天然膠乳乳清中白堅(jiān)木皮醇提取過(guò)程脫色及脫蛋白質(zhì)研究

王麗芝， 廖小雪*， 廖雙泉， 范 丹， 李 震， 田維敏

（1.海南大學(xué)材料與化工學(xué)院， 海南 ?？?570228； 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所， 海南 儋州571737）

天然膠乳乳清中白堅(jiān)木皮醇提取過(guò)程脫色及脫蛋白質(zhì)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(xué)材料與化工學(xué)院， 海南 ?？?570228； 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院橡膠研究所， 海南 儋州571737）

目的 研究天然膠乳中的白堅(jiān)木皮醇提取過(guò)程中活性炭粉對(duì)乳清脫色和脫蛋白質(zhì)的最佳工藝。方法 采用活性炭粉進(jìn)行乳清脫色，以溫度、活性炭用量及時(shí)間為試驗(yàn)因素，對(duì)乳清進(jìn)行脫色和脫蛋白處理，利用分光光度計(jì)和色差計(jì)檢測(cè)乳清脫色效果、紫外分光光度計(jì)檢測(cè)乳清脫蛋白質(zhì)效果。結(jié)果 活性炭用量對(duì)脫色和脫蛋白質(zhì)有較大影響，溫度對(duì)脫色和脫蛋白質(zhì)有一定的影響， 時(shí)間對(duì)脫色和脫蛋白質(zhì)影響不大。 綜合考慮， 最優(yōu)方案是溫度為20 ℃、 活性炭用量為 20%、 處理時(shí)間為 40min。 結(jié)論 此方案能有效地脫掉乳清中的有色物質(zhì)及蛋白質(zhì)， 為提取白堅(jiān)木皮醇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

白堅(jiān)木皮醇；活性炭；乳清；脫色；脫蛋白質(zhì)

白堅(jiān)木皮醇， 學(xué)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(jié)構(gòu)的藥用天然化合物［1］， 具有生命活性的特殊手性結(jié)構(gòu)。白堅(jiān)木皮醇具有極高的藥用價(jià)值， 在 “細(xì)胞內(nèi)部信息傳遞” 和 “控制細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程” 中它都起著非常重要的作用［2］， 以白堅(jiān)木皮醇作為手性試劑和手性輔助物合成一些用于生物、醫(yī)藥方面的肌醇衍生物，因此白堅(jiān)木皮醇備受生化、 藥物和醫(yī)學(xué)專家的關(guān)注。 Jong于 1906 年在巴西橡膠樹(shù)的新鮮膠乳中發(fā)現(xiàn)白堅(jiān)木皮醇，其在天然膠乳中含有量為 1.0% ～1.9%。 敖寧建［3］對(duì)白堅(jiān)木皮醇的結(jié)構(gòu)特性、國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述， 并探討今后 發(fā)展前景。 鄧瑤筠［4-8］綜 述了白堅(jiān)木皮醇的藥用價(jià)值和發(fā)展前景，同時(shí)對(duì)天然橡膠乳清中白堅(jiān)木皮醇的提取和純化工藝進(jìn)行了研究，包括天然膠乳凝固劑的影響、活性炭對(duì)乳清的脫色凈化及其最終白堅(jiān)木皮醇的化學(xué)拆分等整套工藝流程。

