王建棟，吳 越，陶 陽，韓永斌,*，周劍忠，葉曉松，葉淑嫻，鄔 超，葉明儒

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)部農(nóng)畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量控制重點(diǎn)開放實驗室，江蘇 南京 210095；

2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014；3.鎮(zhèn)江市智海食品有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

藍(lán)莓果渣主要是在藍(lán)莓果汁和果酒加工過程中產(chǎn)生的，目前這些果渣除了少量用作飼料和肥料外，大多數(shù)作為廢物而廢棄，造成極大的浪費(fèi)和環(huán)境污染，亟待尋找有效的利用途徑。藍(lán)莓果渣中富含的花色苷，作為自然界中一類具有類黃酮結(jié)構(gòu)的天然水溶性色素，具有抗動脈硬化[1]、抗衰老[2]和改善光誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜病變[3]等功能。因此，選擇一種恰當(dāng)?shù)幕ㄉ仗崛》蛛x方式具有重要意義。

生物吸附富集法利用某些細(xì)菌、真菌、藻類和生物質(zhì)等生物吸附劑對水溶液中重金屬離子、染料或酚類物質(zhì)等進(jìn)行吸附和富集，以達(dá)到某些目的[4-6]。它作為一種高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的新興方法，具有很大的研究價值。目前，從藍(lán)莓渣中提取花色苷的方法主要有溶劑萃取法、超聲波輔助提取法、酶解輔助提取法等，但這些非生物吸附富集方法均存在提取效率低、能耗大、溶劑殘留量大等缺點(diǎn)[7]；因此生物吸附劑在花色苷分離純化方面的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)[8-11]。廢啤酒酵母生物吸附劑是啤酒生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，因其具有成本低廉和吸附特異性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)而在生物吸附領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，廢啤酒酵母較多地用于金屬離子[12-13]和染料[14-15]吸附，但吸附富集花色苷的報道較少。Stafussa等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在溫度25 ℃、轉(zhuǎn)速140 r/min和吸附時間2 h條件下，廢啤酒酵母對葡萄渣提取物中花色苷的吸附量為1.335 mg/g，該結(jié)果表明廢啤酒酵母對花色苷具有很好的吸附效果。

近年來，超聲波技術(shù)被應(yīng)用到生物吸附研究中，超聲輔助吸附主要是利用超聲波產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化效應(yīng)增強(qiáng)液相質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動，強(qiáng)化固-液兩相的傳質(zhì)過程，從而提高吸附速率和吸附量[16-17]。Gupta等[16]利用改性西瓜皮吸附污水中的銅離子，發(fā)現(xiàn)振蕩條件下達(dá)到吸附平衡時間為60 min，而90 W超聲條件下僅為20 min，吸附速率顯著提高；Djelloul等[17]采用水飛薊籽粉吸附水溶液中的亞甲基藍(lán)染料，結(jié)果表明，30 W和60 W超聲條件下的吸附量分別比常規(guī)吸附高27.07%和82.17%。

關(guān)于描述吸附劑或生物吸附劑分離純化花色苷過程的動力學(xué)模型主要有Lagergren一級動力學(xué)模型、二級動力學(xué)模型和粒子內(nèi)擴(kuò)散模型[11,18]，等溫吸附模型主要有Langmuir、Freundlich、Temkin和Dubinine-Radushkevich等[11,19]。Stafussa等[11]利用廢啤酒酵母對葡萄渣提取物中的花色苷進(jìn)行吸附，并研究了其吸附過程中的動力學(xué)和熱力學(xué)特性，結(jié)果表明Lagergren二級動力學(xué)模型和Temkin等溫吸附模型對其吸附過程具有更好的模擬效果。

