天然膠乳乳清中白堅木皮醇提取過程脫色及脫蛋白質研究

王麗芝， 廖小雪*， 廖雙泉， 范 丹， 李 震， 田維敏

（1.海南大學材料與化工學院， 海南 海口 570228； 2.中國熱帶農業科學院橡膠研究所， 海南 儋州571737）

天然膠乳乳清中白堅木皮醇提取過程脫色及脫蛋白質研究

王麗芝1， 廖小雪1*， 廖雙泉1， 范 丹1， 李 震1， 田維敏2

（1.海南大學材料與化工學院， 海南 海口 570228； 2.中國熱帶農業科學院橡膠研究所， 海南 儋州571737）

目的 研究天然膠乳中的白堅木皮醇提取過程中活性炭粉對乳清脫色和脫蛋白質的最佳工藝。方法 采用活性炭粉進行乳清脫色，以溫度、活性炭用量及時間為試驗因素，對乳清進行脫色和脫蛋白處理，利用分光光度計和色差計檢測乳清脫色效果、紫外分光光度計檢測乳清脫蛋白質效果。結果 活性炭用量對脫色和脫蛋白質有較大影響，溫度對脫色和脫蛋白質有一定的影響， 時間對脫色和脫蛋白質影響不大。 綜合考慮， 最優方案是溫度為20 ℃、 活性炭用量為 20%、 處理時間為 40min。 結論 此方案能有效地脫掉乳清中的有色物質及蛋白質， 為提取白堅木皮醇實現工業化生產提供理論依據。

白堅木皮醇；活性炭；乳清；脫色；脫蛋白質

白堅木皮醇， 學名為 2-甲氧基-L-（-）-肌醇 ［2-O-methyl-L-（ chiro-inositol）］， 屬于肌醇衍生物類，是一種左旋結構的藥用天然化合物［1］， 具有生命活性的特殊手性結構。白堅木皮醇具有極高的藥用價值， 在 “細胞內部信息傳遞” 和 “控制細胞生長過程” 中它都起著非常重要的作用［2］， 以白堅木皮醇作為手性試劑和手性輔助物合成一些用于生物、醫藥方面的肌醇衍生物，因此白堅木皮醇備受生化、 藥物和醫學專家的關注。 Jong于 1906 年在巴西橡膠樹的新鮮膠乳中發現白堅木皮醇，其在天然膠乳中含有量為 1.0% ～1.9%。 敖寧建［3］對白堅木皮醇的結構特性、國內外開發和應用現狀進行綜述， 并探討今后 發展前景。 鄧瑤筠［4-8］綜 述了白堅木皮醇的藥用價值和發展前景，同時對天然橡膠乳清中白堅木皮醇的提取和純化工藝進行了研究，包括天然膠乳凝固劑的影響、活性炭對乳清的脫色凈化及其最終白堅木皮醇的化學拆分等整套工藝流程。

在提取白堅木皮醇的工藝過程中，脫色是首要步驟。脫色凈化對于產品的質量有很大的影響。乳清中的蛋白質、酶、色素物質和無機鹽離子使其呈現淺黃色，并且極易氧化、褐變使其變成黑褐色［9］。另外， 在加熱濃縮乳清的過程中， 糖類與氨基化合物會進行美拉德反應 （ Millard）， 也會發生焦糖化反應，加深乳清顏色，嚴重影響產品質量。 Millard 機理十分復雜， 反應溫度、反應物濃度、反應時間等對反應的速率以及最終產物的組成有著重要的影響［10］。 科研工作者在研究提取白堅木皮醇的過程中注重活性炭的活性問題，選擇在較高溫度活性炭活性較大的條件下進行乳清脫色，而忽視了高溫下乳清會發生美拉德褐變反應和焦糖化反應。因此，本實驗考慮到高溫及高濃度條件下會發生非酶褐變， 選擇活性炭粉對濃縮 50%的乳清進行低溫脫色，為提取白堅木皮醇實現工業化生產提供理論依據。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器 乳清為新鮮天然膠乳凝固制標準橡膠時所得的乳清 （海南天然橡膠產業集團橡膠加工分公司金聯加工廠）； 活性炭粉，分析純（天津市福晨化學試劑廠）；濾膜， 孔徑 0.22 μm（上海市新亞凈化器件廠）。

