離子交換纖維對(duì)菊芋汁脫色的研究*

徐勇虎 國(guó) 華 王永樂(lè) 李睿穎 劉 云 胡婭君 許勤虎 劉曉鷗

（1天津市工業(yè)微生物研究所，天津 300462） （2天津城市建設(shè)學(xué)院，天津 300384）

離子交換纖維對(duì)菊芋汁脫色的研究*

徐勇虎1**國(guó) 華1王永樂(lè)1李睿穎1劉 云1胡婭君1許勤虎1劉曉鷗2

（1天津市工業(yè)微生物研究所，天津 300462） （2天津城市建設(shè)學(xué)院，天津 300384）

研究了離子交換纖維和離子交換樹(shù)脂對(duì)菊芋汁的脫色性能，并對(duì)離子交換纖維的交換類型和離子交換纖維的混裝效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，在強(qiáng)酸性離子交換纖維與強(qiáng)堿性離子交換纖維以6∶4體積比混裝時(shí)，脫色效果最好，色值比單獨(dú)使用強(qiáng)堿性離子交換纖維降低了41%。

離子交換纖維；脫色；混裝

菊粉又稱菊糖，來(lái)源于菊芋、菊苣等植物，是一種功能性多聚糖，也是最易溶解的水溶性膳食纖維。菊粉作為一種純天然的功能性配料，已被世界20多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)為營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，廣泛應(yīng)用于乳制品、飲料、低脂低熱量食品、烘焙食品、保健食品中。我國(guó)衛(wèi)生部也于09年批準(zhǔn)菊粉為新資源食品。在此契機(jī)下我國(guó)的菊粉產(chǎn)業(yè)正在蓬勃的發(fā)展，但我國(guó)生產(chǎn)的菊粉質(zhì)量與歐洲大廠如ORAFTI公司生產(chǎn)的菊粉存在差距，其中主要的差距就在于產(chǎn)品的顏色和灰分含量。

在我國(guó)生產(chǎn)菊粉絕大部分都是以菊芋為原料，菊芋汁中存在著大量的有色物質(zhì)，他們的來(lái)源有5種途徑：①存在于菊芋組織中的天然色素；②菊芋汁中無(wú)色前體物質(zhì)通過(guò)酶促褐變形成有色物質(zhì)；③通過(guò)非酶促褐變（包括美拉德反應(yīng)、焦糖化反應(yīng)、以及堿降解反應(yīng)）形成有色物質(zhì)；④由加工設(shè)備或工藝條件引起的顏色；⑤菊芋汁中微生物活動(dòng)生成的有色物質(zhì)。

離子交換纖維是以合成纖維材料為基礎(chǔ)的離子交換介質(zhì)，經(jīng)過(guò)特殊處理，使其含有活動(dòng)離子，具有較好的置換除色作用，無(wú)毒，在制藥工業(yè)、水處理有較廣泛的應(yīng)用。離子交換纖維與普通離子交換樹(shù)脂不同，其內(nèi)部成絲狀，同一體積的離子交換纖維要比普通顆粒樹(shù)脂表面積大20倍左右，吸附能力強(qiáng)，所以脫色效果非常好。離子交換纖維廣泛應(yīng)用于化工、制藥、水處理、輕工食品、制糖、農(nóng)副產(chǎn)品加工等行業(yè)。

1 材料及儀器

菊芋，本地購(gòu)買(mǎi)。FIBAN K-1強(qiáng)酸性離子交換纖維，白俄羅斯；FIBAN A-6（N） 強(qiáng)堿性離子交換纖維，白俄羅斯；HD-8強(qiáng)酸性樹(shù)脂，華東理工大學(xué)；D213強(qiáng)堿性樹(shù)脂，華東理工大學(xué)。

北京普析TU-1901型可見(jiàn)分光光度計(jì)，用于測(cè)定菊芋汁溶液的色值；Sartorius酸度計(jì)，用于測(cè)定溶液pH值。

2 脫色效果測(cè)定方法

在實(shí)驗(yàn)用小型離子交換樹(shù)脂柱中分別裝入等干質(zhì)量的樹(shù)脂和離子交換纖維，以相同的流速通過(guò)菊芋汁，流出液定時(shí)取樣，分別用分光光度計(jì)測(cè)定560 nm下的吸光度，計(jì)算色值（單位為IU）。

式中：D（λ）—560 nm處測(cè)得的吸光度；

b—比色皿厚度，cm；

c—樣品固溶物濃度，g/mL。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與討論

3.1 離子交換纖維與離子交換樹(shù)脂脫色效果的對(duì)比研究

為了選擇最佳的吸附脫色材料，選用目前常用的兩種離子交換樹(shù)脂與離子交換纖維進(jìn)行菊芋汁脫色對(duì)比試驗(yàn)。選用等體積的HD-8離子交換樹(shù)脂和K-1離子交換纖維轉(zhuǎn)為H+型、D213離子交換樹(shù)脂和A-6（N） 離子交換纖維轉(zhuǎn)為OH-型后，再對(duì)等量的菊芋汁進(jìn)行脫色試驗(yàn)，試驗(yàn)用菊芋汁pH值為6.85，色值為2 568IU。采用TU-1901型可見(jiàn)分光光度計(jì)分別測(cè)定吸光度計(jì)算其色值，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 H+型、OH-型離子交換纖維與離子交換樹(shù)脂對(duì)菊芋汁色素吸附的色值曲線