因此，本研究選擇啤酒廠的廢啤酒酵母作為吸附劑，首先對靜置、水浴振蕩與超聲波輔助廢啤酒酵母吸附藍(lán)莓渣中花色苷的效果進(jìn)行了比較，然后考察了吸附時間、超聲強(qiáng)度、吸附溫度和藍(lán)莓渣提取液中花色苷初始質(zhì)量濃度對廢啤酒酵母吸附藍(lán)莓渣中花色苷的影響，在此基礎(chǔ)上對吸附前后單體花色苷組分變化、吸附動力學(xué)、等溫吸附模型和吸附機(jī)制進(jìn)行了初步分析，旨在為超聲波輔助廢啤酒酵母吸附分離藍(lán)莓渣中花色苷的工藝提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍(lán)莓（品種‘Garden blue’），由江蘇省南京市溧水藍(lán)莓種植基地提供，2016年7月采摘、洗凈和榨汁后得到的果渣于－18 ℃貯藏備用；廢啤酒酵母泥由青島啤酒股份有限公司科研開發(fā)中心提供，于－18 ℃貯藏備用。

三氟乙酸和乙腈（色譜純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；溴化鉀（光譜純） 上海源葉生物科技有限公司；飛燕草色素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、芍藥色素-3-葡萄糖苷、錦葵色素-3-半乳糖苷、錦葵色素-3-葡萄糖苷、錦葵色素-3-阿拉伯苷（標(biāo)準(zhǔn)品）美國Sigma公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

LSHZ-300冷凍水浴恒溫振蕩器 江蘇太倉市實驗設(shè)備廠；CKDC-1006程序控溫低溫恒溫浴槽 南京凡帝朗信息科技有限公司；VCX130超聲波細(xì)胞破碎儀美國Sonics公司；IR100傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）儀 美國Nicolet公司；1200高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）儀 美國安捷倫公司。

1.3 方法

1.3.1 廢啤酒酵母凍干粉制備

參照Stafussa等[11]的方法并稍加修改。用蒸餾水將廢啤酒酵母泥清洗3 遍后冷凍干燥，粉碎過100 目篩，得到的廢啤酒酵母封裝于鋁箔袋內(nèi)，置于干燥器中備用。

1.3.2 藍(lán)莓渣花色苷的提取

參照Cui Chun等[20]的方法并稍加修改。藍(lán)莓渣常溫下避光解凍后，稱取100 g藍(lán)莓渣，以料液比1∶15（m/V）浸漬于pH 2、體積分?jǐn)?shù)為50%的鹽酸-乙醇溶液中，室溫下浸提12 h后，5 000 r/min離心15 min，收集上清液，于－18 ℃貯藏備用。

1.3.3 靜置、水浴振蕩與超聲波輔助廢啤酒酵母吸附藍(lán)莓渣提取液中花色苷

靜置吸附：準(zhǔn)確稱取300 mg廢啤酒酵母凍干粉于100 mL錐形瓶中，加入50 mL花色苷質(zhì)量濃度為180 mg/L的藍(lán)莓渣提取液（pH 2.0），在40 ℃條件下放置120 min。分別在0、5、10、20、30、45、60、90 min和120 min時吸取樣液500 μL，10 000 r/min離心5 min，收集上清液測定總花色苷含量，并計算其吸附量。

水浴振蕩輔助吸附：準(zhǔn)確稱取300 mg廢啤酒酵母凍干粉于100 mL錐形瓶中，加入50 mL花色苷質(zhì)量濃度為180 mg/L的藍(lán)莓渣提取液（pH 2.0），在40 ℃、160 r/min條件下處理120 min，后續(xù)處理同靜置吸附。

超聲波輔助吸附：準(zhǔn)確稱取300 mg廢啤酒酵母凍干粉于100 mL錐形瓶中，加入50 mL花色苷質(zhì)量濃度為60～240 mg/L的藍(lán)莓渣提取液（pH 2.0），在20～40 ℃溫度和超聲強(qiáng)度199～394 W/L條件下處理120 min，后續(xù)處理同靜置吸附。

1.3.4 吸附模型

1.3.4.1 動力吸附模型

準(zhǔn)確稱取300 mg廢啤酒酵母凍干粉于100 mL錐形瓶中，加入50 mL花色苷質(zhì)量濃度為180 mg/L的藍(lán)莓渣提取液，在394 W/L超聲強(qiáng)度和20、30、40 ℃不同溫度梯度下進(jìn)行超聲波輔助吸附120 min。分別在0、5、10、20、30、45、60、90 min和120 min時吸取樣液500 μL，10 000 r/min離心5 min，收集上清液測定總花色苷含量，并計算其吸附量。本研究采用Lagergren一級動力學(xué)方程（式（1））和二級動力學(xué)方程（式（2））[11,18]對不同溫度下的吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。

