膜技术纯化褐藻胶的工艺研究

周爱芬，邹华蓉

(1.浙江丽水广播电视大学，浙江 丽水 323000;2.湖北工业大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430068)

海带(LaminariajaponicaAresch)是一种大型的褐藻，研究表明，海带多糖具有抗癌、防癌、增强免疫等功能，且有预防高血压及动脉硬化、有助于减肥等特殊功效[1,2]。海带多糖主要有3种，分别是褐藻胶、褐藻糖胶及褐藻淀粉。其中，褐藻胶在海带中含量最丰富，约为19.7%，在食品工业中可以作为增稠剂、稳定剂、澄清剂、胶凝剂、粘结剂等；褐藻糖胶是一种存在于细胞间的水溶性多糖物质，含量一般在0.3%～1.5%；褐藻淀粉是一种细胞内多糖，含量一般为1%左右[3]。

海带多糖的提取工艺较多，包括热水浸提法、碱浸提法、酸浸提法、超声辅助浸提法、微波浸提法、酶浸提法等[4]。传统纯化工艺直接对提取液进行醇沉或钙沉，利用氯化钙与褐藻胶作用形成褐藻酸钙沉淀，将褐藻胶分离出来，纯度不高，试剂用量大。作者在此采用膜技术纯化海带酸性提取液中褐藻胶，对纯化工艺条件进行了优化。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

海带，市售。洗净风干后，在60 ℃下干燥10 h，粉碎，即得海带粉。

诺维信480L型中温淀粉酶，南京林诺工贸有限公司；其它试剂均为分析纯。

旋转粘度计，上海衡平仪器仪表厂；膜技术设备，湖北工业大学膜技术研究所；FA-N/JA-N型电子天平，上海民桥精密科学仪器有限公司；真空干燥箱，上海福玛实验设备有限公司；SHZ-Ⅲ型循环水真空泵，江苏金坛晓阳电子仪器厂；砂芯坩埚，上海越磁电子科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 海带酸性提取液的制备

称取适量海带粉，调pH值为2，在浸提温度为70 ℃、液固比为8∶1的条件下浸提2 h，用离心机离心，得到浸提液。重复浸提3次，将浸提液混合，调pH值为6.0，即得海带酸性提取液。

1.2.2 海带酸性提取液的膜除杂处理

取海带酸性提取液，分别选用微滤膜(MF)和超滤膜(UF)对其进行除杂处理，得到滤液和浓缩液。测量并计算各膜的平均膜通量、浓缩倍数、褐藻胶质量指标，比较分析以上数据以确定膜除杂工艺。膜的规格和工艺参数如表1所示。

表1 膜的规格及工艺参数

1.2.3 海带酸性提取液先酶解再膜除杂处理

由于海带酸性提取液中含有一定量的褐藻淀粉，其分子量较大，容易堵塞膜孔，在膜表面形成胶体，不利于膜运行，因此先用淀粉酶将褐藻淀粉酶解，然后再进行膜除杂纯化。

1.2.3.1 酶解条件的确定

根据诺维信480L型中温淀粉酶的酶解条件，选择相应的因素和水平，以海带酸性提取液中葡萄糖的含量为指标，进行正交实验，得到最佳酶解条件。正交实验的因素与水平见表2。

