活性炭在果膠提取液脫色中的應用研究

劉少陽，盧培培

（漯河醫(yī)學高等專科學校，河南漯河 462000）

0 引言

果膠是植物中的特有成分，目前主要從柑橘皮、柚皮和蘋果渣中提取[1]。經(jīng)醇沉后的果膠往往含有大量的色素及礦物質，成品色澤較差，不能滿足市場需求。因此，需要對果膠液進行脫色處理[2-3]。活性炭是一種主要由含碳材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發(fā)達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料，能有效去除色度、臭味等雜質，是良好的“萬能吸附劑”[4]。試驗從工業(yè)化生產角度研究活性炭在果膠提取液脫色中的應用，為后期果膠工業(yè)生產提供一定的技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料及試劑：蘋果渣，陜西禮泉通達果汁廠提供；鹽酸（分析純），洛陽昊華化學試劑有限公司提供；無水乙醇、75%乙醇，鄭州晟弘工貿有限公司提供；活性炭，美國碳化CA-50S。

儀器：101-2-5型恒溫干燥箱，上海躍進醫(yī)療器械廠產品；VOS-90AG型真空干燥箱，施都凱儀器設備上海有限公司產品；HH-S8型恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司產品；FW-200型粉碎機，北京中興偉業(yè)儀器有限公司產品；PL2002型電子天平，梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司產品；RE-52型旋轉蒸發(fā)儀，上海雅榮生化設備儀器有限公司產品；SHB-II型I真空泵，鄭州長城科工貿有限公司產品；分樣篩、布氏漏斗、燒杯、玻璃棒、溫度計等。

1.2 果膠液的制備

將蘋果渣烘干、粉碎、過60目篩。準確稱取20 g果渣粉末，按料液比1∶20加入蒸餾水對原料進行預處理，于40℃水浴中保溫120 min后，棄去濾液。對濾渣進行酸浸提，用鹽酸調pH值至1.3，按料液比1∶30加入，于90℃下水浴保溫120 min，并不斷攪拌。然后趁熱過濾，得果膠液[5]。

1.3 活性炭脫色試驗

將一定量的活性炭粉末加入到100 mL果膠液中，在活性炭不同的添加量、吸附時間和吸附溫度下脫色，并過濾除去活性炭，測定吸光值，并以吸附率衡量脫色效果[6-7]，同時考慮果膠得率以衡量工藝的可行性。不考慮各因素間的交互作用，根據(jù)試驗結果，獲得各因素最佳參數(shù)。

式中：A0——吸附前的吸光度；

At——吸附時間t時的吸光度。

1.3.1 最大吸收波長的確定

由于提取液中色素的成分較復雜，難以確定色素的種類，而且天然提取物的脫色也沒有標準的方法，故需要對果膠提取液中色素的最佳吸收波長進行測定。將果膠提取液稀釋至合適的倍數(shù)后，在波長190～800 nm內掃描，確定其最大吸收波長λmax。

1.3.2 果膠含量的測定方法

以半乳糖醛酸為標準品，硫酸-咔唑為顯色劑，測定果膠液中半乳糖醛酸含量。準確稱取半乳糖醛酸100 mg，溶解于水中并定容至100 mL，混勻，即得質量濃度為1 mg/mL的半乳糖醛酸標準溶液。準確移取質量濃度1 mg/mL的半乳糖醛酸標準溶液0，1.0， 2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0 mL 分別置于8個100 mL容量瓶中，用蒸餾水定容并搖勻，即得到一組質量濃度為0， 10，20，30，40，50，60，70 mg/L的半乳糖醛酸溶液。分別移取不同質量濃度的半乳糖醛酸標準溶液1 mL置于8支試管中，各加入0.15%咔唑乙醇溶液0.2 mL和濃硫酸6 mL，搖勻后于室溫下放置120 min，于波長530 nm處測定吸光度，并繪制標準曲線。

果膠液中半乳糖醛酸質量濃度測定方法同標準曲線的測定。

1.3.3 活性炭不同添加量對脫色效果的影響

將 0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 g 活性炭粉末分別加到100 mL果膠液中，于65℃條件下保溫20 min。過濾除去活性炭后分別測定果膠液的果膠得率及吸附率，試驗重復操作2次，結果取平均值。

1.3.4 不同吸附時間對脫色效果的影響

在100 mL果膠液中加入2.0 g活性炭粉末，于65℃下分別保溫10，20，30，40，50 min，過濾除去活性炭后測定果膠得率及吸附率，試驗重復操作2次，結果取平均值。同時試驗設置空白對照組，即不加活性炭的果膠液65℃，保溫20 min，過濾，測量數(shù)據(jù)，即為空白對照組試驗結果。

1.3.5 不同吸附溫度對脫色效果的影響

在100 mL果膠液中加入2.0 g活性炭粉末，分別在20，40，50，60，70，80℃條件下保溫20 min。過濾除去活性炭后測定其吸附率和果膠得率，試驗重復操作2次，結果取平均值。同時，試驗設置空白對照組，即室溫環(huán)境下過濾，測量數(shù)據(jù)，即為對照組試驗結果。

