商業樹脂對鮮榨檸檬汁的脫苦效果*

賀紅宇，高佳，朱永清，羅芳耀，李華佳，袁懷瑜

(四川省農業科學院農產品加工研究所，四川成都，610066)

檸檬(Citrus limon，Burm F)，系蕓香科柑橘屬常綠小喬木果樹的果實，是繼橙、柑之后的第三大柑橘品種［1］。我國檸檬主產于西南地區，其中四川省安岳縣檸檬鮮果產量占全國總產量的80%以上，是目前我國檸檬鮮果最大的集中產區［2］。檸檬因其富含豐富的營養物質和獨特的風味，同時兼具食用和藥用價值而深受人們喜愛［3-4］。

檸檬鮮果加工主要以生產檸檬干片和果汁飲料制造為主。飲料制造也是世界柑橘類水果加工的主要方向［5］。但由于檸檬鮮果皮、籽、果肉中均含有大量的柚皮苷和檸檬苦素類似物等苦味物質，在榨汁、滅菌、貯藏等加工過程中產生“后苦味”現象［6］，嚴重制約了檸檬果汁飲料加工產業的發展。目前柑橘鮮榨汁的脫苦方法主要有代謝法、添加苦味抑制劑法、包埋法、酶法和樹脂吸附法，其中以樹脂吸附脫苦法兼具脫苦效果好，處理時間短，可循環利用，易于批量生產等優點，在工業生產中應用最廣泛［7］。盡管樹脂脫苦法已廣泛應用到柑橘飲料工業生產中，但關于檸檬鮮榨汁樹脂脫苦研究報道并不多見。不同的樹脂材料化學構成和吸附極性不同［8］，不同柑橘品種苦味成分含量也不同［9］。因此，針對特定柑橘品種篩選適宜的樹脂脫苦材料及脫苦工藝尤為重要。本實驗以工業生產的鮮榨檸檬原汁為研究對象，采用適宜柑橘類果汁脫苦的13種國產商業樹脂，通過靜態吸附與洗脫粗篩實驗，靜態吸附動力學曲線測定，靜態吸附等溫線測定，考察不同樹脂的脫苦性能，從中篩選出對檸檬鮮榨汁脫苦性能好且對營養成分損失小的優良樹脂。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

尤力克檸檬鮮榨原汁，購于四川省安岳縣綠海源科技開發有限公司。

樹脂 R1、R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14，購于天津某樹脂有限公司;樹脂 R6，購于西安某樹脂有限公司。各種型號樹脂的特性參數見表1，其中R1～R8為大孔吸附樹脂，R9～R13為離子交換樹脂。

柚皮苷(＞98%)上海晶純實業有限公司;檸檬苦素(＞98%)上海晶純實業有限公司;NaOH、檸檬酸、二甘醇、無水乙醇、氯仿、對二甲氨基苯甲醛、三氯化鐵、石油醚、2，4-二硝基苯肼、濃H2SO4均為分析純。

1.2 設備

TG16G臺式離心機，湖南凱達科學儀器有限公司;SHA-B恒溫振蕩水浴鍋，常州國華電器有限公司;PHS-3C微機型pH計，上?？祪x儀器有限公司;CP213電子天平，上海精天電子儀器有限公司;TU-1810紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司;BSD—150振蕩培養箱，上海博訊實業有限公司醫療設備廠;蠕動泵，上海達程實驗設備有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樹脂預處理

樹脂購回后經無水乙醇浸泡24 h，充分溶漲后用蒸餾水洗至無醇味。再用體積分數5%的HCl和3%的NaOH溶液淋洗，中途用蒸餾水洗至中性后用乙醇浸泡備用。

表1 13種商業樹脂的型號及物性參數Table 1 Type and physical parameters of commercial resins

1.3.2 樹脂篩選

(1)靜態吸附:稱取2份5 g干樹脂經預處理后分別置于100 mL三角燒瓶中，加入60 mL滅酶處理后的檸檬汁于25℃恒溫振蕩(轉速為130 r/min)24 h達吸附平衡。過濾后取濾液測定檸檬汁中柚皮苷和檸檬苦素含量，計算樹脂對苦味物質的吸附量和吸附率。