表2 正交实验的因素与水平

1.2.3.2 膜除杂处理

对淀粉酶酶解后的海带酸性提取液再进行膜除杂处理，方法同1.2.2。膜的规格及工艺参数见表1。

1.3 分析检测

将待测样品干燥成固体，分别根据GB 1976-2008[5]附录A、附录D、附录E测定粘度、灰分、水不溶物。

膜瞬时通量J(L·m-2·h-1)、膜平均通量J0(L·m-2·h-1)、膜浓缩倍数N分别依下式计算：

式中：V为透过液体积，L；T为取样时间，h；A为膜面积，m2；T0为膜工作时间，h；W0为过膜终止时透过液体积，L；W为起始液的体积，L。

2 结果与讨论

2.1 膜除杂处理效果

微滤膜和超滤膜处理海带酸性提取液的膜通量随时间的变化如图1所示。

图1 微滤膜(a)、超滤膜(b)的膜通量随时间的变化

由图1可知，微滤膜和超滤膜在运行过程中膜通量不断减小，长时间的运行会使膜组件受到严重的污染。

微滤膜和超滤膜处理海带酸性提取液的运行结果如表3所示。

表3 膜运行结果

由表3可知，微滤膜平均膜通量明显大于超滤膜，其浓缩倍数略大于超滤膜。这是因为超滤膜孔径更小，拦截了更多的物质。

微滤膜和超滤膜处理海带酸性提取液的褐藻胶的质量指标如表4所示。

表4 褐藻胶的质量指标

由表4可知，微滤膜滤液粘度更高，说明褐藻胶损失更多，因此，为提高褐藻胶的收率，宜选用超滤膜处理海带酸性提取液。

2.2 淀粉酶酶解条件优化

酶解条件正交实验的结果与分析见表5。

表5 酶解条件正交实验及结果分析

由表5可知，用诺维信480L型中温淀粉酶进行酶解，各因素对海带酸性提取液中葡萄糖含量的影响大小依次为：pH值>酶加量>酶解温度>酶解时间。最佳条件为A1B2C1D1，即：pH值6.0，酶加量0.3‰，酶解温度50 ℃，酶解时间2 h。

2.3 酶解后膜除杂处理效果

微滤膜和超滤膜处理酶解后海带酸性提取液的膜通量随时间的变化如图2所示。

图2 微滤膜(a)、超滤膜(b)的膜通量随时间的变化

由图2可知，微滤膜与超滤膜处理淀粉酶酶解前后提取液的膜通量变化趋势相同，但处理酶解后提取液的膜通量均有所增大。

微滤膜和超滤膜处理酶解后海带酸性提取液的运行结果如表6所示。

表6 膜运行结果

由表6可知，膜处理淀粉酶酶解前后提取液的浓缩倍数相差不大，但处理酶解后提取液的膜通量明显增大，分别提高了34.3%和27.3%。这是因为，酶解后褐藻淀粉大部分转化为葡萄糖溶于滤液中，膜拦截的物质减少，膜通量增大，但因褐藻淀粉含量少，浓缩倍数变化不明显。

微滤膜和超滤膜处理酶解后海带酸性提取液的褐藻胶质量指标如表7所示。

表7 褐藻胶的质量指标

由表7可知，超滤膜处理的褐藻胶的质量指标变化不大(接近国标规格)，损失量很小，对于除杂纯化有较好的优势。因此，先将提取液中的褐藻淀粉酶解，然后再采用超滤膜除杂，可以有效地减少海带酸性提取液中褐藻淀粉的含量、提高褐藻胶的含量，同时提高膜通量，达到提高纯化效果的目的。

3 结论

(1)超滤膜纯化海带酸性提取液中褐藻胶较微滤膜的收率更高。

(2)最佳的诺维信480L型中温淀粉酶酶解条件为：pH值6.0，酶加量0.3‰，酶解温度50 ℃，酶解时间2 h。

(3)加入诺维信480L型中温淀粉酶酶解后，微滤膜和超滤膜的膜通量分别提高了34.3%和27.3%，但对褐藻胶的质量指标影响较小。

(4)确定的优化方案为：先将提取液中的淀粉酶解，再采用超滤膜除杂，所得浓缩液的质量接近国标规格，褐藻胶损失很小。

[1] 陈镜钦,胡雪琼.海带多糖的初步研究[J].湛江海洋大学学报，2003,23(6)：69-71.

[2] 高梦祥,刘恒蔚,宗明远.采用微波技术提取海带多糖的工艺研究[J].食品研究与开发，2006,27(8)：69-72.

[3] 吴凤娜,张玲.海带多糖及其提取方法[J].山东食品发酵，2011,(3)：36-38.

[4] 张慧玲,任秀莲,魏琦峰,等.酶法提取纯化海带多糖的工艺[J].食品研究与开发，2007,28(10)：101-104.

[5] GB 1976-2008，食品添加剂 褐藻酸钠[S].