式中：qt為t時刻的花色苷吸附量/（mg/g）；qe為平衡時的花色苷吸附量/（mg/g）；t為吸附時間/min；k1為一級動力學(xué)速率常數(shù)/min－1；k2為二級動力學(xué)速率常數(shù)/（g/（mg·min））。

1.3.4.2 等溫吸附模型

準(zhǔn)確稱取300 mg廢啤酒酵母凍干粉于100 mL錐形瓶中，加入50 mL花色苷質(zhì)量濃度為60～180 mg/L的藍(lán)莓渣提取液，在超聲強(qiáng)度為394 W/L、溫度為40 ℃條件下進(jìn)行超聲波輔助吸附120 min。在120 min時吸取樣液500 μL，10 000 r/min離心5 min，收集上清液測定總花色苷含量，并計算其吸附量。為了描述花色苷吸附過程中吸附平衡關(guān)系，本研究采用Freundlich等溫吸附方程（式（3））和Temkin等溫吸附方程（式（4））對得到的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合[11,19]。

式中：KF/（L/g）、n為經(jīng)驗常數(shù)；ρe為平衡質(zhì)量濃度/（mg/L）；A為最大吸附量的平衡常數(shù)/（L/mg）；bT為Temkin等溫吸附常數(shù)/（kJ/mol）；T為絕對溫度/K；R為理想氣體常數(shù)（8.314 J/（K·mol））。

1.3.5 分析與測試方法

1.3.5.1 花色苷含量和吸附量的測定

總花色苷含量用分光光度法測定[21]。將乙醇、水、鹽酸三者按體積比69∶30∶1混合，配制成溶液，樣品用此溶液稀釋，于520 nm波長處測定吸光度（A520nm）?？偦ㄉ召|(zhì)量濃度以每升藍(lán)莓渣提取液中含有的錦葵色素-3-葡萄糖苷質(zhì)量計。按公式（5）計算。

式中：d表示樣品的稀釋倍數(shù)。

花色苷吸附量計算見公式（6）[19]。

式中：qt為t時刻廢啤酒酵母對花色苷的吸附量/（mg/g）；ρ0為藍(lán)莓渣花色苷提取液的初始質(zhì)量濃度（mg/L）；ρt為花色苷提取液t時刻的質(zhì)量濃度/（mg/L）；V為溶液總體積/mL；m為廢啤酒酵母質(zhì)量/mg。

1.3.5.2 吸附前后花色苷組分分析

參考Cui Chun等[20]的高效液相色譜法，并稍作修改。對吸附前的藍(lán)莓渣花色苷提取液和在超聲強(qiáng)度為394 W/L、溫度為40 ℃條件下吸附后的藍(lán)莓渣花色苷提取液進(jìn)行HPLC分析，色譜柱為TC-C18。

1.3.5.3 吸附前后廢啤酒酵母FTIR變化

參照Stafussa等[11]方法進(jìn)行FTIR測定。將未吸附藍(lán)莓渣花色苷的廢啤酒酵母和在超聲強(qiáng)度394 W/L、溫度40 ℃條件下吸附藍(lán)莓渣花色苷后的廢啤酒酵母冷凍干燥，按照1∶100（m/m）的比例加入光譜純溴化鉀，充分研磨混合后，用壓片機(jī)壓成透明薄片，利用FTIR儀（400～4 000 cm－1波數(shù)范圍內(nèi)）分析吸附前后廢啤酒酵母表面化學(xué)官能團(tuán)的變化。

1.4 數(shù)據(jù)分析

實驗均重復(fù)均3 次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，采用Excel 2007軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，采用SPSS 20.0最小顯著性差異法（least-significant difference，LSD）進(jìn)行差異顯著性檢驗，P＜0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜置、水浴振蕩與超聲波輔助廢啤酒酵母對藍(lán)莓渣中花色苷吸附量的影響