VEOS503 中空纖維膜組件 （天津膜天膜工程技術有限公司）； RE52CS-1 旋轉蒸發器 （上海亞榮生化儀器廠）； 722N型分光光度計 （上海精科）； TU-1901 雙光束紫外可見分光光度計 （北京普析通用儀器有限責任公司）； CR-400 型色澤色差計 （KONICA MINOLTA公司）。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳清中有色物質最小透光度波長的確定

煮沸后的乳清經濾紙過濾， 并通過 6 000 分子量的中空纖維膜組件， 旋轉蒸發儀濃縮至 50%， 以此濾液作為參比樣品，通過分光光度計全波長掃描測定濾液的最小透光度波長［11-13］。

1.2.2 活性炭脫色和脫蛋白質單因素試驗 分別選取影響因素參數 （活性炭用量、脫色時間、脫色溫度）進行單因素試驗。設置脫色溫度分別為10、 20、 30、 40、 50 ℃ （固定活性炭用量為15%，脫色時間為 30 min）； 加入活性炭的量設定為乳清質量的 0、 5%、10%、 15%、 20%、25% （固定脫色溫度為 20 ℃， 脫色時間為30min）；脫色時間設定為10、 20、 30、 40、 50 min （固定脫色溫度為20 ℃， 活性炭用量為 20%）。 對乳清液進行脫色試驗，過濾得到脫色濾液。

1.3 脫色、 脫蛋白質及色差的測試 使用 722N型分光光度計在波長為 323 nm下測試 “1.2.2”項處理所得到脫色濾液的 T%； 紫外分光光度計（UV） 波長在 200 ～400 nm范圍內掃描脫色濾液［15-18］； 采用色 澤 色 差計 測 量 脫色 濾 液 的顏 色 體系 （CIELAB體系） 值： L* （亮度）、 a* （紅度和綠度）、 b* （黃度和藍度）、 △E（色差值）。將脫色濾液用厚度為 10 mm的玻璃皿放置在反射樣品池中測定分析［9］。

2 結果與討論

2.1 乳清中有色物質最小透光度波長的測定 由圖 1 可以看出， 乳清在分光光度計波長 180 ～220 nm范圍內的透光度 （T%） 都超過 98.0%； 在波長202 ～306 nm范圍內 T%為 0； 在波長 307 ～860 nm范圍內 T%呈現出先下降后增大， 最后 T%無限接近 100%； 當波長為 323 nm時， 乳清的 T%達到最低點。在分光光度計中波長不同對乳清中的有色物質的透光度對應不同，因此，在后面的試驗T%測試中波長選擇為 323 nm。

圖1 乳清的全波長掃描 （T%）Fig.1 Full wavelength scan of latex serum

2.2 脫色溫度對脫色效果及脫蛋白的影響 由圖2 可知， 在較低溫度 （10 ～20 ℃） 時， 隨著溫度的升高，乳清的 T%增大， 20 ℃ 時 T%達到了75.4%； 但是超過 20 ℃后， 隨著溫度的升高，T%下降，脫色效果降低。因此，溫度對乳清脫色效果有一定的影響。原因是活性炭的最佳吸附溫度為70 ～80 ℃， 10 ℃時溫度太低， 活性炭吸附效果不好； 隨著溫度升高到 20 ℃， 吸附效果增強； 溫度繼續升高， 脫色效 果反而 變差， 可 能發生 了 Millard 反應。 此時乳清已經濃縮到原來的 50%， 糖類和蛋白質的濃度較高，發生 Millard 反應的速率增大， 另外溫度越高，Millard 反應速率越快， 產生的黑色產物越多，顏色就越深。

圖2 溫度對乳清脫色效果的影響Fig.2 Effect of temperature on latex serum decolorization

由圖3可知，譜圖中只出現一個最大吸收峰，并且峰位置大致都在 280 nm附近， 表明乳清中只有蛋白質類物質有紫外吸收。在不同溫度條件下處理乳清的結果中，溫度越高，最大吸收峰峰值越高，表明蛋白質的量越高，脫蛋白質效果越不好。10℃與20℃處理乳清的 UV曲線基本重疊， 非常相近。 所以， 最佳的脫色溫度為20 ℃。

