PVPP/麦饭石复合凝胶吸附茶多酚的研究

王毓 旺密 夏卉芳 刘九辉 陈生科

摘要：用孔状结构和一定生物活性的矿物保健药石——麦饭石和生理相容性较好的N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为原料，采用水溶液聚合法制备了交联聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）/麦饭石复合凝胶吸附材料，研究了PVPP/麦饭石复合凝胶和PVPP对绿茶饮料的处理效果与条件。研究表明，5 g/L PVPP/麦饭石复合凝胶于50 ℃条件下处理绿茶饮料100 min，对茶多酚的去除率达到18.40%，且PVPP/麦饭石复合凝胶对茶多酚的去除效果较PVPP好。

关键词：PVPP；麦饭石；绿茶；茶多酚

中图分类号：TS201.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）10-2374-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.10.017

茶饮料是用水浸泡茶叶，经抽提、过滤、澄清等工艺制成的茶汤，具有多种保健功能，是世界上传统三大饮料之一[1]。随着经济社会的发展和人民生活水平的不断提高，茶饮料越来越受欢迎，因此，大力发展茶饮料工业对发展国民经济具有重要意义[2，3]。茶饮料开发的一个重要技术是解决沉淀问题，产生沉淀的主要原因是茶饮料中的茶多酚被氧化成醌类或者茶多酚直接与生物碱、氨基酸、蛋白质等物质形成大分子络合物进而沉淀，影响茶饮料的品质[4，5]。解决沉淀问题的关键是适当降低茶饮料中的茶多酚含量，增加茶饮料的稳定性[6]。采用吸附剂通过吸附作用除去茶饮料中的茶多酚，不但能够提高茶饮料的澄清度，还能增加茶饮料的稳定性，延长茶饮料的货架期寿命。常用的吸附剂有明矾、高岭土、硅胶、交联聚乙烯吡咯烷酮（PVPP）等[4，7]。PVPP具有良好的络合吸附性能和生理相容性，且在饮料中不残留[4，8]。麦饭石是一种具有孔状结构的保健药用矿石，具有良好的吸附性、溶出性、矿化性、生物活性以及对水中元素和水质pH的双向调节性等多种特性[9，10]。本研究以麦饭石和生理相容性较好的N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为原料，采用水溶液聚合法制备PVPP/麦饭石复合凝胶吸附材料，使所制备的凝胶不仅对茶多酚具有较好的选择吸附性，同时具有较好的净水和杀菌作用，并在吸附过程中能够溶出对人体有益的多种微量元素。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

本研究中所用到的试验试剂与材料包括：N-乙烯基吡咯烷酮（NVP，分析纯，Sigma公司），珍石牌中华麦饭石（祥莉中华麦饭石工艺制造厂），N，N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBA，分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司），偶氮二异丁腈（AIBN，分析纯， 天津市科密欧化学试剂有限公司），盐酸（HCl，分析纯，成都科龙化工试剂厂），酒石酸钾钠（分析纯，武汉化学试剂厂），磷酸氢二钠、磷酸氢二钾（分析纯，广州化学试剂厂），硫酸亚铁（分析纯，西安化学试剂厂），都匀毛尖（都匀茗泉山茶叶有限公司）。

本研究中所用到的仪器包括：FA224型精密电子分析天平（北京塞多利斯天平有限公司），98-3型控温磁力搅拌器（巩义市英峪仪器厂），DZG.401型电热真空干燥箱（天津市天宇实验仪器有限公司），HH.SY21-N4C型电热恒温水浴锅（北京市长风仪器仪表公司），722E（SP-2000）型可见分光光度计（上海光谱仪器有限公司）。

1.2 麦饭石预处理

将一定量粒度为80目的麦饭石和1 mol/L盐酸按固液比（m∶V，g/mL）为1∶8混合浸泡24 h，过滤除去有机物等杂质，再用去离子水将麦饭石洗至中性，烘干备用[10]。

1.3 PVPP/麦饭石复合凝胶的制备

在装有搅拌器、冷凝管、氮气导管的三口烧瓶中，加入一定浓度的N-乙烯基吡咯烷酮水溶液、交联剂、偶氮二异丁腈、麦饭石，混合均匀后通氮气30 min，水浴加热至70 ℃，在氮气保护下反应5 h，反应完成后取出胶体在去离子水中浸泡24 h。然后将凝胶放入80 ℃干燥箱中烘至恒重，粉碎、过80目筛，密封备用。

