大孔吸附樹脂用于醬油脫色研究

韓成秀，朱新貴, *，李學偉

（1.華南農業大學 食品學院，廣東 廣州 510642；2.李錦記（新會）食品有限公司，廣東 江門 529156）

醬油在我國已有兩千余年的歷史，作為一種調味品，深受廣大消費者的喜愛。隨著飲食文化和調味品市場的多元化發展，各種功能性醬油也快速出現，人們除了在做部分菜肴（如紅燒菜類）時需要顏色深的傳統醬油外，在做清蒸菜肴時還需要淡而純正的淺色醬油。作為醬油的新品種，淺色醬油體現“增香不增色”的特點，更符合“現代醬油”[1]的理念，不僅具有豐富的營養和良好的調味作用，而且能保持菜肴、肉類等食品的天然色澤。

淺色醬油的制作有發酵控制法和脫色法兩種生產方法。日本沿用傳統的發酵控制工藝方法，即從原料處理直至成品包裝，所有工序均采取防止增色的措施[2-3]，但該生產工藝復雜，需要低溫熟成，由于發酵不充分，造成產品香氣不足、穩定性差。國內有廠家嘗試利用活性炭對半成品醬油進行脫色處理[4]，但脫色效果不理想，醬油風味物質損失嚴重，且過濾難度大、成本高。大孔吸附樹脂利用范德華力對分子進行吸附，具有物化穩定性高、吸附選擇性強、富集效果好、再生方便等優點[5-7]，是一種優秀的有機高聚物吸附劑，現已廣泛應用于醫藥、化工、天然色素提取和食品等領域。而利用大孔樹脂對醬油進行脫色鮮有報道，這種新型的制備淺色醬油的方法可以克服發酵控制法工藝繁瑣和活性炭脫色法環境污染及炭殘留的缺點[8]。

本試驗通過探討大孔樹脂對醬油脫色工藝，研究脫色對醬油的主要品質指標如總酸（total acid，TA）和氨基酸態氮（amino acid nitrogen，AAN）等含量的影響，擬建立起新的淺色醬油制作工藝路線，為淺色醬油及其他新型調味品開發提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

HPD100、D101、DM130、AB-8型大孔樹脂：滄州寶恩吸附材料科技有限公司；DA201-C、DA201-CⅡ型大孔樹脂：江蘇蘇青水處理集團公司；醬油（高鹽稀態釀造醬油，未經熱殺菌）：李錦記（新會）食品有限公司；氫氧化鈉（分析純）、鹽酸（優純級）：廣州化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

UV-1100紫外可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；SPH-2102CS立式雙層恒溫振蕩箱：上海世平實驗設備有限公司；3100C電子天平：精科華瑞有限公司；標準檢驗200目篩：浙江上虞市華豐五金儀器有限公司；794全自動滴定儀：瑞士萬通（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樹脂的預處理

稱取一定量樹脂，用蒸餾水洗至無渾濁后濾去水。再依次用約2倍樹脂體積的5%鹽酸溶液和5%氫氧化鈉溶液分別浸泡6 h，蒸餾水洗樹脂至中性。最后用體積分數95%的乙醇浸泡6 h，蒸餾水洗至無乙醇味，濾去水備用[9]。

1.3.2 樹脂的初選

稱取20 g經過預處理的樹脂于250 mL三角瓶中，加入100 g醬油，置于恒溫振蕩箱中，調節溫度為30 ℃，搖床轉速為150 r/min，振蕩脫色3 h。脫色結束后，用200目篩過濾，收集濾液。測定不同樹脂處理醬油的脫色率和脫色后TA和AAN的含量。

1.3.3 樹脂動力學特性測定

稱取初步篩選出經過預處理的樹脂20 g于250 mL三角瓶中，加入100 g醬油，置于恒溫振蕩箱中，調節溫度為30 ℃，搖床轉速為150 r/min，持續振蕩脫色。每隔一定時間取樣測定樹脂對醬油脫色率。樹脂動力學特性即被樹脂吸附物質在溶液中濃度隨時間的變化關系[10]。在樹脂對醬油中色素進行吸附過程中，脫色率與色素濃度成反比，據此以時間為橫坐標、脫色率為縱坐標繪制樹脂吸附醬油色素的動力學特性曲線。

1.3.4 單因素試驗

稱取一定量經過預處理的具備最佳脫色效果樹脂于250 mL三角瓶中，加入100 g醬油，置于恒溫振蕩箱中振蕩脫色。分別考察脫色溫度、樹脂用量（樹脂質量：醬油質量）、搖床轉速對脫色率的影響。

1.3.5 正交試驗及數據分析

采用L9（34）正交試驗研究脫色溫度、脫色時間、樹脂用量和搖床轉速對醬油脫色率的影響，并采用統計產品與服務解決方案（statistical package for the social science，SPSS）統計軟件對正交試驗結果進行方差分析。

