κ－卡拉膠脫色方法的研究

秦曉娟，王洪新，2，*，馬朝陽，黃林青，林玉惠，賀雪嬌

(1.江南大學食品學院，江蘇無錫 214122;

2.食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫 214122;

3.汕頭市捷成食品添加劑有限公司，廣東汕頭 515021;

4.汕頭市天悅輕工技術科技有限公司，廣東汕頭 515021)

κ－卡拉膠脫色方法的研究

秦曉娟1，王洪新1，2，*，馬朝陽1，黃林青3，林玉惠4，賀雪嬌1

(1.江南大學食品學院，江蘇無錫 214122;

2.食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫 214122;

3.汕頭市捷成食品添加劑有限公司，廣東汕頭 515021;

4.汕頭市天悅輕工技術科技有限公司，廣東汕頭 515021)

采用次氯酸鈉、過氧化氫、活性碳和大孔樹脂D113－Ⅲ、D201和D303對麒麟菜κ－卡拉膠進行脫色研究。比較κ－卡拉膠脫色率、多糖保留率和凝膠強度。結果表明，次氯酸鈉和過氧化氫脫色后，多糖保留率和凝膠強度較低;大孔樹脂D201和D113－Ⅲ多糖脫色率很低;活性炭脫色效果較好，但脫色后多糖溶液中殘留的活性炭難以清除，對多糖品質有一定影響;大孔樹脂D303的脫色效果較好，脫色率達到90.73%，多糖保留率85.76%，凝膠強度1103.7g/cm2。

麒麟菜，κ－卡拉膠，脫色，大孔樹脂

卡拉膠(Carrageenan，又稱角叉菜膠、鹿角菜膠)是從角叉菜(Chondrus)、麒麟菜(Eucheuma)、杉藻(Gigartina)及沙菜(Hypena)等多種紅藻中提取的幾種多糖的復雜混合物［1］，由1，3－β－D－吡喃半乳糖和1，4－α－D－吡喃半乳糖作為基本骨架交替連接而成［2］。κ－卡拉膠能形成硬的脆性膠［3］，其凝固性較好，粘度較低，適合做果凍，固定化酶載體和藥用膠囊等［4］，工業上應用最廣泛。κ－卡拉膠中的色素包括:葉綠素、類胡蘿卜素、色素蛋白(藻膽蛋白類)，以及生產過程中產生的色素如糖類分解物、擬黑色素、焦糖等［5］。κ－卡拉膠提取過程中色素的溶出會影響產品的品質，尤其是對透明度，粘度和凝膠強度等造成很大的影響［6］，而有關κ－卡拉膠脫色的研究少見報道。工業生產中多采用次氯酸鈉漂白，對卡拉膠分子結構破壞較大，造成產品質量不穩定［7］。本研究選取次氯酸鈉、過氧化氫、活性炭和大孔樹脂D113－Ⅲ、D201和D303對κ－卡拉膠進行脫色，通過測定脫色率、多糖保留率和凝膠強度以鑒定脫色效果，研究κ－卡拉膠的最佳脫色方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

麒麟菜(Eucheuma cottonii) 汕頭市捷成食品添加劑有限公司;氫氧化鉀、次氯酸鈉、過氧化氫、苯酚、濃硫酸等 均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

DL－360B型超聲波清洗器 上海之信儀器有限公司;DL－5型離心機 上海安亭科學儀器廠; TA－XT2型質構儀 英國MICRO STABLE SYSTEM; UV2000紫外可見分光光度計 上海尤尼柯有限公司;XMY－142型電熱鼓風干燥箱 上海市實驗儀器總廠;FW80型高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 脫色方法 工藝流程:麒麟菜清洗粉碎→堿改性→加熱提膠→離心→脫色→干燥粉碎→產品。

準確量取離心后的κ－卡拉膠溶液50.0mL，利用次氯酸鈉、過氧化氫、活性炭、大孔陽離子交換樹脂D113－Ⅲ和大孔陰離子交換樹脂D201和D303對κ－卡拉膠溶液進行脫色，以κ－卡拉膠溶液脫色率、多糖保留率和凝膠強度為指標，鑒定脫色效果，研究κ－卡拉膠的最佳脫色方法。

1.2.2 脫色率的測定 波長的確定:配制濃度為1%的κ－卡拉膠溶液，對其進行紫外－可見全波長掃描，結果表明，該溶液無最大吸收波長。根據互補色原理可知，溶液呈現的顏色是它吸收光的互補色，由于多糖溶液脫色前稀釋后均為橙黃色，所以溶液主要吸收藍色波段可見光［8］。Rabinowitch和Ladislav［9－10］研究顯示紅藻藍光吸收峰多在440nm，因此選擇440nm為檢測波長。分別測定κ－卡拉膠溶液脫色前后的吸光度，并按下式計算脫色率，比較各種脫色方法的脫色效果。