圖1 不同方式下廢啤酒酵母對藍(lán)莓渣中的花色苷吸附量Fig.1 Adsorption amounts of anthocyanins by waste beer yeast in different modes

由圖1可知，靜置、水浴振蕩與超聲波輔助廢啤酒酵母吸附花色苷量均隨吸附時間的延長呈現(xiàn)上升趨勢，并且在前20 min內(nèi)吸附速率較快，分別完成了吸附總量的60.64%、62.89%和70.11%。此后，吸附速率逐漸降低，直至120 min達(dá)到吸附平衡，隨后花色苷吸附量增幅較為平緩。這可能是在吸附反應(yīng)初期，啤酒酵母表面有大量活性吸附位點(diǎn)，溶液中的花色苷能夠迅速與活性位點(diǎn)結(jié)合，因此吸附反應(yīng)很容易進(jìn)行；隨著反應(yīng)的繼續(xù)，活性位點(diǎn)逐漸被占據(jù)，吸附開始變得緩慢，直至最后達(dá)到平衡[22]。

從圖1還可看出，在20 min時，超聲強(qiáng)度394 W/L下花色苷吸附效率達(dá)到70.11%，顯著高于靜置（60.64%）和水浴振蕩條件下的吸附效率（62.89%）（P＜0.05）。此后，超聲條件下花色苷吸附效率和吸附量始終最高。在120 min達(dá)到吸附平衡時，超聲條件下花色苷吸附量為9.69 mg/g，顯著高于靜置吸附的2.26 mg/g和振蕩輔助吸附的7.03 mg/g（P＜0.05）。因此，超聲波輔助廢啤酒酵母吸附花色苷的效果明顯優(yōu)于靜置和振蕩條件下的吸附效果。

2.2 超聲強(qiáng)度對廢啤酒酵母吸附藍(lán)莓渣花色苷的影響

由圖2可知，在不同超聲強(qiáng)度下，隨著吸附時間的延長，廢啤酒酵母對花色苷的吸附量均呈現(xiàn)上升的趨勢，并且在前20 min內(nèi)吸附速率較快，之后吸附變得緩慢，吸附速率顯著降低（P＜0.05），120 min時基本達(dá)到吸附平衡。吸附時間相同時，超聲強(qiáng)度越強(qiáng)，吸附速率越大，吸附量越高，總體表現(xiàn)為不同超聲強(qiáng)度對于花色苷吸附有顯著性影響（P＜0.05），199、279 W/L和394 W/L條件下的花色苷平衡吸附量分別為7.42、8.91、9.69 mg/g。這可能是超聲產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化效應(yīng)，加快傳質(zhì)和傳熱速度，從而促進(jìn)花色苷與啤酒酵母活性位點(diǎn)的結(jié)合，同時超聲波產(chǎn)生的振蕩作用加速了花色苷分子的擴(kuò)散，可以極大地提高吸附效率和吸附量[16]。當(dāng)然超聲強(qiáng)度過高時，因超聲空化作用產(chǎn)生的高溫高壓不僅會使酵母細(xì)胞壁破裂，同時花色苷也會發(fā)生降解，致使廢啤酒酵母對花色苷的吸附能力下降[7,23]。

2.3 超聲處理溫度對廢啤酒酵母吸附藍(lán)莓渣花色苷的影響

由圖3可知，不同溫度條件下，隨著吸附時間的延長，廢啤酒酵母對花色苷的吸附量均呈現(xiàn)上升趨勢，且在前20 min內(nèi)吸附速率較快，之后吸附速率逐漸降低，在120 min基本達(dá)到吸附平衡。在相同的時間間隔內(nèi)，隨著溫度的升高，廢啤酒酵母菌對花色苷的吸附量增加，但是變化并不顯著（P＞0.05），20、30 ℃和40 ℃條件下的花色苷平衡吸附量分別為9.15、9.37 mg/g和9.69 mg/g。這可能是在較高的溫度條件下，酵母表面一些吸附位點(diǎn)被活化，并且花色苷分子運(yùn)動速率加快，與酵母表面接觸機(jī)會增多，從而促進(jìn)花色苷與啤酒酵母活性位點(diǎn)的結(jié)合，使得吸附量變大[22]。從實際生產(chǎn)的耗能和經(jīng)濟(jì)方面考慮，廢啤酒酵母菌對藍(lán)莓渣花色苷的生物吸附在常溫下進(jìn)行更為合理。