圖3 溫度對乳清脫蛋白的影響Fig.3 Effect of temperature on latex serum deproteinization

2.3 活性炭用量對脫色效果的影響 由圖 4 可知，隨著活性炭用量的增大，乳清的T%越大，脫色效果越好； 活性炭用量達到 20%時，T%為 78.3%；用量為25%時， T%為 79.6%； 透光度變化不大。由于乳清中的有色物質的量是不變的，隨著活性炭用量的加大，最后趨于吸附平衡。

圖4 活性炭用量對乳清脫色效果的影響Fig.4 Effect of activated carbon dosage on latex serum decolorization

由圖5可知， 隨著活性炭用量的增加， UV圖中的最大吸收峰峰值降低，表明蛋白質的量也低。活性炭用量為 20%和 25%時的最大吸收峰值差別不大， 考慮成本選擇活性炭最佳用量為 20%。

2.4 脫色時間對脫色效果的影響 圖 6 可以看出，所有脫色時間的T%的結果都相差不大，其中T%的最大值為 79%，最小值為 77%。 由此可知，處理時間對乳清脫色的影響并不大。原因可能是活性炭能快速的吸附乳清中的有色物質，短時間內可達到吸附平衡。 10 min 與 20 min 的透光度相等，30min 時稍有降低， 可能是活性炭發生解吸， 最后40 min 時達到最大值， 吸附效果最好。

圖5 活性炭用量對乳清脫蛋白的影響Fig.5 Effect of activated carbon dosage on latex serum deproteinization

圖6 時間對乳清脫色效果的影響Fig.6 Effect of time on latex serum decolorization

在圖7中，不同脫色時間處理的乳清的紫外掃描曲線基本重疊在一起，說明時間對脫蛋白的影響不大。 綜合考慮， 選擇 40 min 為最優脫色時間。

圖7 時間對乳清脫蛋白的影響Fig.7 Effect of time on latex serum decolorization deproteinization

2.5 色差結果 由表 1 可以看出， 3 個樣品的亮度 L*值和色差值△E*基本一樣， 是由于測量液體，外界的光度保持穩定，亮度幾乎不變，所以L*值對測試結果無影響； 未處理樣的 a*值和 b*值都比最佳樣的 a*值和 b*值大很多， 說明未處理的紅度和綠度、黃度和藍度都較深；而最佳樣與H2O的顏色體系 CIELAB體系值都非常接近，a*值和b*值都很低， 基本相同， 活性炭處理后可以脫掉完全乳清中的色素， 并達到與 H2O相當的透明體系，說明最佳樣的脫色效果已達到要求。

表 1 色度值 （L*、 a*、 b*、 △E*） 的相關系數Tab.1 End of color（L*、 a*、 b*、 △E*）

3 結論

3.1 用分光光度計檢測乳清的透光度時， 在波長為 323 nm 處， 乳清的透光度最小，因 此選擇323 nm的透光度作為乳清脫色指標。

3.2 溫度對乳清脫色和脫蛋白質有一定的影響，當溫度20℃處理乳清時， 脫色和脫蛋白質效果最好；活性炭用量越多，乳清的脫色和脫蛋白質效果越好， 考慮成本后， 選擇 20%的活性炭處理乳清；脫色時間對脫色和脫蛋白質的效果影響并不大，活性炭幾乎能短時間達到吸附平衡，最佳的時間為40 min。 最優的脫色和脫蛋白方案為： 20℃的脫色溫度、 活性炭用量為 20%及脫色時間為 40 min。

3.3 最優方案得到的乳清的顏色體系 CIELAB體系值與水的顏色體系 CIELAB體系值非常相近， 而未處理樣的 a*值和 b*值相分別比最佳樣的大很多。經活性炭處理可以完全脫掉乳清中的色素，并達到與 H2O相當的透明體系，說明最佳樣的脫色效果已達到要求。

［ 1 ］ Alphey JV.Quebrachitol-cyclic polyalcohol from natural rubber Latex［J］ .Ind Eng Chem， 1951， 43（1） ： 141-145.