由圖1可知，強(qiáng)堿性離子交換纖維用于菊芋汁脫色效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于離子交換樹(shù)脂。采用強(qiáng)堿性離子交換纖維對(duì)清汁進(jìn)行脫色，流出液色值低，連續(xù)使用50 min后開(kāi)始飽和；而采用離子交換樹(shù)脂進(jìn)行脫色，其色值比用強(qiáng)堿性離子交換纖維的色值高，并且35 min后離子交換樹(shù)脂開(kāi)始飽和。這是由于離子交換纖維與離子交換樹(shù)脂相比，具有比表面積大、交換速度快的特點(diǎn)。因此，離子交換纖維的傳質(zhì)速率、交換量遠(yuǎn)大于離子交換樹(shù)脂，并且同時(shí)也能滿足高通量交換過(guò)程的需要。

由于酸堿對(duì)環(huán)境危害較大、并且價(jià)格較高、運(yùn)輸不方便，我們考慮把樹(shù)脂轉(zhuǎn)換成Na+和Cl-型，即只用NaCl即可再生，若結(jié)果可行將為生產(chǎn)節(jié)省成本。

選用等體積的HD-8離子交換樹(shù)脂和K-1離子交換纖維轉(zhuǎn)為Na+型、D213離子交換樹(shù)脂和A-6（N） 離子交換纖維轉(zhuǎn)為Cl-型，再重復(fù)上述試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 Na+型、Cl-型離子交換纖維與離子交換樹(shù)脂對(duì)菊芋汁色素吸附的色值曲線

由圖2可知，強(qiáng)堿性離子交換纖維好于強(qiáng)酸性離子交換纖維，飽和時(shí)間有所降低，為45 min，而離子交換樹(shù)脂的脫色效果相對(duì)較差。轉(zhuǎn)換為Cl-型的強(qiáng)堿性離子交換纖維脫色效果比OH-型的稍有降低，但由于節(jié)省成本，對(duì)環(huán)境污染小，所以有利用的價(jià)值。

3.2 強(qiáng)酸強(qiáng)堿離子交換纖維混裝脫色試驗(yàn)

在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)強(qiáng)堿性離子交換纖維脫色的菊芋汁再用強(qiáng)酸性離子交換纖維脫色可以令色值進(jìn)一步降低，經(jīng)過(guò)強(qiáng)酸性離子交換纖維脫色的菊芋汁再用強(qiáng)堿性離子交換纖維脫色同樣也可以令色值進(jìn)一步降低。所以我們可以在一個(gè)樹(shù)脂柱中裝入一定比例的強(qiáng)酸性離子交換纖維和強(qiáng)堿性離子交換纖維，使脫色效果達(dá)到最佳。

不同體積比的兩種離子交換纖維混裝的脫色效果試驗(yàn)，將強(qiáng)酸性離子交換纖維和強(qiáng)堿性離子交換纖維按一定體積比裝填于樹(shù)脂柱中，將菊芋汁通入樹(shù)脂中脫色，待流出液基本穩(wěn)定時(shí)取樣測(cè)定色值。本試驗(yàn)收集流出15 min時(shí)的試樣測(cè)定色值。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同混裝體積比對(duì)菊芋汁的脫色效果

由表1可知，當(dāng)強(qiáng)酸性離子交換纖維體積為60%、強(qiáng)堿性離子交換纖維體積為40%時(shí)，脫色效果最佳，并且脫色效果明顯好于單獨(dú)使用強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性離子交換纖維時(shí)的效果，色值比單獨(dú)使用強(qiáng)堿性離子交換纖維降低了41%。

4 結(jié)論

a)采用離子交換纖維對(duì)菊芋汁的脫色效果明顯好于離子交換樹(shù)脂。

b)強(qiáng)堿性陰離子交換纖維對(duì)菊芋汁具有高的脫色效果。

c)以強(qiáng)酸性離子交換纖維與強(qiáng)堿性離子交換纖維按6∶4體積比混裝脫色柱，脫色效果達(dá)到最佳。

［1］許勤虎.菊芋（洋姜）的產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)應(yīng)用研究［J］.山西食品工業(yè)，2001（2）：33-34.

［2］BENTO.Separation of sugar colorants through sucrose chromatography［J］.Int Sugar J，1993，95（1 138）：391-394.

［3］黃偉干，陳屏剛.制糖工業(yè)分析［M］.北京：輕工業(yè)出版社，1981.

［4］陶祖貽，趙愛(ài)民，鄭成法，等.離子交換平衡及動(dòng)力學(xué)［M］.北京：原子能出版社，1989.

Study on decoloration ofjerusalem artichoke juice by lon-exchange fiber and lon-exchange resin

XUYong-hu1**GUOHua1WANGYong-le1LIRui-ying1LIUYun1HUYa-jun1XUQin-hu1LIUXiao-ou2
（1Tianjin research institute ofindustrial microbiology，Tianjin 300462，China）
（2Tianjin institute ofurban construction，Tianjin 300384，China）

A study on decoloration of jerusalem artichoke juice by ion-exchange fiber and ion-exchange resin was introduced in this paper.The effects of decoloration bydifferent types of ion-exchange fiber independent and mix-filling were investigated.The results showed that mix-filling of 40%strong acidic ion-exchange fiber with 60%strong alkaline ion-exchange fiber got the lowest color value and the color value dropped by 41%than using strong alkaline ion-exchange fiber independently.

ion-exchange fiber； decoloration； mixfilling

天津市科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)09ZCKFNC 04800.

**徐勇虎，男，1975年出生，1999年畢業(yè)于天津科技大學(xué)，高級(jí)工程師。

2010-07-11