2.4 藍(lán)莓渣提取液中花色苷初始質(zhì)量濃度對超聲輔助廢啤酒酵母吸附花色苷的影響

由圖4可知，廢啤酒酵母菌對花色苷的平衡吸附量隨著花色苷初始質(zhì)量濃度的增大而增加。這可能是當(dāng)初始花色苷質(zhì)量濃度增大時，花色苷與酵母吸附劑之間的有效碰撞概率增大，從而使得平衡吸附量增加[17]。當(dāng)花色苷初始質(zhì)量濃度大于180 mg/L時，廢啤酒酵母對花色苷的平衡吸附量增加緩慢，其吸附容量接近飽和，即廢啤酒酵母對花色苷的最大吸附量達(dá)到9.69 mg/g左右。一方面可能是因為較高的花色苷質(zhì)量濃度容易增加固-液之間的傳質(zhì)阻力，導(dǎo)致花色苷分子向啤酒酵母表面遷移的動力下降[22]；另一方面，廢啤酒酵母表面的吸附位點(diǎn)基本上與花色苷結(jié)合完全，幾乎達(dá)到飽和狀態(tài)，從而導(dǎo)致較高花色苷質(zhì)量濃度條件下的平衡吸附量幾乎不發(fā)生變化[24]。綜合考慮吸附效率和吸附量，選取花色苷初始質(zhì)量濃度為180 mg/L較為合適。

圖4 藍(lán)莓渣花色苷初始質(zhì)量濃度對超聲輔助廢啤酒酵母吸附的影響Fig.4 Effect of initial anthocyanin concentration on biosorption of anthocyanins by waste beer yeast

2.5 吸附動力學(xué)分析

對溫度20、30 ℃和40 ℃和超聲強(qiáng)度394 W/L條件下得到的廢啤酒酵母菌對花色苷的吸附動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果如表1所示。在不同溫度下模擬得到的二級動力學(xué)方程比一級動力學(xué)方程能夠更好地擬合實驗結(jié)果，二級動力學(xué)方程的擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)r均大于0.999，而一級動力學(xué)方程的相關(guān)系數(shù)r僅為0.97左右。另外，根據(jù)二級動力學(xué)方程計算得到的平衡吸附量qe比一級動力學(xué)方程計算出的平衡吸附量更接近實驗得到的平衡吸附量（圖3），并且隨著溫度的升高，其吸附速率常數(shù)k1和平衡吸附量理論值qe也增大，與之前不同溫度梯度下的吸附實驗結(jié)果相一致（圖3）。這表明二級動力學(xué)模型能夠很好地模擬廢啤酒酵母對花色苷的吸附過程，也說明廢啤酒酵母對花色苷的吸附是一個化學(xué)作用的過程[18]。Stafussa等[11]對廢啤酒酵母對葡萄渣花色苷吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行動力學(xué)分析，證明二級動力學(xué)模型擬合效果最佳，相關(guān)系數(shù)r為0.989，qe為1.347 mg/g。Buran等[25]利用FPX66、XAD4和XAD7HP 3 種大孔樹脂對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行吸附特性研究，發(fā)現(xiàn)二級動力學(xué)模型比一級動力學(xué)模型擬合效果更好，相關(guān)系數(shù)r均大于0.99。

表1 一級和二級動力學(xué)模型基本參數(shù)及相關(guān)系數(shù)Table1 Kinetic parameters of pseudo-first order and pseudo-second order models

