降低山楂汁有機酸的樹脂篩選

趙玉平，宋繼萍，孫祖莉，楊建榮，渠飛翔，鄭向平，宋普，田甜甜

（1.煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東煙臺264005；2.蓬萊市國賓葡萄酒莊有限公司，山東煙臺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”的上等補品?，F(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氧的需求量、降壓降低密度脂蛋白、強心、抗心律失常、降血脂、增強機體免疫力等作用；同時有增加胃液分泌，促進消化的功能[1－3]。通過對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酸，而其中的黃酮類物質(zhì)得以保存，其食用價值得到提高，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。

目前對果酒降酸的論文較多，文連奎[4]對其進行了全面的總結(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]，但對以檸檬酸為主要有機酸的山楂汁而言，在前期實驗都存在不足，無法實現(xiàn)即降酸又保護黃酮的目標(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西番蓮果汁進行降酸實驗，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驗，并進行了弱堿性陰離子交換樹脂吸附等溫曲線[12]，實驗結(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山楂汁的降酸的研究[16－17]，以實現(xiàn)樹脂只吸附山楂汁中的有機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酸和黃酮的性能進行了比較。

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（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：上海任氏電子有限公司；BS－100A自動部分收集器：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，直到果膠進行酸性乙醇檢驗為陰性。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對山楂汁進行超濾處理，清液和截留液分開儲存?zhèn)溆?。實驗中為避免樹脂柱堵塞，在陰離子交換樹脂降酸實驗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口濃度相等時，停止清洗，浸泡12 h。水洗至中性，再用4%～6%的鹽酸溶液清洗，待出口濃度與進口相等時停止清洗，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的速度進行離子交換，待出口堿液濃度不再變化時，停止進堿液。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，直到流出汁中有機酸和黃酮與原汁之比大于90%為止，停止進汁。用自動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 流速對樹脂動態(tài)動力學(xué)影響的實驗

選用2根離子交換柱，分別裝入D301G樹脂進行降酸。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，遠遠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酸和保留黃酮非常必要。

2.2 不同樹脂對山楂汁理化性能的影響

樹脂對目標(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、孔徑、抗雜性能、內(nèi)孔結(jié)構(gòu)、顆粒大小有關(guān)，同時與所在液體體系內(nèi)的pH、離子強度、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，三種樹脂都有較強的降酸性能，其中D301G樹脂能夠?qū)⑸介挠袡C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，只能將有機酸降到18 g/L。實驗中的三種樹脂D301G對黃酮的吸附量最少。還原糖在樹脂降酸的整個過程中都沒有吸附，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，在整個降酸過程中，D301G樹脂都表現(xiàn)出較強的降酸能力，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

實驗研究了兩種流速的影響，由圖3可見，5 BV/h和6 BV/h兩個不同的流速對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份樹脂達到飽和）。

3 結(jié)論

本實驗所用的三種樹脂中，D301G樹脂吸附有機酸的性能強，能夠?qū)⒂袡C酸降至原來的50%以上，對黃酮的吸附量較少，適合降酸；流速對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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