(2)靜態洗脫:將(1)中吸附平衡的樹脂用80 mL超純水沖洗兩次，洗去表面殘留果汁。再將樹脂置于100 mL具塞三角瓶中加入60 mL體積分數95%乙醇于25℃恒溫振蕩(轉速為130 r/min)培養24 h達到洗脫平衡。之后將樹脂過濾收集平衡液，測定平衡液中柚皮苷和檸檬苦素含量并計算洗脫量和洗脫率。計算樹脂對苦味物質的洗脫量和洗脫率:

式中:Q表示樹脂的靜態吸附量，(mg/g(干樹脂);Vo表示測定果汁的體積，mL);co表示測定果汁原汁中吸附質(該試驗中為柚皮苷和檸檬苦素)的濃度，mg/mL;ce表示達吸附平衡時果汁中吸附質的濃度，mg/mL;m表示樹脂的質量，g(以干樹脂計);η1，表示樹脂的靜態吸附率，%。

式中:Q1表示樹脂的靜態洗脫量，mg/g(干樹脂);m表示樹脂的質量，(g，以干樹脂計);V1表示所加洗脫液的體積，(mL);C1表示達吸附平衡時洗脫液中吸附質的質量濃度，mg/mL;η2表示樹脂的靜態洗脫率，%。

1.3.3 樹脂脫苦靜態動力學曲線的測定

取R1、R3、R5、R6四種大孔樹脂5 g經預處理后分別置于250 mL具塞三角瓶中，加入200 mL滅酶處理后的檸檬汁于25℃恒溫振蕩(轉速為130 r/min)培養。分別于振蕩培養后 1、3、5、7、9、11、13、15 h 吸取果汁上清液，測定柚皮苷和檸檬苦素含量，計算樹脂對檸檬汁中柚皮苷和檸檬苦素的吸附率，以吸附量和吸附時間為指標，繪制樹脂靜態吸附動力學曲線。

1.3.4 樹脂吸附等溫線的測定

稱取不等量的干樹脂(0.5、1、2、3、4、5 g)預處理后分別置于250 mL具塞三角瓶中，加入120 mL滅酶處理后的檸檬汁于25℃恒溫振蕩(轉速為130 r/min)培養24 h達吸附平衡，過濾后測定濾液中柚皮苷和檸檬苦素的平衡濃度ce，計算平衡吸附量Qe，繪制樹脂的吸附等溫線。

1.3.5 測定項目及分析方法

柚皮苷含量，改進Davis法［10］;檸檬苦素含量，對二甲氨基苯甲醛比色法［11］;Vc 含量，2，4-二硝基苯肼比色法［12］;可溶性糖含量，蒽酮乙酸乙酯比色法［13］;可滴定酸含量，酸堿滴定法［13］;可溶性固形物，PAL-1折光儀測定;pH值，PHS-3C型精密pH計測定。

2 結果與分析

2.1 樹脂篩選

圖1、圖2、表2分別為13種商業樹脂對檸檬汁中的柚皮苷和檸檬苦素的吸附率、洗脫率及脫苦后對檸檬汁中營養物質的影響。從圖1、圖2、表2可以看出，大孔吸附樹脂對柚皮苷和檸檬苦素的吸附率、洗脫率優于離子交換樹脂，對營養成分的影響小于離子交換樹脂，且大孔樹脂R1、R3、R5、R6對柚皮苷和檸檬苦素吸附效果最好，對營養成分影響較小。相關研究表明，影響吸附效率的主要因素為樹脂的比表面積大小，比表面積越大，對果汁中柚皮苷和檸檬苦素等苦味物質的吸附位點就越多，脫苦效果越好［5］。從表1可以看出，這4種樹脂的比表面積均≥450 m2/g，孔徑在≥13 mm，且這4種大孔吸附樹脂均為非極性樹脂，以范德華力進行吸附，吸附效果較好。因此選擇R1、R3、R5、R6四種大孔吸附樹脂做下一步研究。

圖1 不同樹脂對檸檬汁中柚皮苷的吸附率和洗脫率Fig.1 Different resins on the rate of adsorption and elution of naringin

圖2 不同樹脂對檸檬汁中檸檬苦素的吸附率和洗脫率Fig.2 The rate of adsorption and elution on limonins for lemon juice by different resins

表2 樹脂脫苦后對檸檬汁中營養物質的影響Table 2 Influence on nutridon of Lemon juice after debittering with resin