1.3.6 淺色醬油顏色穩定性試驗

將按照最佳工藝條件制備的淺色醬油分為避光保存和不避光保存兩組，并每組取3等份置于4 ℃、25 ℃和35 ℃保存。每隔一個月取樣，稀釋10倍并在波長530 nm處測定吸光度值，觀察顏色穩定性。

1.3.7 分析方法

脫色率的測定：脫色率為溶液中有色物質被大孔樹脂吸附進而脫去部分所占比例。醬油中有色物質濃度測定方法有多種，國內各大醬油廠家利用醬油中有色物質濃度與一定波長處吸光度值在很大范圍內成良好線性關系的原理，采用吸光度值法測定。而不同工藝釀造醬油有色物質濃度測定所在波長也不同。如HASHIBA H等[11-12]認為合適的波長為420 nm。本試驗所用樣品醬油供應廠商用于檢測所產醬油有色物質濃度的統一波長為530 nm。因此，可將試樣用蒸餾水稀釋10倍后在波長530 nm處測吸光度值，按下式計算脫色率。

式中：A0為未經脫色的醬油稀釋10倍后在波長530 nm處的吸光度值；A為脫色后的淺色醬油稀釋10倍后在波長530 nm處的吸光度值。

TA和AAN含量的測定：參考GB/T 18186—2000《釀造醬油》中規定進行測定。

2 結果與討論

2.1 大孔樹脂的初選

6種不同型號樹脂的主要理化性質及對醬油脫色效果見表1、表2。由表1可知，DA201-CⅡ和DA201-C兩種樹脂在相同條件下脫色性能最好。由表2可知，DA201-CⅡ、DA201-C樹脂具有較大的比表面積和非極性吸附性質，與醬油中分子較大的非極性色素成分相適應[13-14]，因此對醬油有著高效的脫色能力。

表1 6種不同型號樹脂對醬油的脫色效果Table 1 Effect of 6 kinds of macroporous adsorption resins on soy sauce decoloration

不同特性的樹脂對醬油中色素成分具有不同的吸附能力，對氨基酸和其他酸性物質（醋酸、乳酸等）的吸附能力也有明顯差異。經過脫色處理，造成醬油TA含量變化最小的是DA201-C Ⅱ型樹脂，AAN 含量變化最小的是DA201-C型樹脂。綜合考慮，既要有相當的脫色率，又要兼顧TA和AAN損失最小，宜選取DA201-CⅡ和DA201-C型樹脂作進一步篩選。

表2 6種不同型號樹脂的主要理化性質Table 2 Physicochemical property of the 6 kinds of macroporous adsorption resins

2.2 DA201-CⅡ和DA201-C型樹脂動力學特性

僅用脫色率來評價一種樹脂的脫色能力并不客觀，一些樹脂可能具有較大的吸附量，但吸附速率低，達到吸附平衡的時間很長。因此，對DA201-CⅡ和DA201-C兩種型號樹脂作動力學特性試驗，比較脫色速率，以進一步篩選[15]，結果見圖1。

圖1 DA201-CⅡ和DA201-C型樹脂動力學特性Fig.1 Kinetic characteristics of DA201-CⅡtype MAR and DA201-C type MAR

由圖1可見，兩種樹脂的動力學曲線相似，均屬于快速平衡型[16]。在吸附初始階段，脫色率快速上升，1.0 h之后，脫色率上升變緩。DA201-CⅡ型樹脂吸附平衡時間出現在1.5～2.0 h，DA201-C型樹脂吸附平衡時間出現在3.0 h后。從脫色速率角度分析，DA201-CⅡ型樹脂更有優勢，故選擇DA201-CⅡ型樹脂作為對醬油的最佳脫色樹脂，并選取3個較優的脫色時間水平1.5 h、2.0 h和2.5 h作進一步正交試驗。

2.3 樹脂用量對脫色率的影響

在脫色過程中，若樹脂用量過少，醬油中色素未被完全吸附，樹脂即達到飽和平衡；若用量過多，會造成樹脂的浪費。DA201-CⅡ型樹脂用量對醬油脫色率的影響見圖2，隨著樹脂用量的增加，脫色率升高。當樹脂用量增加至20 g/100 g醬油時，再繼續增加樹脂用量，脫色率幾乎不再變化。綜合考慮本試驗結果，選取3個較優的樹脂用量水平15 g/100 g醬油、20 g/100 g醬油和25 g/100 g醬油作進一步正交試驗。

圖2 DA201-CII型樹脂用量對脫色率的影響Fig.2 Effect of DA201-CII type MAR dosage on decoloration ratio

2.4 脫色溫度對脫色率的影響

圖3 DA201-CⅡ型樹脂脫色溫度對脫色率的影響Fig.3 Effect of temperature of DA201-CⅡtype MAR on decoloration ratio