2.6 等溫吸附線性相關(guān)性分析

為了描述超聲波輔助啤酒酵母吸附花色苷過程中的吸附平衡關(guān)系，本研究選擇Freundlich等溫吸附方程和Temkin等溫吸附方程對花色苷吸附過程進(jìn)行分析。Freundlich等溫吸附模型為經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，它假設(shè)吸附劑表面的吸附位點(diǎn)并非均勻分布，同時是在各種非理想條件下發(fā)生的多分子層吸附；Temkin等溫吸附模型是一種單分子層吸附模型，它假定固體吸附劑表面是不均勻的，同時吸附過程的吸附自由能是其表面覆蓋的作用，微分吸附熱隨表面覆蓋度線性下降[11,19]。

表2 Freundlich和Temkin等溫吸附模型擬合基本參數(shù)及相關(guān)系數(shù)Table2 Parameters of Langmuir and Temkin isotherm models for biosorption of anthocyanins by waste beer yeast

由表2可知，采用Temkin等溫吸附模型對花色苷吸附實驗數(shù)據(jù)擬合時，線性相關(guān)性較好，相關(guān)系數(shù)r達(dá)到0.995 3，這表明Temkin等溫吸附模型能較好地描述廢啤酒酵母菌對藍(lán)莓渣花色苷的吸附行為。Stafussa等[11]采用4 種等溫吸附模型對廢啤酒酵母菌吸附葡萄渣花色苷過程進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Temkin等溫吸附模型擬合效果最好，相關(guān)系數(shù)r達(dá)到0.996 0，其他3 種模型擬合效果則較差。

實驗數(shù)據(jù)用Freundlich等溫吸附模型擬合時，也表現(xiàn)出了較好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.978 1。本研究計算得到n＝1.030 5，根據(jù)以前研究[11,26]，當(dāng)1＜n＜10時，表明吸附容易進(jìn)行，且廢啤酒酵母菌對藍(lán)莓渣花色苷的吸附為優(yōu)惠吸附；當(dāng)1＜1/n＜2時，表明固體吸附劑的表面是不均勻的，即此吸附是在表面不均勻的體系下發(fā)生的。

2.7 吸附前后藍(lán)莓渣單體花色苷分析

參考Li Chunyang等[27]的研究結(jié)果，并結(jié)合前期HPLC-質(zhì)譜（mass spectrometer，MS）結(jié)構(gòu)鑒定結(jié)果可知，藍(lán)莓渣中所含的主要單體花色苷為飛燕草色素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、芍藥色素-3-葡萄糖苷、錦葵色素-3-半乳糖苷、錦葵色素-3-葡萄糖苷和錦葵色素-3-阿拉伯苷（圖5A）。

采用HPLC分析吸附前后藍(lán)莓渣中的單體花色苷成分，結(jié)果表明，廢啤酒酵母對各種單體花色苷進(jìn)行了不同程度的吸附，其中，對錦葵色素-3-葡萄糖苷的吸附率最高（31.48%），對芍藥色素-3-葡萄糖苷的吸附率最低（20.97%）（表3），這與Mazzaracchio等[28]的研究結(jié)果相似。廢啤酒酵母對各種花色苷吸附程度的差異可能與其化學(xué)結(jié)構(gòu)相關(guān)，B環(huán)上羥基數(shù)量的增加和糖苷基團(tuán)的減少可能會使花色苷吸附量升高。

圖5 吸附前（A）和吸附后（B）藍(lán)莓渣中花色苷HPLC圖Fig.5 HPLC chromatograms of blueberry pomace anthocyanins before (A) and after (B) biosorption

表3 吸附前后藍(lán)莓渣中主要單體花色苷含量的變化Table3 Changes in anthocyanin composition of blueberry pomace before and after biosorption

