天然胶乳乳清中白坚木皮醇提取过程脱色及脱蛋白质研究

王丽芝， 廖小雪*， 廖双泉， 范 丹， 李 震， 田维敏

（1.海南大学材料与化工学院， 海南 海口 570228； 2.中国热带农业科学院橡胶研究所， 海南 儋州571737）

天然胶乳乳清中白坚木皮醇提取过程脱色及脱蛋白质研究

王丽芝1， 廖小雪1*， 廖双泉1， 范 丹1， 李 震1， 田维敏2

（1.海南大学材料与化工学院， 海南 海口 570228； 2.中国热带农业科学院橡胶研究所， 海南 儋州571737）

目的 研究天然胶乳中的白坚木皮醇提取过程中活性炭粉对乳清脱色和脱蛋白质的最佳工艺。方法 采用活性炭粉进行乳清脱色，以温度、活性炭用量及时间为试验因素，对乳清进行脱色和脱蛋白处理，利用分光光度计和色差计检测乳清脱色效果、紫外分光光度计检测乳清脱蛋白质效果。结果 活性炭用量对脱色和脱蛋白质有较大影响，温度对脱色和脱蛋白质有一定的影响， 时间对脱色和脱蛋白质影响不大。 综合考虑， 最优方案是温度为20 ℃、 活性炭用量为 20%、 处理时间为 40min。 结论 此方案能有效地脱掉乳清中的有色物质及蛋白质， 为提取白坚木皮醇实现工业化生产提供理论依据。

白坚木皮醇；活性炭；乳清；脱色；脱蛋白质

白坚木皮醇， 学名为 2-甲氧基-L-（-）-肌醇 ［2-O-methyl-L-（ chiro-inositol）］， 属于肌醇衍生物类，是一种左旋结构的药用天然化合物［1］， 具有生命活性的特殊手性结构。白坚木皮醇具有极高的药用价值， 在 “细胞内部信息传递” 和 “控制细胞生长过程” 中它都起着非常重要的作用［2］， 以白坚木皮醇作为手性试剂和手性辅助物合成一些用于生物、医药方面的肌醇衍生物，因此白坚木皮醇备受生化、 药物和医学专家的关注。 Jong于 1906 年在巴西橡胶树的新鲜胶乳中发现白坚木皮醇，其在天然胶乳中含有量为 1.0% ～1.9%。 敖宁建［3］对白坚木皮醇的结构特性、国内外开发和应用现状进行综述， 并探讨今后 发展前景。 邓瑶筠［4-8］综 述了白坚木皮醇的药用价值和发展前景，同时对天然橡胶乳清中白坚木皮醇的提取和纯化工艺进行了研究，包括天然胶乳凝固剂的影响、活性炭对乳清的脱色净化及其最终白坚木皮醇的化学拆分等整套工艺流程。

在提取白坚木皮醇的工艺过程中，脱色是首要步骤。脱色净化对于产品的质量有很大的影响。乳清中的蛋白质、酶、色素物质和无机盐离子使其呈现浅黄色，并且极易氧化、褐变使其变成黑褐色［9］。另外， 在加热浓缩乳清的过程中， 糖类与氨基化合物会进行美拉德反应 （ Millard）， 也会发生焦糖化反应，加深乳清颜色，严重影响产品质量。 Millard 机理十分复杂， 反应温度、反应物浓度、反应时间等对反应的速率以及最终产物的组成有着重要的影响［10］。 科研工作者在研究提取白坚木皮醇的过程中注重活性炭的活性问题，选择在较高温度活性炭活性较大的条件下进行乳清脱色，而忽视了高温下乳清会发生美拉德褐变反应和焦糖化反应。因此，本实验考虑到高温及高浓度条件下会发生非酶褐变， 选择活性炭粉对浓缩 50%的乳清进行低温脱色，为提取白坚木皮醇实现工业化生产提供理论依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器 乳清为新鲜天然胶乳凝固制标准橡胶时所得的乳清 （海南天然橡胶产业集团橡胶加工分公司金联加工厂）； 活性炭粉，分析纯（天津市福晨化学试剂厂）；滤膜， 孔径 0.22 μm（上海市新亚净化器件厂）。