由圖3可見，在30 ℃和40 ℃時有較好的脫色效果，在20 ℃時延長脫色時間也會有較好的脫色效果，因為隨著溫度的升高，色素分子的擴散速率加快，有利于樹脂對色素的吸附；溫度＞50 ℃脫色不穩定，前期脫色效果較好，后期出現脫色率下降現象，這是由于該吸附是一個放熱過程，溫度過高，色素的解吸速率也加快，當色素解吸速率＞樹脂對色素的吸附速率，會導致色素吸附量下降，脫色率降低[17]。綜合考慮，選取3個較優的脫色溫度水平20 ℃、30 ℃和40 ℃作進一步正交試驗。

2.5 搖床轉速對脫色率的影響

圖4 搖床轉速對脫色率的影響Fig.4 Effect of rotation speed on decoloration ratio

大孔樹脂分散在醬油中，合適的搖床轉速能讓顆粒狀樹脂和醬油中色素分子分散性提高，增大吸附點與色素的接觸幾率，有利于色素向樹脂內表面擴散，從而提高脫色率。但若搖床轉速過高，不僅耗費過多電能，而且會造成樹脂的破碎，不利于其重復利用[18]。由圖4可知，搖床轉速為150 r/min時，脫色率達到最大值；當轉速＞200 r/min，脫色率不再增加。故選擇3個較優的搖床轉速水平100 r/min、150 r/min和200 r/min作進一步正交試驗。

2.6 醬油脫色正交試驗

影響脫色率的因素有樹脂用量、脫色溫度、脫色時間、搖床轉速。選取DA201-CⅡ型樹脂對醬油進行脫色，對4個因素進行L9（34）正交試驗，優化脫色工藝，試驗設計因素水平見表3。以脫色率作為評價指標，DA201-CⅡ型樹脂對醬油進行脫色的正交試驗結果及方差分析見表4、表5。

表3 DA201-CⅡ型樹脂對醬油脫色正交試驗因素與水平Table 3 Factors and levels of orthogonal test for decoloration optimization of DA201-CⅡtype MAR

表4 DA201-CⅡ型樹脂脫色率正交試驗結果與分析Table 4 Results and analysis of orthogonal test for decoloration rate optimization of DA201-CⅡtype MAR

由表4平均方差值比較得知，在4因素的試驗水平范圍內，因素作用的主次順序為樹脂用量＞脫色時間＞搖床轉速＞脫色溫度。脫色工藝最優組合為樹脂用量25 g/100 g醬油、脫色時間2.5 h、搖床轉速200 r/min、脫色溫度30 ℃。由表5可知，脫色溫度、脫色時間、樹脂用量和搖床轉速顯著性檢驗的P值均＜0.01，即差異存在非隨機造成，可知4個因素的作用均高度顯著。

表5 正交試驗結果方差分析Table 5 Variance analysis of orthogonal test results

2.7 驗證試驗

由于最優組合不在正交表中，故需做一組該工藝條件下的驗證試驗，即在樹脂用量25 g∶100 g、脫色時間2.5 h、搖床轉速200 r/min、脫色溫度30 ℃條件下，測得脫色率為86.39%。

2.8 淺色醬油的穩定性

利用DA201-CⅡ型樹脂對醬油進行脫色，所得淺色醬油呈淡黃色，透明清亮，因含有一定量的還原糖和氨基酸，在保存過程中會發生美拉德反應，產生新的色素物質。

圖5 避光(A)和不避光(B)保存下淺色醬油吸光度值變化Fig.5 Variation of absorbance value of light color soy sauce preserved in dark place (A) and not in dark place (B)

從圖5可以看出，淺色醬油保存過程中顏色變化主要發生在第1個月，2個月后顏色趨于穩定；溫度對淺色醬油顏色具有顯著影響，而光照對醬油顏色影響不大。這是由于在美拉德反應過程中，溫度是影響反應速率和平衡的主要原因。在4 ℃條件下保存3個月，醬油顏色變化不明顯。因此，低溫保存能較好地抑制淺色醬油顏色返深。

3 結論

比較不同類型的大孔吸附樹脂對醬油的脫色率及主要理化指標的影響，得出DA201-CⅡ型樹脂對醬油脫色率最高，且對TA和AAN影響最小。通過正交試驗，確定DA201-CⅡ型樹脂對醬油的最佳脫色工藝為脫色時間2.5 h，樹脂用量25 g/100 g醬油，搖床轉速200 r/min，脫色溫度30 ℃，脫色率可達到86.39%。因此，利用大孔樹脂對醬油脫色進而制備淺色醬油是可行的，且有著值得重視的應用前景。

淺色醬油穩定性試驗表明，溫度對淺色醬油顏色具有顯著影響，而光照對顏色影響不大。常溫（25 ℃）條件下貯存1個月，淺色醬油顏色即明顯變深；低溫（4 ℃）條件下貯存3個月，顏色變化不顯著。因此，利用大孔樹脂對醬油脫色制得的淺色醬油宜低溫存放。

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