膜技術純化褐藻膠的工藝研究

周愛芬，鄒華蓉

(1.浙江麗水廣播電視大學，浙江 麗水 323000;2.湖北工業大學化學與環境工程學院，湖北 武漢 430068)

海帶(LaminariajaponicaAresch)是一種大型的褐藻，研究表明，海帶多糖具有抗癌、防癌、增強免疫等功能，且有預防高血壓及動脈硬化、有助于減肥等特殊功效[1,2]。海帶多糖主要有3種，分別是褐藻膠、褐藻糖膠及褐藻淀粉。其中，褐藻膠在海帶中含量最豐富，約為19.7%，在食品工業中可以作為增稠劑、穩定劑、澄清劑、膠凝劑、粘結劑等；褐藻糖膠是一種存在于細胞間的水溶性多糖物質，含量一般在0.3%～1.5%；褐藻淀粉是一種細胞內多糖，含量一般為1%左右[3]。

海帶多糖的提取工藝較多，包括熱水浸提法、堿浸提法、酸浸提法、超聲輔助浸提法、微波浸提法、酶浸提法等[4]。傳統純化工藝直接對提取液進行醇沉或鈣沉，利用氯化鈣與褐藻膠作用形成褐藻酸鈣沉淀，將褐藻膠分離出來，純度不高，試劑用量大。作者在此采用膜技術純化海帶酸性提取液中褐藻膠，對純化工藝條件進行了優化。

1 實驗

1.1 材料、試劑與儀器

海帶，市售。洗凈風干后，在60 ℃下干燥10 h，粉碎，即得海帶粉。

諾維信480L型中溫淀粉酶，南京林諾工貿有限公司；其它試劑均為分析純。

旋轉粘度計，上海衡平儀器儀表廠；膜技術設備，湖北工業大學膜技術研究所；FA-N/JA-N型電子天平，上海民橋精密科學儀器有限公司；真空干燥箱，上海福瑪實驗設備有限公司；SHZ-Ⅲ型循環水真空泵，江蘇金壇曉陽電子儀器廠；砂芯坩堝，上海越磁電子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 海帶酸性提取液的制備

稱取適量海帶粉，調pH值為2，在浸提溫度為70 ℃、液固比為8∶1的條件下浸提2 h，用離心機離心，得到浸提液。重復浸提3次，將浸提液混合，調pH值為6.0，即得海帶酸性提取液。

1.2.2 海帶酸性提取液的膜除雜處理

取海帶酸性提取液，分別選用微濾膜(MF)和超濾膜(UF)對其進行除雜處理，得到濾液和濃縮液。測量并計算各膜的平均膜通量、濃縮倍數、褐藻膠質量指標，比較分析以上數據以確定膜除雜工藝。膜的規格和工藝參數如表1所示。

表1 膜的規格及工藝參數

1.2.3 海帶酸性提取液先酶解再膜除雜處理

由于海帶酸性提取液中含有一定量的褐藻淀粉，其分子量較大，容易堵塞膜孔，在膜表面形成膠體，不利于膜運行，因此先用淀粉酶將褐藻淀粉酶解，然后再進行膜除雜純化。

1.2.3.1 酶解條件的確定

根據諾維信480L型中溫淀粉酶的酶解條件，選擇相應的因素和水平，以海帶酸性提取液中葡萄糖的含量為指標，進行正交實驗，得到最佳酶解條件。正交實驗的因素與水平見表2。