在提取白堅(jiān)木皮醇的工藝過(guò)程中，脫色是首要步驟。脫色凈化對(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量有很大的影響。乳清中的蛋白質(zhì)、酶、色素物質(zhì)和無(wú)機(jī)鹽離子使其呈現(xiàn)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(guò)程中， 糖類與氨基化合物會(huì)進(jìn)行美拉德反應(yīng) （ Millard）， 也會(huì)發(fā)生焦糖化反應(yīng)，加深乳清顏色，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。 Millard 機(jī)理十分復(fù)雜， 反應(yīng)溫度、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)時(shí)間等對(duì)反應(yīng)的速率以及最終產(chǎn)物的組成有著重要的影響［10］。 科研工作者在研究提取白堅(jiān)木皮醇的過(guò)程中注重活性炭的活性問(wèn)題，選擇在較高溫度活性炭活性較大的條件下進(jìn)行乳清脫色，而忽視了高溫下乳清會(huì)發(fā)生美拉德褐變反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)。因此，本實(shí)驗(yàn)考慮到高溫及高濃度條件下會(huì)發(fā)生非酶褐變， 選擇活性炭粉對(duì)濃縮 50%的乳清進(jìn)行低溫脫色，為提取白堅(jiān)木皮醇實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器 乳清為新鮮天然膠乳凝固制標(biāo)準(zhǔn)橡膠時(shí)所得的乳清 （海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)橡膠加工分公司金聯(lián)加工廠）； 活性炭粉，分析純（天津市福晨化學(xué)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(shù)有限公司）； RE52CS-1 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 （上海亞榮生化儀器廠）； 722N型分光光度計(jì) （上海精科）； TU-1901 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) （北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）； CR-400 型色澤色差計(jì) （KONICA MINOLTA公司）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳清中有色物質(zhì)最小透光度波長(zhǎng)的確定

煮沸后的乳清經(jīng)濾紙過(guò)濾， 并通過(guò) 6 000 分子量的中空纖維膜組件， 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀濃縮至 50%， 以此濾液作為參比樣品，通過(guò)分光光度計(jì)全波長(zhǎng)掃描測(cè)定濾液的最小透光度波長(zhǎng)［11-13］。

1.2.2 活性炭脫色和脫蛋白質(zhì)單因素試驗(yàn) 分別選取影響因素參數(shù) （活性炭用量、脫色時(shí)間、脫色溫度）進(jìn)行單因素試驗(yàn)。設(shè)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(shí)間為 30 min）； 加入活性炭的量設(shè)定為乳清質(zhì)量的 0、 5%、10%、 15%、 20%、25% （固定脫色溫度為 20 ℃， 脫色時(shí)間為30min）；脫色時(shí)間設(shè)定為10、 20、 30、 40、 50 min （固定脫色溫度為20 ℃， 活性炭用量為 20%）。 對(duì)乳清液進(jìn)行脫色試驗(yàn)，過(guò)濾得到脫色濾液。

1.3 脫色、 脫蛋白質(zhì)及色差的測(cè)試 使用 722N型分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為 323 nm下測(cè)試 “1.2.2”項(xiàng)處理所得到脫色濾液的 T%； 紫外分光光度計(jì)（UV） 波長(zhǎng)在 200 ～400 nm范圍內(nèi)掃描脫色濾液［15-18］； 采用色 澤 色 差計(jì) 測(cè) 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(lán)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(cè)定分析［9］。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳清中有色物質(zhì)最小透光度波長(zhǎng)的測(cè)定 由圖 1 可以看出， 乳清在分光光度計(jì)波長(zhǎng) 180 ～220 nm范圍內(nèi)的透光度 （T%） 都超過(guò) 98.0%； 在波長(zhǎng)202 ～306 nm范圍內(nèi) T%為 0； 在波長(zhǎng) 307 ～860 nm范圍內(nèi) T%呈現(xiàn)出先下降后增大， 最后 T%無(wú)限接近 100%； 當(dāng)波長(zhǎng)為 323 nm時(shí)， 乳清的 T%達(dá)到最低點(diǎn)。在分光光度計(jì)中波長(zhǎng)不同對(duì)乳清中的有色物質(zhì)的透光度對(duì)應(yīng)不同，因此，在后面的試驗(yàn)T%測(cè)試中波長(zhǎng)選擇為 323 nm。