2.2 樹脂脫苦靜態動力學曲線的測定

4種大孔樹脂對柚皮苷和檸檬苦素的靜態吸附動力學曲線如圖3、圖4所示。從圖3可以看出，在最初階段(0～5 h)，R1、R5、R6三種大孔樹脂對柚皮苷的吸附率都增加得很快，但隨著吸附時間的加長，吸附率逐漸趨于穩定。4種大孔樹脂吸附柚皮苷達到吸附平衡的時間為R1＜R6=R5＜R3，達到平衡時的吸附率大小依次為R6＞R1＞R5＞R3。從圖4可以看出，在最初3 h內，4種大孔樹脂對檸檬苦素的吸附率都增加得較快，隨著吸附時間的增加，吸附率逐漸趨于穩定，4種大孔樹脂吸附檸檬苦素達到吸附平衡的時間為R3＜R1＜R6＜R5，達到平衡時吸附率大小依次為R6＞R5＞R1＞R3。R1、R6達到對柚皮苷和檸檬苦素的吸附平衡時間都較短，達到吸附平衡時，R1、R6對檸檬汁中柚皮苷和檸檬苦素的吸附率都較大。因此，選擇R1、R6作為比較理想的吸附劑做進一步的研究。

圖3 大孔吸附樹脂對檸檬汁中柚皮苷的靜態動力學曲線Flg.3 Static kinetic curves of macroporous resin on naringin

圖4 大孔吸附樹脂對檸檬汁中檸檬苦素的靜態動力學曲線Flg.4 Static kinetic curves of macroporous resin on limonins

2.3 樹脂吸附等溫線的測定

圖5、圖6為R1、R6大孔樹脂對柚皮苷和檸檬苦素的靜態吸附等溫線。由圖5可以得出，樹脂吸附量隨著溶液中柚皮苷平衡質量濃度的增大也隨之升高，并逐步趨于穩定，說明這兩種樹脂對柚皮苷的吸附符合Langmuir模型［14］，具有單分子層吸附的特征，因此可以用經典的吸附經驗方程式Langmuir方程來表示:

式中:Qe為平衡時吸附量(mg/g干樹脂)，Qm為最大吸附量(mg/g干樹脂)，ce為柚皮苷平衡溶液濃度(μg/mL)，K為經驗常數。通過計算，R1、R6的最大吸附量 Qm分別為:22.72、34.77(mg/g干樹脂);經驗常數 K 分別為:0.010、0.015。根據 1/Qe～1/ce的相關系數可以得出，R6樹脂等溫吸附線與Langmuir方程擬合水平最顯著，R2=0.995 4，所以R6樹脂對柚皮苷的吸附更加有利。

圖5 R1、R6大孔吸附樹脂對檸檬汁中柚皮苷的等溫吸附曲線Fig.5 The sorption isotherms of naringin of R1，R6 microporous resins on Lemon juice

從圖6可以看出，隨著檸檬苦素平衡質量濃度的增大，樹脂吸附量呈上升趨勢，說明這兩種樹脂對檸檬苦素的吸附具有多分子層吸附特征，可以采用經典的吸附經驗方程式Freundlich方程［15］:

式中:Qe為樹脂達到平衡時的吸附量，mg/g(干樹脂)，Kf是與吸附量和吸附強度有關的常數;Ce為樹脂吸附平衡時檸檬汁中檸檬苦素質量濃度，μg/mL;n是用來表示所得吸附等溫線的非線性大小。通過計算，R1、R6 的 Kf分別為 0.13、0.24，n 分別為0.52、0.56，由檸檬苦素等溫吸附線 LgQe～ Lgce的相關系數可得，R1、R6樹脂等溫吸附線均與Freundlich方程擬合水平顯著，相關系數R2分別為0.991 1、0.993 6。說明R1、R6兩種樹脂對檸檬苦素吸附均有利。

綜上所述，R6樹脂對柚皮苷和檸檬苦素的吸附等溫線分別與Langmuir方程、Freundlich方程擬合最好，具有良好的靜態吸附性能，有利于檸檬汁中柚皮苷和檸檬苦素的吸附。

圖6 R1、R6大孔吸附樹脂對檸檬中檸檬苦素的等溫吸附曲線Fig.6 The sorption isotherms of limonins in Lemon juice by R1，R6 microporous resins