1.4 PVPP/麦饭石复合凝胶处理绿茶浸出液

称取一定量干燥的绿茶茶叶，用500 mL、50 ℃的去离子水浸泡30 min，用外包纱布的80目金属网过滤，茶水备用。

在室温下用去离子水浸泡PVPP/麦饭石复合凝胶，充分溶胀后取出备用。准确量取50 mL茶水，维持一定的温度，加入溶胀的PVPP/麦饭石复合凝胶，搅拌一定时间，过滤，滤液中的残留茶多酚用分光光度法测定（显色剂为硫酸亚铁氨，测定波长540 nm）[4]。

2 结果与分析

2.1 PVPP/麦饭石复合凝胶用量对吸附效果的影响

茶多酚又称茶单宁，是形成茶叶香味的主要成分之一，在茶饮料中具有保健作用，但如果含量过高，放置一定时间会被氧化而产生沉淀，除去部分茶多酚可以延缓茶饮料产生沉淀的速度，改善茶饮料的品质。研究表明，采用吸附剂通过吸附作用除去茶饮料中的茶多酚，可增加茶饮料的稳定性。图1为新型吸附剂PVPP/麦饭石复合凝胶和PVPP用量与茶多酚去除率的关系（吸附温度为50 ℃，吸附时间为100 min），由图1可知，吸附剂用量越大，茶多酚去除率越大，当吸附剂的用量大于5 g/L时，茶多酚的去除率增多不明显，综合考虑经济成本，吸附剂用量为5 g/L较好。吸附剂中均含有NVP单体单元，NVP是一种内酰胺，分子结构类似于氨基酸，含有可形成氢键的O原子，而茶多酚分子中含有活性氢，因此，茶多酚分子可以通过氢键不断沉积到吸附剂上而被除去[6]，且随吸附剂量增加，吸附平衡正向移动，被吸附茶多酚的量增多，相應地，被吸附剂处理后的茶饮料中的茶多酚的残留量减小。此外，由图1可知，在吸附剂用量相同的情况下，PVPP/麦饭石复合凝胶对茶多酚的去除率较PVPP高，吸附剂用量为4 g/L时，PVPP/麦饭石复合凝胶的去除率为10.66%，而PVPP的去除率为7.95%，其原因为麦饭石具有大量蜂窝状空洞结构，其内单位表面积大，在水中具有一系列的吸附和交换吸附特性[11]。

2.2 作用时间对吸附茶多酚效果的影响

吸附温度为50 ℃，吸附剂用量为5 g/L的条件下，不同处理时间与茶多酚去除率的关系见图2。由图2可知，吸附剂处理时间越长，茶多酚去除率越大，处理100 min时，茶多酚的去除率最大，PVPP/麦饭石复合凝胶和PVPP的去除率分别为18.40%和17.76%。作用时间再增加，去除率反而减小，这是因为当吸附剂达到吸附平衡后，吸附随处理时间的延长变化很小，但在处理温度相对较高的条件下，解吸附增加。因此，选择吸附剂的处理时间为100 min。

2.3 吸附温度对吸附茶多酚效果的影响

吸附剂用量为5 g/L，吸附时间为100 min的条件下，吸附温度对茶多酚去除率的影响结果见图3，由图3可知，吸附剂对茶多酚的去除率随吸附温度的增加先增大后减小，且在相同的温度条件下，PVPP/麦饭石复合凝胶的去除率较PVPP高。这是因为吸附剂吸附茶多酚的过程为可逆过程，在一定的温度下，吸附与解吸附达到平衡。温度小于50 ℃時，吸附速率大于解吸附速率，在相同的吸附时间条件下，升高温度，吸附速率的增加速度大于解吸附速率的增大速度，茶多酚的吸附速率增大；但温度超过50 ℃时，不利于吸附，而有利于解吸附，茶多酚的吸附率降低。因此适宜的吸附温度为40～50 ℃。

3 小结

本研究利用麦饭石和生理相容性较好的N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）为原料，采用水溶液聚合法制备PVPP/麦饭石复合凝胶吸附材料，并系统研究了PVPP/麦饭石复合凝胶和PVPP对绿茶饮料中茶多酚的吸附性能。结果表明，PVPP/麦饭石复合凝胶对茶多酚的去除率较PVPP高，且可以大幅度减少PVPP用量，从而降低成本，且对人体无毒副作用，不残留于茶饮料中，并在吸附过程中能够溶出对人体有益的多种微量元素。通过试验得到最佳的处理条件为PVPP/麦饭石复合凝胶吸附材料的用量为5 g/L，处理温度为50 ℃，吸附时间为100 min。

参考文献：

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