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

2.2 脫色溫度對(duì)脫色效果及脫蛋白的影響 由圖2 可知， 在較低溫度 （10 ～20 ℃） 時(shí)， 隨著溫度的升高，乳清的 T%增大， 20 ℃ 時(shí) T%達(dá)到了75.4%； 但是超過(guò) 20 ℃后， 隨著溫度的升高，T%下降，脫色效果降低。因此，溫度對(duì)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(shí)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(qiáng)； 溫度繼續(xù)升高， 脫色效 果反而 變差， 可 能發(fā)生 了 Millard 反應(yīng)。 此時(shí)乳清已經(jīng)濃縮到原來(lái)的 50%， 糖類和蛋白質(zhì)的濃度較高，發(fā)生 Millard 反應(yīng)的速率增大， 另外溫度越高，Millard 反應(yīng)速率越快， 產(chǎn)生的黑色產(chǎn)物越多，顏色就越深。

圖2 溫度對(duì)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(xiàn)一個(gè)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(zhì)類物質(zhì)有紫外吸收。在不同溫度條件下處理乳清的結(jié)果中，溫度越高，最大吸收峰峰值越高，表明蛋白質(zhì)的量越高，脫蛋白質(zhì)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(duì)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(duì)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(dá)到 20%時(shí)，T%為 78.3%；用量為25%時(shí)， T%為 79.6%； 透光度變化不大。由于乳清中的有色物質(zhì)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(duì)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(zhì)的量也低。活性炭用量為 20%和 25%時(shí)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(shí)間對(duì)脫色效果的影響 圖 6 可以看出，所有脫色時(shí)間的T%的結(jié)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(shí)間對(duì)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(zhì)，短時(shí)間內(nèi)可達(dá)到吸附平衡。 10 min 與 20 min 的透光度相等，30min 時(shí)稍有降低， 可能是活性炭發(fā)生解吸， 最后40 min 時(shí)達(dá)到最大值， 吸附效果最好。

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

圖6 時(shí)間對(duì)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(shí)間處理的乳清的紫外掃描曲線基本重疊在一起，說(shuō)明時(shí)間對(duì)脫蛋白的影響不大。 綜合考慮， 選擇 40 min 為最優(yōu)脫色時(shí)間。

圖7 時(shí)間對(duì)乳清脫蛋白的影響Fig.7 Effect of time on latex serum decolorization deproteinization

2.5 色差結(jié)果 由表 1 可以看出， 3 個(gè)樣品的亮度 L*值和色差值△E*基本一樣， 是由于測(cè)量液體，外界的光度保持穩(wěn)定，亮度幾乎不變，所以L*值對(duì)測(cè)試結(jié)果無(wú)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(shuō)明未處理的紅度和綠度、黃度和藍(lán)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(dá)到與 H2O相當(dāng)?shù)耐该黧w系，說(shuō)明最佳樣的脫色效果已達(dá)到要求。

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

3 結(jié)論

3.1 用分光光度計(jì)檢測(cè)乳清的透光度時(shí)， 在波長(zhǎng)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(biāo)。

3.2 溫度對(duì)乳清脫色和脫蛋白質(zhì)有一定的影響，當(dāng)溫度20℃處理乳清時(shí)， 脫色和脫蛋白質(zhì)效果最好；活性炭用量越多，乳清的脫色和脫蛋白質(zhì)效果越好， 考慮成本后， 選擇 20%的活性炭處理乳清；脫色時(shí)間對(duì)脫色和脫蛋白質(zhì)的效果影響并不大，活性炭幾乎能短時(shí)間達(dá)到吸附平衡，最佳的時(shí)間為40 min。 最優(yōu)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(shí)間為 40 min。

3.3 最優(yōu)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(jīng)活性炭處理可以完全脫掉乳清中的色素，并達(dá)到與 H2O相當(dāng)?shù)耐该黧w系，說(shuō)明最佳樣的脫色效果已達(dá)到要求。

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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(xué)基金項(xiàng)目 （512110）； 國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目 （ 2013BAF08B02） ； 海南大學(xué)青年基金項(xiàng)目 （ qnjj1174） ； 農(nóng)業(yè)部橡膠樹(shù)生物學(xué)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室/海南省熱帶作物栽培生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題基金項(xiàng)目 （KLOF1202）

王麗芝 （1988—） ， 女， 碩士生， 研究方向： 高分子復(fù)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(yīng)用研究。 E-mail： liaoxx26@163.com