，色素解吸和吸附达到平衡，脱色率不再提高。

图3　脱色温度对蓝莓多糖脱色的影响Fig.3　Effect of decolorization temperature on the decolorization of blueberry polysaccharides

图4　脱色时间对蓝莓多糖脱色的影响Fig.4　Effect of decolorization time on the decolorization of blueberry polysaccharides

3.3蓝莓多糖脱色率正交试验设计及结果分析

由以上分析结果，可得出正交试验的因素水平表见表1。

由表2脱色率的极差分析可见，影响蓝莓多糖脱色率因素的主次关系为脱色时间>脱色温度>糖液/树脂，最优的组合为A3B2C3，即大孔吸附树脂对蓝莓脱色影响的最佳工艺条件为：脱色温度50 ℃，糖液/树脂为10 ∶1，脱色时间2 h。

表1　L9(33)设计因素水平表

表2　多糖的脱色率L9(33)试验设计及试验结果分析

注：K1、K2、K3分别为相应的因素下所对应的1、2、3水平脱色率的总和；而k1、k2、k3分别为K1、K2、K3的平均值；R值为极差。

3.4蓝莓多糖保留率正交试验设计及结果分析

由表3的极差分析可见，影响蓝莓多糖保留率因素的主次关系为：糖液/树脂比>脱色温度>脱色时间，只考察保留率时，最佳条件为A1B3C3，即大孔吸附树脂的脱色温度30 ℃，糖液/树脂比12 ∶1，脱色时间2 h。

表3　多糖的保留率L9(33)试验设计及试验结果分析

注：K1、K2、K3分别为相应的因素下所对应的1、2、3水平脱色率的总和；而k1、k2、k3分别为K1、K2、K3的平均值；R值为极差。

综合脱色率及多糖保留率的极差分析和经济状况，最终确定D101型大孔吸附树脂对蓝莓粗多糖的最佳脱色工艺为：脱色温度50 ℃，糖液/树脂比12 ∶1，脱色时间2 h。最佳工艺验证：在此条件下进行蓝莓粗多糖的脱色试验，得到蓝莓多糖的脱色率为66.86%，多糖的保留率为75.42%。

4结论

大孔吸附树脂D101可以反复进行利用，经过再生后的树脂可以重复使用3～5次，而且吸附效果较好。大孔吸附树脂D101对蓝莓多糖脱色处理的优化条件为：脱色温度50 ℃，糖液/树脂比12 ∶1，脱色时间2h时，蓝莓多糖的脱色率为66.86%，多糖的保留率为75.42%。本研究将为蓝莓多糖工业化的提取及脱色操作提供一定的理论依据。

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Macroporous adsorption resin used for studying the decolorization of blueberry polysaccharide

SUN Li-Na1, FAN Ying-Bing1, HU Dong-Hui1, LI Bo1, CHEN Li-Qiang1,2,*

(1.Collegeofscience，HeiheCollege，HeilongjiangHeihe164300，China; 2.SchoolofChemistryandMaterialsScience,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Abstract：The single factor experiment was carried out with the addition amount, time and temperature of the macroporous adsorption resin. The effects of three factors on the decolorization rate and polysaccharide retention rate were investigated by orthogonal test. The results showed that the optimum conditions for the adsorption of macroporous adsorption resin were as follows: sugar/resin ratio was 12 ∶1, decolorization temperature was 50 ℃, and decolorization time was 2 hours. In the condition, the decolorization rate and the retention rate of blueberry polysaccharides were 66.86% and 75.42%, respectively.

Key words：blueberry; polysaccharide; decolorization; macroporous adsorption resin

DOI:10.13524/j.2095-008x.2016.01.006

收稿日期：2016-01-07；

修订日期：2016-01-23

基金项目：国家自然科学基金资助项目(20876034)；黑河学院科学技术研究重点项目(KJZ201502)

作者简介：孙丽娜(1983-)，女，黑龙江齐齐哈尔人，助教，硕士,研究方向：天然药物化学，E-mail:sunlina44800979@163.com;*通讯简介:陈利强(1983-)，男，江西樟树人，讲师，博士研究生，研究方向：环境友好催化，E-mail：chlqhhxy@163.com。

中图分类号：TS244.2

文献标志码：A

文章编号：2095-008X(2016)01-0029-06

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20160309.0909.004.html