降低山楂汁有機(jī)酸的樹脂篩選

趙玉平，宋繼萍，孫祖莉，楊建榮，渠飛翔，鄭向平，宋普，田甜甜

（1.煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺(tái)264005；2.蓬萊市國賓葡萄酒莊有限公司，山東煙臺(tái)266071）

山楂，也稱紅果（C.pinnatifida Bge.Var.major N.E.Br.）是人們非常熟悉的水果，可食用又可作為醫(yī)藥和食品工業(yè)原料，是“藥食同用”的上等補(bǔ)品。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，山楂具有可增加人體冠脈血液流量并減少心臟對(duì)氧的需求量、降壓降低密度脂蛋白、強(qiáng)心、抗心律失常、降血脂、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等作用；同時(shí)有增加胃液分泌，促進(jìn)消化的功能[1－3]。通過對(duì)山楂果的成分分析發(fā)現(xiàn)山楂有0.1%～1%的黃酮、1%～3%的原花色素、2%～6%的可滴定酸等成分，而黃酮和原花色素是其主要的兩種生物活性成分，許多山楂制劑都以山楂黃酮和原花色素的含量來衡量[3]。

人們嗅到山楂汁的香氣就能增加食欲，但由于過酸高而很少食用。如果能夠降低山楂汁的有機(jī)酸，而其中的黃酮類物質(zhì)得以保存，其食用價(jià)值得到提高，且保持其保健功能，其產(chǎn)品和其衍生品將有較大的發(fā)展空間。

目前對(duì)果酒降酸的論文較多，文連奎[4]對(duì)其進(jìn)行了全面的總結(jié)，采用的物理降酸方法有低溫冷凍降酸法[5]、電滲析降酸法[6]，化學(xué)降酸方法有碳酸鈣與雙鹽、雙鈣鹽降酸法[7]、酒石酸氫鉀降酸法，生物方法有在無氧條件下進(jìn)行的蘋果酸－乳酸發(fā)酵[8]、蘋果酸－乙醇發(fā)酵[9]、有氧條件下的檸檬酸分解[10]，但對(duì)以檸檬酸為主要有機(jī)酸的山楂汁而言，在前期實(shí)驗(yàn)都存在不足，無法實(shí)現(xiàn)即降酸又保護(hù)黃酮的目標(biāo)。

已經(jīng)有許多關(guān)于使用弱堿性陰離子交換樹脂降酸的報(bào)道：Edwin選擇了十種美國FDA批準(zhǔn)在食品加工過程中可以使用的弱堿性陰離子交換樹脂對(duì)西番蓮果汁進(jìn)行降酸實(shí)驗(yàn)，篩選出Amberlite IRA67、IRA95和Duolite 378、A7四種樹脂適合西番蓮果汁的降酸[11]；有許多學(xué)者開展了橙子汁的脫酸和脫苦實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了弱堿性陰離子交換樹脂吸附等溫曲線[12]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Amberlite IRA－93具有更好的降酸和脫苦能力[12－15]。我國趙玉平等從2000年開始從事弱堿性陰離子交換樹脂對(duì)山楂汁的降酸的研究[16－17]，以實(shí)現(xiàn)樹脂只吸附山楂汁中的有機(jī)酸和不吸附黃酮的目標(biāo)。

本論文根據(jù)篩選結(jié)果，使用南開大學(xué)化工廠生產(chǎn)的三種弱堿性陰離子交換樹脂降低山楂汁中有機(jī)酸和黃酮的性能進(jìn)行了比較。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

山里紅：市售；果膠酶：諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司；弱堿性陰離子交換樹脂D301G、D370、D382：天津市南開大學(xué)化工廠；氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、硫酸銅、酒石酸鉀納、亞鐵氰化鉀（AR）：天津市廣成化學(xué)試劑有限公司；次甲基藍(lán)（生物染色劑）：天津市大茂化學(xué)試劑廠；葡萄糖（AR）：天津市永大化學(xué)試劑開發(fā)中心；6173 pH計(jì)：上海任氏電子有限公司；BS－100A自動(dòng)部分收集器：上海滬西分析儀器廠有限公司。

1.2 方法

1.2.1 山楂汁制作

將山楂果清洗干凈，按照山楂果∶水=1∶1（質(zhì)量比）的比例預(yù)煮3 min，再制成果醬，將果醬冷卻到50℃，加入一定量的果膠酶，50℃下酶解，直到果膠進(jìn)行酸性乙醇檢驗(yàn)為陰性。酶解后的果醬冷卻至室溫，4 000 r/min離心30 min，獲得上清液，即為山楂汁。在壓力為0.85 MPa，流速為1.3 m3/h對(duì)山楂汁進(jìn)行超濾處理，清液和截留液分開儲(chǔ)存?zhèn)溆?。?shí)驗(yàn)中為避免樹脂柱堵塞，在陰離子交換樹脂降酸實(shí)驗(yàn)中全部使用超濾處理的山楂汁。