VEOS503 中空纤维膜组件 （天津膜天膜工程技术有限公司）； RE52CS-1 旋转蒸发器 （上海亚荣生化仪器厂）； 722N型分光光度计 （上海精科）； TU-1901 双光束紫外可见分光光度计 （北京普析通用仪器有限责任公司）； CR-400 型色泽色差计 （KONICA MINOLTA公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 乳清中有色物质最小透光度波长的确定

煮沸后的乳清经滤纸过滤， 并通过 6 000 分子量的中空纤维膜组件， 旋转蒸发仪浓缩至 50%， 以此滤液作为参比样品，通过分光光度计全波长扫描测定滤液的最小透光度波长［11-13］。

1.2.2 活性炭脱色和脱蛋白质单因素试验 分别选取影响因素参数 （活性炭用量、脱色时间、脱色温度）进行单因素试验。设置脱色温度分别为10、 20、 30、 40、 50 ℃ （固定活性炭用量为15%，脱色时间为 30 min）； 加入活性炭的量设定为乳清质量的 0、 5%、10%、 15%、 20%、25% （固定脱色温度为 20 ℃， 脱色时间为30min）；脱色时间设定为10、 20、 30、 40、 50 min （固定脱色温度为20 ℃， 活性炭用量为 20%）。 对乳清液进行脱色试验，过滤得到脱色滤液。

1.3 脱色、 脱蛋白质及色差的测试 使用 722N型分光光度计在波长为 323 nm下测试 “1.2.2”项处理所得到脱色滤液的 T%； 紫外分光光度计（UV） 波长在 200 ～400 nm范围内扫描脱色滤液［15-18］； 采用色 泽 色 差计 测 量 脱色 滤 液 的颜 色 体系 （CIELAB体系） 值： L* （亮度）、 a* （红度和绿度）、 b* （黄度和蓝度）、 △E（色差值）。将脱色滤液用厚度为 10 mm的玻璃皿放置在反射样品池中测定分析［9］。

2 结果与讨论

2.1 乳清中有色物质最小透光度波长的测定 由图 1 可以看出， 乳清在分光光度计波长 180 ～220 nm范围内的透光度 （T%） 都超过 98.0%； 在波长202 ～306 nm范围内 T%为 0； 在波长 307 ～860 nm范围内 T%呈现出先下降后增大， 最后 T%无限接近 100%； 当波长为 323 nm时， 乳清的 T%达到最低点。在分光光度计中波长不同对乳清中的有色物质的透光度对应不同，因此，在后面的试验T%测试中波长选择为 323 nm。

图1 乳清的全波长扫描 （T%）Fig.1 Full wavelength scan of latex serum

2.2 脱色温度对脱色效果及脱蛋白的影响 由图2 可知， 在较低温度 （10 ～20 ℃） 时， 随着温度的升高，乳清的 T%增大， 20 ℃ 时 T%达到了75.4%； 但是超过 20 ℃后， 随着温度的升高，T%下降，脱色效果降低。因此，温度对乳清脱色效果有一定的影响。原因是活性炭的最佳吸附温度为70 ～80 ℃， 10 ℃时温度太低， 活性炭吸附效果不好； 随着温度升高到 20 ℃， 吸附效果增强； 温度继续升高， 脱色效 果反而 变差， 可 能发生 了 Millard 反应。 此时乳清已经浓缩到原来的 50%， 糖类和蛋白质的浓度较高，发生 Millard 反应的速率增大， 另外温度越高，Millard 反应速率越快， 产生的黑色产物越多，颜色就越深。

图2 温度对乳清脱色效果的影响Fig.2 Effect of temperature on latex serum decolorization

由图3可知，谱图中只出现一个最大吸收峰，并且峰位置大致都在 280 nm附近， 表明乳清中只有蛋白质类物质有紫外吸收。在不同温度条件下处理乳清的结果中，温度越高，最大吸收峰峰值越高，表明蛋白质的量越高，脱蛋白质效果越不好。10℃与20℃处理乳清的 UV曲线基本重叠， 非常相近。 所以， 最佳的脱色温度为20 ℃。