3 結論與討論

(1)采用樹脂對檸檬汁進行脫苦研究，通過靜態吸附和洗脫實驗結果表明，大孔吸附樹脂對柚皮苷和檸檬苦素的吸附率、洗脫率優于離子交換樹脂，且對營養成分的影響較小，與王昭［5］的研究結果一致，這可能與樹脂的吸附性能相關。樹脂對柚皮苷和檸檬苦素的吸附是發生在其顆?；钚晕稽c所構成的表面上，吸附能力大小與樹脂的空間結構和材料性質有密切的聯系，樹脂的比表面積和孔徑是其主要影響因素［16］。

(2)以對柚皮苷和檸檬苦素吸附效果和對營養成分影響大小為評價指標，從國內13種商業樹脂中優選出大孔樹脂R1、R3、R5、R6四種。這4種樹脂的比表面積均≥450 m2/g，比表面積大意味著柚皮苷和檸檬苦素與樹脂的吸附位點增多，其孔徑均≥13mm，表示有良好的擴散條件。通過對這4種大孔樹脂進行靜態動力學曲線和靜態吸附等溫線的測定，得出大孔樹脂R6對柚皮苷和檸檬苦素達到平衡時的吸附率最大，分別為82.87%和69.13%，時間較短，分別為11 h和7 h，且吸附等溫線分別與Langmuir方程、Freundlich方程擬合最好，相關系數分別為0.995 4、0.993 6，具有良好的靜態吸附性能，有利于檸檬汁中柚皮苷和檸檬苦素的吸附。

(3)R6樹脂不僅能有效的去除檸檬汁中苦味物質而對其他營養成分無明顯影響，而且有利于吸附在樹脂中的柚皮苷和檸檬苦素的回收和分離純化，實際應用性強，適用于檸檬在商業生產領域中的脫苦。

［1］ 于玉涵.檸檬中黃酮類化合物和辛弗林的檢測和含量特征分析［D］.重慶:西南大學碩士學位論文，2011:15－19.

［2］ 劉義武，王碧.檸檬營養成分與綜合利用研究進展［J］.內江師范學院學報.2012，27(8):46－51.

［3］ 石健泉，曾沛繁.檸檬的經濟價值及栽培管理［J］.廣西熱帶農業，2006(1):8－9.

［4］ Anon N.Iranian herbal pharmacopoeia［J］.Ministry of Health Publication，2002(1):114－121.

［5］ 王昭.高果肉含量酸橙汁加工關鍵技術研究［D］.武漢:華中農業大學碩士論文，2007:22－23.

［6］ Guadagni D G;Maier V P;Turnbaugh J G.Effects of some citrus constitutes on taste thresholds for limonin and naringin bitterness［J］.Sci Food Agric，1973，24:1 277 －1 288.

［7］ 高彥祥，陳靜，吳偉莉，等.吸附樹脂在柑桔汁脫苦中的應用［J］.飲料工業，2005，8(3):1－5.

［8］ 吳厚玖，王華，孫志高，等.幾種樹脂對柚苷的吸附作用研究［J］.食品與發酵工業，1997，23(4):38－39.

［9］ 梁澤建.柑桔汁脫苦技術的研究［D］.成都:四川農業大學碩士論文，2007:5－7.

［10］ Tsen H Y，Yu G K.Limonin and naringin removal from grapefruit juice with naringinase entrapped in celluloset riacetate fibers［J］.Food Sci，1991，56:31 － 34.

［11］ 汪釗，何晉浙，鄭裕國，等.柑桔果醋加工中檸檬苦素的微生物酶降解研究［J］.中國釀造，2002，120(4):21－23.

［12］ GB/T 12392-1990.蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸的測定方法［S］.北京:中國標準出版社，1994.

［13］ 曹建康，姜微波，趙玉梅.果蔬采后生理生化實驗指導［M］.北京:中國輕工業出版社，2011:28－55.

［14］ 王重，史作，施榮富，等.酚醛型吸附樹脂VB12吸附性能研究［J］.高分子學報，2004，2(1):67－69.

［15］ 高彥祥，陳靜，李紹振，等.大孔吸附樹脂對橙汁的脫苦效率［J］.食品與發酵工業，2005，31(3):71－74.

［16］ 董乃霞.琯溪蜜柚果汁脫苦及加工工藝的研究［D］.江南大學碩士論文，2009:18－19.