脫色率(%)=(脫色前吸光度－脫色后吸光度)/脫色前吸光度×100%

1.2.3 多糖保留率的測定

1.2.3.1 標準曲線的建立 取105℃干燥至恒重的葡萄糖樣品100mg，置1000mL容量瓶中，加水溶解并稀釋至刻度，得濃度為0.1mg/mL的葡萄糖標準液，精密量取標準液 0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7，0.8mL，分別置于25mL具塞試管中，加蒸餾水補充至1.0mL，搖勻，加6%苯酚溶液1mL，濃硫酸5mL，搖勻，室溫放置30min，于490nm波長處測吸光度，制做標準曲線［11］，所得標準曲線見圖1，標準曲線回歸方程:y=0.0759x+0.0015，R2=0.9999。按照上述方法測定κ－卡拉膠原液及不同脫色方法脫色后溶液的吸光度，通過標準曲線和下式計算樣品中多糖的百分含量。

式中:C－樣品液中葡萄糖的濃度(mg/mL); D－樣品液的稀釋倍數;1.72－換算因子;m－樣品的質量(mg)。

1.2.3.2 多糖保留率測定

式中:M后－脫色后的多糖含量;M前－脫色前的多糖含量。

1.2.4 凝膠強度的測定 準確稱量1.5g κ－卡拉膠(以干基計)溶于99mL無離子水中，加入0.2g KCl晶體，在95℃水浴中加熱溶解，分裝于3個測試杯中，冷卻凝膠，靜止8h［12］，于20℃用質構儀P1K探頭測定。測前速度2.0mm/s，測定速度2.0mm/s，測后速度1.0mm/s，測定高度15mm，數據記錄速率50pps，測定壓縮力，取3個讀數平均值。

圖1 葡萄糖標準曲線Fig.1 Standard curve of glucose

2 結果與討論

2.1 脫色方法對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響

在室溫下，κ－卡拉膠溶液中加入有效氯濃度5.2%的次氯酸鈉溶液漂白5min，0.4%Na2S2O3脫氯5min，次氯酸鈉添加量對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見圖2。

圖2 次氯酸鈉對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.2 Effect of sodium hypochlorite on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

從圖2可以看出，次氯酸鈉對κ－卡拉膠溶液的脫色效果比較明顯，當次氯酸鈉添加量為0.04mL/mL時，脫色率達到78.29%，繼續增加次氯酸鈉用量，脫色率增加很小。因此，次氯酸鈉對κ－卡拉膠溶液進行脫色的較佳條件為:次氯酸鈉的添加量0.04mL/mL。

在室溫下，κ－卡拉膠溶液中加入過氧化氫溶液脫色30min，過氧化氫添加量對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見圖3。

圖3 過氧化氫對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.3 Effect of hydrogen peroxide on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

從圖3可以看出，過氧化氫對κ－卡拉膠溶液的脫色效果較為明顯，當過氧化氫添加量為0.08mL/mL時，吸光度降低至0.938，脫色率為74.12%，此后，增加過氧化氫添加量，脫色效果不明顯。因此，過氧化氫對κ－卡拉膠溶液進行脫色的較佳條件為:過氧化氫的添加量0.08mL/mL。

κ－卡拉膠溶液中加入粉末活性炭，45℃脫色1h，活性炭添加量對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見圖4。

圖4 活性炭對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.4 Effect of active carbon on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

由圖4可知，κ－卡拉膠溶液的吸光度隨活性炭添加量的增大而增大，當活性炭添加量為0.028g/mL時，脫色率為83.75%;當活性炭添加量大于0.028g/mL時，吸光度變化很小。因此，利用活性炭對κ－卡拉膠溶液進行脫色的較佳條件為:活性炭的添加量0.028g/mL。

采用靜態吸附法，選取大孔陽離子交換樹脂D113－Ⅲ和大孔陰離子交換樹脂D201和D303對κ－卡拉膠溶液脫色，45℃恒溫水浴2h，大孔樹脂對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響見圖5。

圖5 大孔樹脂對κ－卡拉膠多糖脫色率的影響Fig.5 Effect of macroporous resins on decolorization efficiency of κ－carrageenan polysaccharide

由圖5可知，三種大孔型離子交換樹脂對κ－卡拉膠溶液的脫色效果明顯不同。大孔陰離子交換樹脂D201脫色效果較差，當添加量為0.24g/mL時，脫色率僅為4.44%;大孔陽離子交換樹脂D113－Ⅲ脫色效果不明顯，當添加量為0.12g/mL時，脫色率為23.67%，繼續添加，脫色率變化不明顯;大孔陰離子交換樹脂D303對κ－卡拉膠溶液的脫色效果較好，添加量為0.16g/mL時，脫色率達到90.73%。因此，利用大孔型離子交換樹脂對κ－卡拉膠溶液脫色應選擇大孔陰離子交換樹脂D303，脫色的較佳條件為:大孔陰離子交換樹脂D303添加量0.16g/mL。