表2 正交實驗的因素與水平

1.2.3.2 膜除雜處理

對淀粉酶酶解后的海帶酸性提取液再進行膜除雜處理，方法同1.2.2。膜的規格及工藝參數見表1。

1.3 分析檢測

將待測樣品干燥成固體，分別根據GB 1976-2008[5]附錄A、附錄D、附錄E測定粘度、灰分、水不溶物。

膜瞬時通量J(L·m-2·h-1)、膜平均通量J0(L·m-2·h-1)、膜濃縮倍數N分別依下式計算：

式中：V為透過液體積，L；T為取樣時間，h；A為膜面積，m2；T0為膜工作時間，h；W0為過膜終止時透過液體積，L；W為起始液的體積，L。

2 結果與討論

2.1 膜除雜處理效果

微濾膜和超濾膜處理海帶酸性提取液的膜通量隨時間的變化如圖1所示。

圖1 微濾膜(a)、超濾膜(b)的膜通量隨時間的變化

由圖1可知，微濾膜和超濾膜在運行過程中膜通量不斷減小，長時間的運行會使膜組件受到嚴重的污染。

微濾膜和超濾膜處理海帶酸性提取液的運行結果如表3所示。

表3 膜運行結果

由表3可知，微濾膜平均膜通量明顯大于超濾膜，其濃縮倍數略大于超濾膜。這是因為超濾膜孔徑更小，攔截了更多的物質。

微濾膜和超濾膜處理海帶酸性提取液的褐藻膠的質量指標如表4所示。

表4 褐藻膠的質量指標

由表4可知，微濾膜濾液粘度更高，說明褐藻膠損失更多，因此，為提高褐藻膠的收率，宜選用超濾膜處理海帶酸性提取液。

2.2 淀粉酶酶解條件優化

酶解條件正交實驗的結果與分析見表5。

表5 酶解條件正交實驗及結果分析

由表5可知，用諾維信480L型中溫淀粉酶進行酶解，各因素對海帶酸性提取液中葡萄糖含量的影響大小依次為：pH值>酶加量>酶解溫度>酶解時間。最佳條件為A1B2C1D1，即：pH值6.0，酶加量0.3‰，酶解溫度50 ℃，酶解時間2 h。

2.3 酶解后膜除雜處理效果

微濾膜和超濾膜處理酶解后海帶酸性提取液的膜通量隨時間的變化如圖2所示。

圖2 微濾膜(a)、超濾膜(b)的膜通量隨時間的變化

由圖2可知，微濾膜與超濾膜處理淀粉酶酶解前后提取液的膜通量變化趨勢相同，但處理酶解后提取液的膜通量均有所增大。

微濾膜和超濾膜處理酶解后海帶酸性提取液的運行結果如表6所示。

表6 膜運行結果

由表6可知，膜處理淀粉酶酶解前后提取液的濃縮倍數相差不大，但處理酶解后提取液的膜通量明顯增大，分別提高了34.3%和27.3%。這是因為，酶解后褐藻淀粉大部分轉化為葡萄糖溶于濾液中，膜攔截的物質減少，膜通量增大，但因褐藻淀粉含量少，濃縮倍數變化不明顯。

微濾膜和超濾膜處理酶解后海帶酸性提取液的褐藻膠質量指標如表7所示。

表7 褐藻膠的質量指標

由表7可知，超濾膜處理的褐藻膠的質量指標變化不大(接近國標規格)，損失量很小，對于除雜純化有較好的優勢。因此，先將提取液中的褐藻淀粉酶解，然后再采用超濾膜除雜，可以有效地減少海帶酸性提取液中褐藻淀粉的含量、提高褐藻膠的含量，同時提高膜通量，達到提高純化效果的目的。

3 結論

(1)超濾膜純化海帶酸性提取液中褐藻膠較微濾膜的收率更高。

(2)最佳的諾維信480L型中溫淀粉酶酶解條件為：pH值6.0，酶加量0.3‰，酶解溫度50 ℃，酶解時間2 h。

(3)加入諾維信480L型中溫淀粉酶酶解后，微濾膜和超濾膜的膜通量分別提高了34.3%和27.3%，但對褐藻膠的質量指標影響較小。

(4)確定的優化方案為：先將提取液中的淀粉酶解，再采用超濾膜除雜，所得濃縮液的質量接近國標規格，褐藻膠損失很小。

[1] 陳鏡欽,胡雪瓊.海帶多糖的初步研究[J].湛江海洋大學學報，2003,23(6)：69-71.

[2] 高夢祥,劉恒蔚,宗明遠.采用微波技術提取海帶多糖的工藝研究[J].食品研究與開發，2006,27(8)：69-72.

[3] 吳鳳娜,張玲.海帶多糖及其提取方法[J].山東食品發酵，2011,(3)：36-38.

[4] 張慧玲,任秀蓮,魏琦峰,等.酶法提取純化海帶多糖的工藝[J].食品研究與開發，2007,28(10)：101-104.

[5] GB 1976-2008，食品添加劑 褐藻酸鈉[S].