PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠吸附茶多酚的研究

王毓 旺密 夏卉芳 劉九輝 陳生科

摘要：用孔狀結(jié)構(gòu)和一定生物活性的礦物保健藥石——麥飯石和生理相容性較好的N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）為原料，采用水溶液聚合法制備了交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）/麥飯石復(fù)合凝膠吸附材料，研究了PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠和PVPP對(duì)綠茶飲料的處理效果與條件。研究表明，5 g/L PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠于50 ℃條件下處理綠茶飲料100 min，對(duì)茶多酚的去除率達(dá)到18.40%，且PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠對(duì)茶多酚的去除效果較PVPP好。

關(guān)鍵詞：PVPP；麥飯石；綠茶；茶多酚

中圖分類號(hào)：TS201.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）10-2374-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.017

茶飲料是用水浸泡茶葉，經(jīng)抽提、過(guò)濾、澄清等工藝制成的茶湯，具有多種保健功能，是世界上傳統(tǒng)三大飲料之一[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，茶飲料越來(lái)越受歡迎，因此，大力發(fā)展茶飲料工業(yè)對(duì)發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)具有重要意義[2，3]。茶飲料開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要技術(shù)是解決沉淀問(wèn)題，產(chǎn)生沉淀的主要原因是茶飲料中的茶多酚被氧化成醌類或者茶多酚直接與生物堿、氨基酸、蛋白質(zhì)等物質(zhì)形成大分子絡(luò)合物進(jìn)而沉淀，影響茶飲料的品質(zhì)[4，5]。解決沉淀問(wèn)題的關(guān)鍵是適當(dāng)降低茶飲料中的茶多酚含量，增加茶飲料的穩(wěn)定性[6]。采用吸附劑通過(guò)吸附作用除去茶飲料中的茶多酚，不但能夠提高茶飲料的澄清度，還能增加茶飲料的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)茶飲料的貨架期壽命。常用的吸附劑有明礬、高嶺土、硅膠、交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）等[4，7]。PVPP具有良好的絡(luò)合吸附性能和生理相容性，且在飲料中不殘留[4，8]。麥飯石是一種具有孔狀結(jié)構(gòu)的保健藥用礦石，具有良好的吸附性、溶出性、礦化性、生物活性以及對(duì)水中元素和水質(zhì)pH的雙向調(diào)節(jié)性等多種特性[9，10]。本研究以麥飯石和生理相容性較好的N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）為原料，采用水溶液聚合法制備PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠吸附材料，使所制備的凝膠不僅對(duì)茶多酚具有較好的選擇吸附性，同時(shí)具有較好的凈水和殺菌作用，并在吸附過(guò)程中能夠溶出對(duì)人體有益的多種微量元素。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

本研究中所用到的試驗(yàn)試劑與材料包括：N-乙烯基吡咯烷酮（NVP，分析純，Sigma公司），珍石牌中華麥飯石（祥莉中華麥飯石工藝制造廠），N，N′-亞甲基雙丙烯酰胺（MBA，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司），偶氮二異丁腈（AIBN，分析純， 天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司），鹽酸（HCl，分析純，成都科龍化工試劑廠），酒石酸鉀鈉（分析純，武漢化學(xué)試劑廠），磷酸氫二鈉、磷酸氫二鉀（分析純，廣州化學(xué)試劑廠），硫酸亞鐵（分析純，西安化學(xué)試劑廠），都勻毛尖（都勻茗泉山茶葉有限公司）。

本研究中所用到的儀器包括：FA224型精密電子分析天平（北京塞多利斯天平有限公司），98-3型控溫磁力攪拌器（鞏義市英峪儀器廠），DZG.401型電熱真空干燥箱（天津市天宇實(shí)驗(yàn)儀器有限公司），HH.SY21-N4C型電熱恒溫水浴鍋（北京市長(zhǎng)風(fēng)儀器儀表公司），722E（SP-2000）型可見(jiàn)分光光度計(jì)（上海光譜儀器有限公司）。

1.2 麥飯石預(yù)處理

將一定量粒度為80目的麥飯石和1 mol/L鹽酸按固液比（m∶V，g/mL）為1∶8混合浸泡24 h，過(guò)濾除去有機(jī)物等雜質(zhì)，再用去離子水將麥飯石洗至中性，烘干備用[10]。

1.3 PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠的制備

在裝有攪拌器、冷凝管、氮?dú)鈱?dǎo)管的三口燒瓶中，加入一定濃度的N-乙烯基吡咯烷酮水溶液、交聯(lián)劑、偶氮二異丁腈、麥飯石，混合均勻后通氮?dú)?0 min，水浴加熱至70 ℃，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下反應(yīng)5 h，反應(yīng)完成后取出膠體在去離子水中浸泡24 h。然后將凝膠放入80 ℃干燥箱中烘至恒重，粉碎、過(guò)80目篩，密封備用。