2.8 吸附前后廢啤酒酵母的表征分析

對吸附花色苷前后的廢啤酒酵母官能團(tuán)變化進(jìn)行FTIR測定，采用OMNIC 8.0軟件進(jìn)行分析，結(jié)果如圖6所示。通過查閱文獻(xiàn)[11,16,18]可知，吸附前的廢啤酒酵母主要在以下幾處有吸收峰（圖6A）：3 289.86（—OH或—NH2）、2 925.43（—CH2）、1 638.31（酰胺基團(tuán)Ⅰ帶）、1 584.22（酰胺基團(tuán)Ⅱ帶）、1 453.92（C—OH）、1 245.46 cm－1（酰胺基團(tuán)Ⅲ帶）和1 042.13 cm－1（C—O—C或C—O）。在廢啤酒酵母吸附花色苷后（圖6B），3 289.86 cm－1處吸收峰移動到3 287.71 cm－1，可能是基于—OH或—NH2的伸縮振動作用；吸附后1 638.31 cm－1和1 245.41 cm－1處的吸收峰分別移動到1 627.94 cm－1和1 234.58 cm－1，1 584.22 cm－1處的吸收峰在吸附后消失，表明啤酒酵母表面的酰胺基團(tuán)參與了花色苷的吸附作用；吸附后1 453.92 cm－1和1 042.13 cm－1處的吸收峰分別移動到1 451.00 cm－1和1 044.63 cm－1，表明啤酒酵母多糖所含的某些官能團(tuán)在吸附過程中起到一定的作用。據(jù)報道，多酚類物質(zhì)中的大量酚羥基與蛋白質(zhì)主鏈的酰胺基（—C O N H），側(cè)鏈上的羥基（—O H）、氨基（—NH2）以及羧基（—COOH）以氫鍵的形式多點(diǎn)結(jié)合，并且啤酒酵母細(xì)胞壁富含多聚糖，多聚糖中的大量羥基也可通過氫鍵的作用吸附花色苷[29-30]。由此可知，蛋白質(zhì)和多糖物質(zhì)中的氨基、羥基和酰胺基團(tuán)在廢啤酒酵母吸附花色苷的過程中起著關(guān)鍵作用。

圖6 吸附前（A）和吸附后（B）廢啤酒酵母傅里葉變換紅外光譜圖Fig.6 FTIR spectra of waste beer yeast before (A) and after (B) biosorption

3 結(jié) 論

超聲強(qiáng)度394 W/L下花色苷吸附量顯著高于靜置吸附量和振蕩輔助吸附量（P＜0.05）；隨著吸附時間的延長，廢啤酒酵母對花色苷的吸附量增加，在120 min時基本達(dá)到吸附平衡；隨著超聲強(qiáng)度的增加和溫度的升高，廢啤酒酵母對花色苷的吸附量增加；在一定花色苷初始質(zhì)量濃度范圍內(nèi)（60～180 mg/L），廢啤酒酵母菌對花色苷的平衡吸附量隨著花色苷初始質(zhì)量濃度的增加而增加，當(dāng)大于180 mg/L時，其平衡吸附量增加緩慢。

在溫度30、40 ℃和50 ℃和超聲強(qiáng)度394 W/L條件下的吸附動力學(xué)行為表明，廢啤酒酵母對藍(lán)莓渣中花色苷的吸附過程較好地符合二級動力學(xué)模型（相關(guān)系數(shù)r＞0.999），3 個溫度條件下花色苷平衡吸附量分別為9.15、9.37 mg/g和9.69 mg/g。

在溫度40 ℃和超聲強(qiáng)度394 W/L條件下的等溫吸附研究表明，廢啤酒酵母對藍(lán)莓渣中花色苷的吸附過程可以用Freundlich和Temkin等溫吸附模型擬合，但是Temkin方程的模擬效果更好（相關(guān)系數(shù)r＞0.99）。

對吸附前后藍(lán)莓渣中的花色苷成分進(jìn)行HPLC分析可知，廢啤酒酵母對各種單體花色苷進(jìn)行了不同程度的吸附，錦葵色素-3-葡萄糖苷吸附率最高，芍藥色素-3-葡萄糖苷吸附率最低；FTIR分析得知廢啤酒酵母表面的氨基、羥基和酰胺基團(tuán)在廢啤酒酵母吸附花色苷的過程中起著關(guān)鍵作用。這些均表明廢啤酒酵母對花色苷具有良好的吸附效果。

綜上所述，廢啤酒酵母對吸附藍(lán)莓渣中花色苷而言是一種高效廉價的生物吸附劑，它在分離富集花色苷方面具有廣闊的應(yīng)用前景。