［ 2 ］ Kiddle J J.Quebrachitol： A versatile building block in the construction of naturally occuring bioactivematerials［ J］ .Chem Review， 1995， 95（6） ： 2189-2196.

［ 3 ］ 敖寧建.橡膠樹高產值副產藥物資源-白堅木皮醇的開發利用［J］.云南農業大學學報， 2005， 20（4）： 467-473.

［4］ 鄧瑤筠，鄧東華.從天然橡膠中提取白堅木皮醇的研究［J］.天然產物研究與開發， 2000， 12（6）： 61-65.

［5］ 鄧瑤筠，敖寧建.保存劑對天然膠乳中自堅木皮醇含量的影響［ J］ .云南農業大學學報， 2005， 20（30） ： 326-330.

［6］ 鄧瑤筠.制藥工業嶄新的原料白堅木皮醇的特性及其開發利用［ J］ .中草藥， 1997， 28（8） ： 500-502.

［ 7 ］ 鄧瑤筠.白堅木皮醇-制藥者心思凝聚的一種新原料［ J］.廣州化工， 1996， 24（4）： 39-40.

［ 8 ］ 鄧瑤筠.白堅木皮醇提取工藝中的脫色凈化研究［J］.中草藥， 1999， 30（10）： 749-750.

［9］ 何映平.天 然 橡 膠 加 工 學 ［M］.海 口： 海 南 出 版社， 2007.

［10］ 李 欣.菠蘿濃縮汁儲藏過程中非酶褐變的研究［D］.廣西： 廣西大學， 2007.

［11］ 熊 濤， 鄒春梅.酶解豬血漿蛋白粉脫色工藝的研究［ J］.安徽農業科學， 2008， 36（9）： 3673-3675.

［12］ 王 巖， 胡仰棟， 伍聯營.工業級聚乙二醇溶液的吸附脫色研究［J］.中國海洋大學學報， 2010， 10（40）： 162-166.

［13］ 王 昶， 陳麗艷， 張樹明， 等.對葉百部總生物堿活性炭脫色工藝研究［ J］.中國中醫藥信息雜志， 2012， 6（19）：60-61.

［14］ 曹紅翠.紫外分光光度法測定蛋白質的含量［J］.廣東化工， 2007， 34（8）： 93-94.

［15］ 張 華， 夏占強， 葉 萍， 等.紫外分光光度法快速測定纖維蛋白粘合劑中蛋白質含量［J］.亞太傳統醫藥， 2008，34（8）： 38-40.

［16］ 高莉萍， 盛鳳仙， 浦奕奕， 等.紫外分光光度法快速測定人纖維蛋白原制品中蛋白質含量［J］.上海預防醫學，2012， 24（1）： 41-42.

［17］ 田志梅， 張永順.紫外分光光度法快速測定液體奶、 奶粉中蛋白質含量 ［ J］.中國衛生檢驗雜志， 2008， 2 （18 ）：263-264.

Decolorization and deproteinization in the quebrachitol extraction of natural latex

WANG Li-zhi1， LIAO Xiao-xue1*， LIAO Shuang-quan1， FAN Dan1， LIZhen1， TIANWei-min2
（1.College of Materials and Chemical Engineering， Hainan University， Haikou 570228， Chiaa； 2.Rubber Research Institute， Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences， Danzhou 571737， China）

quebrachitol； activated carbon； latex serum； decolorization； deproteinization

R284.2

： A

： 1001-1528（2014）05-0956-05

10.3969/j.issn.1001-1528.2014.05.016

2013-10-16

海南省自然科學基金項目 （512110）； 國家科技支撐計劃項目 （ 2013BAF08B02） ； 海南大學青年基金項目 （ qnjj1174） ； 農業部橡膠樹生物學重點開放實驗室/海南省熱帶作物栽培生理重點實驗室開放課題基金項目 （KLOF1202）

王麗芝 （1988—） ， 女， 碩士生， 研究方向： 高分子復合材料。 Tel： 13111930107， E-mail： 371016499@qq.com

*通信作者： 廖小雪 （1972—） ， 女， 教授， 主要從事天然橡膠的改性及應用研究。 E-mail： liaoxx26@163.com