離子交換纖維對菊芋汁脫色的研究*

徐勇虎 國 華 王永樂 李睿穎 劉 云 胡婭君 許勤虎 劉曉鷗

（1天津市工業微生物研究所，天津 300462） （2天津城市建設學院，天津 300384）

離子交換纖維對菊芋汁脫色的研究*

徐勇虎1**國 華1王永樂1李睿穎1劉 云1胡婭君1許勤虎1劉曉鷗2

（1天津市工業微生物研究所，天津 300462） （2天津城市建設學院，天津 300384）

研究了離子交換纖維和離子交換樹脂對菊芋汁的脫色性能，并對離子交換纖維的交換類型和離子交換纖維的混裝效果進行了實驗。結果表明，在強酸性離子交換纖維與強堿性離子交換纖維以6∶4體積比混裝時，脫色效果最好，色值比單獨使用強堿性離子交換纖維降低了41%。

離子交換纖維；脫色；混裝

菊粉又稱菊糖，來源于菊芋、菊苣等植物，是一種功能性多聚糖，也是最易溶解的水溶性膳食纖維。菊粉作為一種純天然的功能性配料，已被世界20多個國家批準為營養增補劑，廣泛應用于乳制品、飲料、低脂低熱量食品、烘焙食品、保健食品中。我國衛生部也于09年批準菊粉為新資源食品。在此契機下我國的菊粉產業正在蓬勃的發展，但我國生產的菊粉質量與歐洲大廠如ORAFTI公司生產的菊粉存在差距，其中主要的差距就在于產品的顏色和灰分含量。

在我國生產菊粉絕大部分都是以菊芋為原料，菊芋汁中存在著大量的有色物質，他們的來源有5種途徑：①存在于菊芋組織中的天然色素；②菊芋汁中無色前體物質通過酶促褐變形成有色物質；③通過非酶促褐變（包括美拉德反應、焦糖化反應、以及堿降解反應）形成有色物質；④由加工設備或工藝條件引起的顏色；⑤菊芋汁中微生物活動生成的有色物質。

離子交換纖維是以合成纖維材料為基礎的離子交換介質，經過特殊處理，使其含有活動離子，具有較好的置換除色作用，無毒，在制藥工業、水處理有較廣泛的應用。離子交換纖維與普通離子交換樹脂不同，其內部成絲狀，同一體積的離子交換纖維要比普通顆粒樹脂表面積大20倍左右，吸附能力強，所以脫色效果非常好。離子交換纖維廣泛應用于化工、制藥、水處理、輕工食品、制糖、農副產品加工等行業。

1 材料及儀器

菊芋，本地購買。FIBAN K-1強酸性離子交換纖維，白俄羅斯；FIBAN A-6（N） 強堿性離子交換纖維，白俄羅斯；HD-8強酸性樹脂，華東理工大學；D213強堿性樹脂，華東理工大學。

北京普析TU-1901型可見分光光度計，用于測定菊芋汁溶液的色值；Sartorius酸度計，用于測定溶液pH值。

2 脫色效果測定方法

在實驗用小型離子交換樹脂柱中分別裝入等干質量的樹脂和離子交換纖維，以相同的流速通過菊芋汁，流出液定時取樣，分別用分光光度計測定560 nm下的吸光度，計算色值（單位為IU）。

式中：D（λ）—560 nm處測得的吸光度；

b—比色皿厚度，cm；

c—樣品固溶物濃度，g/mL。

3 試驗數據與討論

3.1 離子交換纖維與離子交換樹脂脫色效果的對比研究

為了選擇最佳的吸附脫色材料，選用目前常用的兩種離子交換樹脂與離子交換纖維進行菊芋汁脫色對比試驗。選用等體積的HD-8離子交換樹脂和K-1離子交換纖維轉為H+型、D213離子交換樹脂和A-6（N） 離子交換纖維轉為OH-型后，再對等量的菊芋汁進行脫色試驗，試驗用菊芋汁pH值為6.85，色值為2 568IU。采用TU-1901型可見分光光度計分別測定吸光度計算其色值，試驗結果見圖1。