1.2.2 陰離子交換樹脂降酸方法

1.2.2.1 樹脂活化方法

分別稱取一定量的三種樹脂，用飽和食鹽水浸泡12 h后，清洗干凈，準(zhǔn)確裝30 mL到自制的Φ12 mm×500 mm離子交換柱中，用4%～6%的NaOH溶液洗柱子至出口堿液濃度與進(jìn)口濃度相等時(shí)，停止清洗，浸泡12 h。水洗至中性，再用4%～6%的鹽酸溶液清洗，待出口濃度與進(jìn)口相等時(shí)停止清洗，浸泡12 h。水洗至中性。如此循環(huán)兩次。再用1 mol/L的NaOH溶液以6 BV/h的速度進(jìn)行離子交換，待出口堿液濃度不再變化時(shí)，停止進(jìn)堿液。用蒸餾水將樹脂洗至中性備用。

1.2.2.2 山楂汁降酸方法

從樹脂柱上方進(jìn)山楂汁，用恒流泵控制山楂汁流出的速度6 BV/h，直到流出汁中有機(jī)酸和黃酮與原汁之比大于90%為止，停止進(jìn)汁。用自動(dòng)部分收集器接收樹脂柱中流出來的山楂汁，每30 mL一份（1 BV=30 mL）。

1.2.3 流速對(duì)樹脂動(dòng)態(tài)動(dòng)力學(xué)影響的實(shí)驗(yàn)

選用2根離子交換柱，分別裝入D301G樹脂進(jìn)行降酸。操作流速分別為5 BV/h和6 BV/h，溫度為20℃，收集流出液30 mL每份，測定流出液總酸含量，繪制曲線圖。

1.2.4 有關(guān)指標(biāo)測定方法

總酸的測定采用酸堿滴定法[18]；pH的測定使用pH計(jì)測定山楂汁的pH[18]；總黃酮的測定[19]；還原糖的測定采用堿性銅鹽法[18，20]

2 結(jié)果與討論

2.1 山楂原汁的成分測定結(jié)果

山楂汁的成分測定結(jié)果見表1。

表1 澄清山楂汁的成分Table 1 Characteristics of the clarified hawthorn fruit juice

山楂中主要的酸是檸檬酸，檸檬酸占總酸的80%以上[10]。人們飲用品的酸度在3 g/L～8 g/L，pH為3.3～3.8；干紅葡萄酒的酸度在 6 g/L～11 g/L，pH 在 3.2～3.8，而山楂汁的總酸度為23.2 g/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于飲料和葡萄酒的總酸度，而黃酮是山楂汁中主要的生物活性成分，因此可見降低山楂汁中的有機(jī)酸和保留黃酮非常必要。

2.2 不同樹脂對(duì)山楂汁理化性能的影響

樹脂對(duì)目標(biāo)離子的吸附性能受多種因素影響：樹脂本身性能與樹脂的表面積、功能團(tuán)、孔徑、抗雜性能、內(nèi)孔結(jié)構(gòu)、顆粒大小有關(guān)，同時(shí)與所在液體體系內(nèi)的pH、離子強(qiáng)度、溫度等因素有關(guān)[21－22]。經(jīng)過三種樹脂處理后的山楂汁總酸、pH、黃酮、還原糖的含量見表2。

表2 不同樹脂處理山楂汁的理化性能Table 2 Physicochemical properties of the juice treated by different resins

根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可以看出，三種樹脂都有較強(qiáng)的降酸性能，其中D301G樹脂能夠?qū)⑸介挠袡C(jī)酸含量降到原汁的一半以上，降酸效果最好，降酸效果最差的是D370樹脂，只能將有機(jī)酸降到18 g/L。實(shí)驗(yàn)中的三種樹脂D301G對(duì)黃酮的吸附量最少。還原糖在樹脂降酸的整個(gè)過程中都沒有吸附，pH都有一定的提高。

圖1是三種樹脂降酸過程中流出汁每份的酸含量比較，在整個(gè)降酸過程中，D301G樹脂都表現(xiàn)出較強(qiáng)的降酸能力，而流出汁中黃酮的含量高于其它兩種樹脂（圖2）。黃酮對(duì)人體具有一定的保健功效，因此，最大限度保留黃酮，減少損失是要考慮的。所以最終選擇D301G作為降酸用的樹脂。

2.3 流速的影響

實(shí)驗(yàn)研究了兩種流速的影響，由圖3可見，5 BV/h和6 BV/h兩個(gè)不同的流速對(duì)D301G樹脂降酸處理的果汁的影響。由圖可見低流速降酸過程在第16份樹脂就達(dá)到飽和，飽和后處理的果汁量小于高流速處理的果汁量（在第22份樹脂達(dá)到飽和）。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)所用的三種樹脂中，D301G樹脂吸附有機(jī)酸的性能強(qiáng)，能夠?qū)⒂袡C(jī)酸降至原來的50%以上，對(duì)黃酮的吸附量較少，適合降酸；流速對(duì)果汁的處理量有影響，將果汁降低到相同的總酸度，5 BV/h的流速處理果汁獲得的量高于6 BV/h的流速處理的量。

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