D201是大孔強堿性陰離子交換樹脂，故隨著交換的進行，pH變化較大，許多糖類物質在較強的堿性環境下會發生異構化和分解反應，因而限制了強堿性陰離子交換樹脂在湯類物質分離純化中的應用［13］。D113－Ⅲ屬于大孔陽離子交換樹脂，κ－卡拉膠中的色素分子可能屬于陰離子型，所以脫色效果不佳。D303是大孔弱堿性陰離子交換樹脂，多糖溶液中的色素主要通過2個反應機制與堿性陰離子樹脂結合:a.樹脂上的陰離子以離子鍵的形式與色素陰離子交換;b.色素的非極性部分與樹脂基質中的基團以疏水力結合。D303樹脂在脫色過程中pH的變化不大，對多糖的結構影響不大。綜合分析，κ－卡拉膠溶液中的色素主要以陰離子，非極性色素為主，因此，大孔陰離子交換樹脂D303脫色效果較好。

2.2 脫色方法對κ－卡拉膠多糖保留率的影響

結果表明，采用次氯酸鈉和過氧化氫脫色后，κ－卡拉膠溶液的多糖保留率較低，可能因為較強的氧化性，在脫色的同時會發生氧化反應導致κ－卡拉膠多糖的降解?；钚蕴棵撋螅剩ɡz溶液多糖保留率為74.24%，但活性炭對κ－卡拉膠多糖吸附作用很強，過濾處理較困難，所以不宜采用。利用大孔陰離子交換樹脂D303對κ－卡拉膠溶液脫色，多糖保留率85.76%，明顯高于其他脫色方法。

圖6 脫色方法對κ－卡拉膠多糖保留率的影響Fig.6 Effect of decolorization methods on retention rate of polysaccharide of κ－carrageenan polysaccharide

2.3 脫色方法對κ－卡拉膠凝膠強度的影響

從圖7中可以看出，采用次氯酸鈉和過氧化氫脫色后，κ－卡拉膠凝膠強度很低，這可能是由于氧化作用κ－卡拉膠被降解成小分子而損失，不利于凝膠體雙螺旋構型形成交聯網絡，從而降低凝膠體的凝膠強度［14］?；钚蕴亢痛罂钻庪x子交換樹脂D303脫色后κ－卡拉膠凝膠強度比較高，分別為704.5g/cm2和1103.7g/cm2，產品性能比較理想。

圖7 脫色方法對κ－卡拉膠凝膠強度的影響Fig.7 Effect of decolorization methods on gelling strength of κ－carrageenan polysaccharide

3 結論

對κ－卡拉膠多糖脫色方法研究表明，大孔陰離子交換樹脂D303脫色效果明顯優于其它脫色方法，添加量為0.16g/mL時，κ－卡拉膠多糖脫色率達到90.73%，多糖保留率85.76%，凝膠強度1103.7g/cm2，樹脂脫色工藝簡單，可再生［15］，易于進行工業化生產。

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Study on decolorization of κ－carrageenan

QIN Xiao－juan1，WANG Hong－xin1，2，*，MA Chao－yang1，HUANG Lin－qing3，LIN Yu－hui4，HE Xue－jiao1

(1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China;
2.State Key Laboratory of Food Science and Technology，Wuxi 214122，China;
3.Shantou Jiecheng Food Additive Co.，Ltd.，Shantou 515021，China;
4.Shantou City Tianyue Industry Technology Co.，Ltd.，Shantou 515021，China)

Four methods(sodium hypochlorite，hydrogen peroxide，activated carbon and macroporous resins D113－Ⅲ，D201 and D303)were separately used for the decolorization of κ－carrageen extract from Eucheuma cottonii.In terms of decolorization efficiency，retention rate of polysaccharide and gelling strength，the results showed that decolorization using sodium hypochlorite or hydrogen peroxide led to low retention rate of polysaccharide and gelling strength，the decolorization efficiencies by macroporous resins D113－Ⅲ a nd D201 were low，the activated carbon had the better decolorization effect with the disadvantage of carbon residue in polysaccharide solution and no good polysaccharide quality，and that the decolorization efficiency by macroporous resins D303 was 90.73%，retention rate of polysaccharide was 85.76% a nd gelling strength was 1103.7g/cm2，reprepresenting good decolorizing ability.

Eucheuma cottonii;κ－carrageenan;decolorization;macroporous resins

TS201.7

B

1002－0306(2012)10－0294－04

2011－08－22 *通訊聯系人

秦曉娟(1986－)，女，博士，研究方向:食品功能因子開發。