1.4 PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠處理綠茶浸出液

稱取一定量干燥的綠茶茶葉，用500 mL、50 ℃的去離子水浸泡30 min，用外包紗布的80目金屬網(wǎng)過(guò)濾，茶水備用。

在室溫下用去離子水浸泡PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠，充分溶脹后取出備用。準(zhǔn)確量取50 mL茶水，維持一定的溫度，加入溶脹的PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠，攪拌一定時(shí)間，過(guò)濾，濾液中的殘留茶多酚用分光光度法測(cè)定（顯色劑為硫酸亞鐵氨，測(cè)定波長(zhǎng)540 nm）[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠用量對(duì)吸附效果的影響

茶多酚又稱茶單寧，是形成茶葉香味的主要成分之一，在茶飲料中具有保健作用，但如果含量過(guò)高，放置一定時(shí)間會(huì)被氧化而產(chǎn)生沉淀，除去部分茶多酚可以延緩茶飲料產(chǎn)生沉淀的速度，改善茶飲料的品質(zhì)。研究表明，采用吸附劑通過(guò)吸附作用除去茶飲料中的茶多酚，可增加茶飲料的穩(wěn)定性。圖1為新型吸附劑PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠和PVPP用量與茶多酚去除率的關(guān)系（吸附溫度為50 ℃，吸附時(shí)間為100 min），由圖1可知，吸附劑用量越大，茶多酚去除率越大，當(dāng)吸附劑的用量大于5 g/L時(shí)，茶多酚的去除率增多不明顯，綜合考慮經(jīng)濟(jì)成本，吸附劑用量為5 g/L較好。吸附劑中均含有NVP單體單元，NVP是一種內(nèi)酰胺，分子結(jié)構(gòu)類似于氨基酸，含有可形成氫鍵的O原子，而茶多酚分子中含有活性氫，因此，茶多酚分子可以通過(guò)氫鍵不斷沉積到吸附劑上而被除去[6]，且隨吸附劑量增加，吸附平衡正向移動(dòng)，被吸附茶多酚的量增多，相應(yīng)地，被吸附劑處理后的茶飲料中的茶多酚的殘留量減小。此外，由圖1可知，在吸附劑用量相同的情況下，PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠對(duì)茶多酚的去除率較PVPP高，吸附劑用量為4 g/L時(shí)，PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠的去除率為10.66%，而PVPP的去除率為7.95%，其原因?yàn)辂滐埵哂写罅糠涓C狀空洞結(jié)構(gòu)，其內(nèi)單位表面積大，在水中具有一系列的吸附和交換吸附特性[11]。

2.2 作用時(shí)間對(duì)吸附茶多酚效果的影響

吸附溫度為50 ℃，吸附劑用量為5 g/L的條件下，不同處理時(shí)間與茶多酚去除率的關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2可知，吸附劑處理時(shí)間越長(zhǎng)，茶多酚去除率越大，處理100 min時(shí)，茶多酚的去除率最大，PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠和PVPP的去除率分別為18.40%和17.76%。作用時(shí)間再增加，去除率反而減小，這是因?yàn)楫?dāng)吸附劑達(dá)到吸附平衡后，吸附隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)變化很小，但在處理溫度相對(duì)較高的條件下，解吸附增加。因此，選擇吸附劑的處理時(shí)間為100 min。

2.3 吸附溫度對(duì)吸附茶多酚效果的影響

吸附劑用量為5 g/L，吸附時(shí)間為100 min的條件下，吸附溫度對(duì)茶多酚去除率的影響結(jié)果見(jiàn)圖3，由圖3可知，吸附劑對(duì)茶多酚的去除率隨吸附溫度的增加先增大后減小，且在相同的溫度條件下，PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠的去除率較PVPP高。這是因?yàn)槲絼┪讲瓒喾拥倪^(guò)程為可逆過(guò)程，在一定的溫度下，吸附與解吸附達(dá)到平衡。溫度小于50 ℃時(shí)，吸附速率大于解吸附速率，在相同的吸附時(shí)間條件下，升高溫度，吸附速率的增加速度大于解吸附速率的增大速度，茶多酚的吸附速率增大；但溫度超過(guò)50 ℃時(shí)，不利于吸附，而有利于解吸附，茶多酚的吸附率降低。因此適宜的吸附溫度為40～50 ℃。

3 小結(jié)

本研究利用麥飯石和生理相容性較好的N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）為原料，采用水溶液聚合法制備PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠吸附材料，并系統(tǒng)研究了PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠和PVPP對(duì)綠茶飲料中茶多酚的吸附性能。結(jié)果表明，PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠對(duì)茶多酚的去除率較PVPP高，且可以大幅度減少PVPP用量，從而降低成本，且對(duì)人體無(wú)毒副作用，不殘留于茶飲料中，并在吸附過(guò)程中能夠溶出對(duì)人體有益的多種微量元素。通過(guò)試驗(yàn)得到最佳的處理?xiàng)l件為PVPP/麥飯石復(fù)合凝膠吸附材料的用量為5 g/L，處理溫度為50 ℃，吸附時(shí)間為100 min。

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