图3 温度对乳清脱蛋白的影响Fig.3 Effect of temperature on latex serum deproteinization

2.3 活性炭用量对脱色效果的影响 由图 4 可知，随着活性炭用量的增大，乳清的T%越大，脱色效果越好； 活性炭用量达到 20%时，T%为 78.3%；用量为25%时， T%为 79.6%； 透光度变化不大。由于乳清中的有色物质的量是不变的，随着活性炭用量的加大，最后趋于吸附平衡。

图4 活性炭用量对乳清脱色效果的影响Fig.4 Effect of activated carbon dosage on latex serum decolorization

由图5可知， 随着活性炭用量的增加， UV图中的最大吸收峰峰值降低，表明蛋白质的量也低。活性炭用量为 20%和 25%时的最大吸收峰值差别不大， 考虑成本选择活性炭最佳用量为 20%。

2.4 脱色时间对脱色效果的影响 图 6 可以看出，所有脱色时间的T%的结果都相差不大，其中T%的最大值为 79%，最小值为 77%。 由此可知，处理时间对乳清脱色的影响并不大。原因可能是活性炭能快速的吸附乳清中的有色物质，短时间内可达到吸附平衡。 10 min 与 20 min 的透光度相等，30min 时稍有降低， 可能是活性炭发生解吸， 最后40 min 时达到最大值， 吸附效果最好。

图5 活性炭用量对乳清脱蛋白的影响Fig.5 Effect of activated carbon dosage on latex serum deproteinization

图6 时间对乳清脱色效果的影响Fig.6 Effect of time on latex serum decolorization

在图7中，不同脱色时间处理的乳清的紫外扫描曲线基本重叠在一起，说明时间对脱蛋白的影响不大。 综合考虑， 选择 40 min 为最优脱色时间。

图7 时间对乳清脱蛋白的影响Fig.7 Effect of time on latex serum decolorization deproteinization

2.5 色差结果 由表 1 可以看出， 3 个样品的亮度 L*值和色差值△E*基本一样， 是由于测量液体，外界的光度保持稳定，亮度几乎不变，所以L*值对测试结果无影响； 未处理样的 a*值和 b*值都比最佳样的 a*值和 b*值大很多， 说明未处理的红度和绿度、黄度和蓝度都较深；而最佳样与H2O的颜色体系 CIELAB体系值都非常接近，a*值和b*值都很低， 基本相同， 活性炭处理后可以脱掉完全乳清中的色素， 并达到与 H2O相当的透明体系，说明最佳样的脱色效果已达到要求。

表 1 色度值 （L*、 a*、 b*、 △E*） 的相关系数Tab.1 End of color（L*、 a*、 b*、 △E*）

3 结论

3.1 用分光光度计检测乳清的透光度时， 在波长为 323 nm 处， 乳清的透光度最小，因 此选择323 nm的透光度作为乳清脱色指标。

3.2 温度对乳清脱色和脱蛋白质有一定的影响，当温度20℃处理乳清时， 脱色和脱蛋白质效果最好；活性炭用量越多，乳清的脱色和脱蛋白质效果越好， 考虑成本后， 选择 20%的活性炭处理乳清；脱色时间对脱色和脱蛋白质的效果影响并不大，活性炭几乎能短时间达到吸附平衡，最佳的时间为40 min。 最优的脱色和脱蛋白方案为： 20℃的脱色温度、 活性炭用量为 20%及脱色时间为 40 min。

3.3 最优方案得到的乳清的颜色体系 CIELAB体系值与水的颜色体系 CIELAB体系值非常相近， 而未处理样的 a*值和 b*值相分别比最佳样的大很多。经活性炭处理可以完全脱掉乳清中的色素，并达到与 H2O相当的透明体系，说明最佳样的脱色效果已达到要求。

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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

海南省自然科学基金项目 （512110）； 国家科技支撑计划项目 （ 2013BAF08B02） ； 海南大学青年基金项目 （ qnjj1174） ； 农业部橡胶树生物学重点开放实验室/海南省热带作物栽培生理重点实验室开放课题基金项目 （KLOF1202）

王丽芝 （1988—） ， 女， 硕士生， 研究方向： 高分子复合材料。 Tel： 13111930107， E-mail： 371016499@qq.com

*通信作者： 廖小雪 （1972—） ， 女， 教授， 主要从事天然橡胶的改性及应用研究。 E-mail： liaoxx26@163.com