圖1 H+型、OH-型離子交換纖維與離子交換樹脂對菊芋汁色素吸附的色值曲線

由圖1可知，強堿性離子交換纖維用于菊芋汁脫色效果遠遠高于離子交換樹脂。采用強堿性離子交換纖維對清汁進行脫色，流出液色值低，連續使用50 min后開始飽和；而采用離子交換樹脂進行脫色，其色值比用強堿性離子交換纖維的色值高，并且35 min后離子交換樹脂開始飽和。這是由于離子交換纖維與離子交換樹脂相比，具有比表面積大、交換速度快的特點。因此，離子交換纖維的傳質速率、交換量遠大于離子交換樹脂，并且同時也能滿足高通量交換過程的需要。

由于酸堿對環境危害較大、并且價格較高、運輸不方便，我們考慮把樹脂轉換成Na+和Cl-型，即只用NaCl即可再生，若結果可行將為生產節省成本。

選用等體積的HD-8離子交換樹脂和K-1離子交換纖維轉為Na+型、D213離子交換樹脂和A-6（N） 離子交換纖維轉為Cl-型，再重復上述試驗，試驗結果見圖2。

圖2 Na+型、Cl-型離子交換纖維與離子交換樹脂對菊芋汁色素吸附的色值曲線

由圖2可知，強堿性離子交換纖維好于強酸性離子交換纖維，飽和時間有所降低，為45 min，而離子交換樹脂的脫色效果相對較差。轉換為Cl-型的強堿性離子交換纖維脫色效果比OH-型的稍有降低，但由于節省成本，對環境污染小，所以有利用的價值。

3.2 強酸強堿離子交換纖維混裝脫色試驗

在試驗中發現經過強堿性離子交換纖維脫色的菊芋汁再用強酸性離子交換纖維脫色可以令色值進一步降低，經過強酸性離子交換纖維脫色的菊芋汁再用強堿性離子交換纖維脫色同樣也可以令色值進一步降低。所以我們可以在一個樹脂柱中裝入一定比例的強酸性離子交換纖維和強堿性離子交換纖維，使脫色效果達到最佳。

不同體積比的兩種離子交換纖維混裝的脫色效果試驗，將強酸性離子交換纖維和強堿性離子交換纖維按一定體積比裝填于樹脂柱中，將菊芋汁通入樹脂中脫色，待流出液基本穩定時取樣測定色值。本試驗收集流出15 min時的試樣測定色值。試驗結果見表1。

表1 不同混裝體積比對菊芋汁的脫色效果

由表1可知，當強酸性離子交換纖維體積為60%、強堿性離子交換纖維體積為40%時，脫色效果最佳，并且脫色效果明顯好于單獨使用強酸性或強堿性離子交換纖維時的效果，色值比單獨使用強堿性離子交換纖維降低了41%。

4 結論

a)采用離子交換纖維對菊芋汁的脫色效果明顯好于離子交換樹脂。

b)強堿性陰離子交換纖維對菊芋汁具有高的脫色效果。

c)以強酸性離子交換纖維與強堿性離子交換纖維按6∶4體積比混裝脫色柱，脫色效果達到最佳。

［1］許勤虎.菊芋（洋姜）的產業化開發應用研究［J］.山西食品工業，2001（2）：33-34.

［2］BENTO.Separation of sugar colorants through sucrose chromatography［J］.Int Sugar J，1993，95（1 138）：391-394.

［3］黃偉干，陳屏剛.制糖工業分析［M］.北京：輕工業出版社，1981.

［4］陶祖貽，趙愛民，鄭成法，等.離子交換平衡及動力學［M］.北京：原子能出版社，1989.

Study on decoloration ofjerusalem artichoke juice by lon-exchange fiber and lon-exchange resin

XUYong-hu1**GUOHua1WANGYong-le1LIRui-ying1LIUYun1HUYa-jun1XUQin-hu1LIUXiao-ou2
（1Tianjin research institute ofindustrial microbiology，Tianjin 300462，China）
（2Tianjin institute ofurban construction，Tianjin 300384，China）

A study on decoloration of jerusalem artichoke juice by ion-exchange fiber and ion-exchange resin was introduced in this paper.The effects of decoloration bydifferent types of ion-exchange fiber independent and mix-filling were investigated.The results showed that mix-filling of 40%strong acidic ion-exchange fiber with 60%strong alkaline ion-exchange fiber got the lowest color value and the color value dropped by 41%than using strong alkaline ion-exchange fiber independently.

ion-exchange fiber； decoloration； mixfilling

天津市科技支撐計劃項目，項目編號09ZCKFNC 04800.

**徐勇虎，男，1975年出生，1999年畢業于天津科技大學，高級工程師。

2010-07-11