2 結果與分析

2.1 最大吸收波長的確定

將果膠提取液稀釋到合適的倍數(shù)后，在波長190～780 nm內掃描。

果膠液最大吸收波長吸光度的影響見圖1。

圖1 果膠液最大吸收波長吸光度的影響

由圖1可知，從蘋果渣中提取的果膠液的最佳吸收波長是302 nm，此波長處果膠液有最大吸收峰A=1.47。

2.2 半乳糖醛酸質量濃度的確定

在波長530 nm條件下測定半乳糖醛酸標準曲線，其標準曲線為Y=0.007X+0.239 5，R2=0.992 8，說明標準曲線質量濃度可信。

半乳糖醛酸質量濃度對吸光度的影響見圖2。

圖2 半乳糖醛酸質量濃度對吸光度的影響

2.3 活性炭不同添加量脫色實驗結果

添加活性炭前后果膠液顏色有明顯差異。添加活性炭前，果膠液呈灰黃色、半透明狀，添加活性炭脫色后，果膠液顏色清澈、透明狀，這表明活性炭的脫色效果明顯。通過測定吸附率評價活性炭不同添加量的脫色效果，并通過透光率比對試驗結果，同時測定果膠得率。

活性炭不同添加量對果膠脫色試驗結果見表1，活性炭添加量對果膠液色值吸附率及果膠得率的影響見圖3。

結果表明，在添加活性炭前后，果膠液吸光度有顯著性差異，活性炭對果膠脫色效果顯著。如表1所示，活性炭添加量為0～1%時，隨著活性炭添加量的增大，果膠液的吸光度逐漸減小，吸附率逐漸增大；活性炭添加量為1.5%～2.5%時，隨著活性炭添加量的增大，果膠液的吸光度、吸附率差異不大；透光率的變化與此相似。活性炭添加量為0～1%時，隨著活性炭添加量的增加，果膠得率變化不大；活性炭添加量為1.5%～2.5%時，隨活性炭添加量的增加，果膠得率逐漸降低。當活性炭添加量超過1%時，吸附率不再增加且果膠得率顯著降低。同時考慮經(jīng)濟成本，所以選擇活性炭的最適宜添加量為1.0%果膠液。

表1 活性炭不同添加量對果膠脫色試驗結果

圖3 活性炭添加量對果膠液色值吸附率及果膠得率的影響

2.4 不同吸附時間脫色試驗結果

不同吸附時間脫色試驗結果見表2，不同吸附時間對果膠液吸附率及果膠得率的影響見圖4。

表2 不同吸附時間脫色試驗結果

圖4 不同吸附時間對果膠液吸附率及果膠得率的影響

由圖4可知，10～30 min內，隨著吸附時間的延長，吸附率呈上升趨勢，脫色效果增強；30～50 min內，隨著吸附時間的延長，吸附率變化不顯著，且略有下降，脫色效果無顯著變化。試驗數(shù)據(jù)如表2所示，果膠得率隨著吸附時間的增加而逐漸下降，且在20～50 min內下降趨勢明顯，這可能是由于活性炭在吸附色素同時吸附果膠分子所致；綜合考慮脫色效果和果膠得率，因此選定最佳脫色時間為20 min。

2.5 不同吸附溫度脫色試驗結果

不同吸附溫度脫色試驗結果見表3，不同吸附溫度對果膠液吸附率及果膠得率的影響見圖5。

表3 不同吸附溫度脫色試驗結果

圖5 不同吸附溫度對果膠液吸附率及果膠得率的影響

由表3可知，在20～60℃內，隨著吸附溫度的升高，吸附率逐漸上升，60℃時吸附率達到最高值80.546%；60～80℃時，吸附率稍有波動，但無顯著性差異。在吸附溫度20～60℃時，果膠得率呈上升趨勢，在60℃時，果膠得率取得最大值5.518%；60～70℃下果膠得率稍有差異，但差異不顯著，70～80℃下，果膠得率有較大幅度下降，這可能是果膠液在高溫情況下持續(xù)保溫，部分果膠分子分解所致。如圖5所示，吸附率在50～80℃不同吸附溫度下趨勢平緩，無顯著上升或下降趨勢，果膠得率則在不同吸附溫度下呈現(xiàn)較大波動，并在60℃時取得最大值，考慮脫色效果、果膠得率，同時考慮工業(yè)化生產問題，綜合比較得出，60℃時活性炭脫色效果最好。

通過數(shù)據(jù)對比，該組空白對照數(shù)據(jù)與前2組空白對照數(shù)據(jù)稍有差異，平均吸光度為1.226，可能是由于該組空白對照樣品是在20℃常溫環(huán)境中直接測定，未經(jīng)過65℃保溫處理所致。

3 結論

通過試驗可知，活性炭對果膠提取液的脫色效果顯著；通過單因素試驗，不考慮因素間交互作用，其最佳工藝參數(shù)為活性炭添加量1%，脫色時間20 min，脫色溫度60℃條件下，脫色效果及經(jīng)濟效益最佳。

試驗中活性炭對果膠提取液的脫色效果顯著，但是在過濾過程中，活性炭會過濾不徹底，導致真空干燥后果膠成品的色澤暗淡，活性炭添加量較多的情況下，果膠色澤甚至呈現(xiàn)淡黑色，活性炭的高效徹底去除、不同因素間的交互作用、不同品種的活性炭脫色效果的差異等，有待進一步研究。