大孔树脂分离纯化糖厂混合汁浮渣多酚的初步研究
2007-09-08 14:26:49   来源：食品与发酵工业   评论：0 点击：

　　国内外对糖厂副产品如蔗渣、糖蜜、滤泥等均有所关注[1~3],但对浮渣综合利用的研究尚未见报道。一般
糖厂通常将浮渣并入滤泥,导致浮渣中的色素物质重新污染糖汁。据文献报道[4],原糖中的色素含量仅为0·1%~0·3%,但是在脱色方面的耗资却为炼糖成本的1/3,色素的降低和脱色技术的进步是制糖工业发展的关键,而原糖中的色素物质中酚类物质约占2/3。因此,有必要研究糖厂混合汁浮渣中色素尤其是酚类物质的特性及其有效分离提取方式,为糖厂浮渣的治理及酚类物质的综合利用提供理论指导。传统工艺制备的大部分天然色素具有较强的吸潮性,而经大孔吸附树脂柱色谱处理后,可有效地去除水提(或醇提)液中大量的糖类、无机盐、黏液质等吸潮成分,增强产品的稳定性。与其他吸附剂相比,大孔吸附树脂具有物理化学稳定性高、比表面积大、吸附容量大、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、宜于构成闭路循环、成本低、效率高及易再生等诸多优点,因而,在天然产物的分离过程中被广泛应用[5,6]。本实验利用AB-8大孔树脂对甘蔗糖产混合汁浮渣多酚物质进行了分离纯化工艺的初步研究。
1　材料与方法
1·1　仪器与试剂
大孔吸附树脂AB-8(南开大学化工厂),没食子酸(Sigma公司),钨酸钠、磷钼酸、Na2CO3、无水乙醇等均为分析纯。
UV-2501PC紫外可见分光光度计(日本岛津公司),中空纤维膜系统(美国Amersham Biosciences公司生产),纯水仪(美国LABCONCO公司),DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市英峪予华仪器有限公司),BL-600电子天平(北京赛多利斯仪器系列有限公司),RE-52A旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂),SHZ-88型水浴恒温振荡器(金坛市医疗仪器厂)。
1·2　实验方法
1·2·1　样品液的制备
本试验研究所采用甘蔗糖厂混合汁浮渣取自广西农垦集团良圻制糖有限责任公司。称取干浮渣50·00 g溶解在1 000mL超纯水中,在50℃集热式恒温加热磁力搅拌器中分3次浸提,每次浸提90min,后用200目滤布过滤,再用普通滤纸过滤,合并3次滤出液作原液,各级透过液依次通过截留平均分子质量分别为50、10、5 ku的中空纤维柱,经实验研究<5ku组分的多酚得率高,所以取<5ku组分进行树脂纯化。
1·2·2　总多酚含量的测定
F-D法[7,8]。以没食子酸为标准品,在760 nm处测定吸光度,得标准曲线回归方程如下:Y=0·080 4X+0·043 9,R2为0·998 3(Y为吸光度,X为多酚浓度,mg/L)。
1·2·3　静态吸附
树脂预处理:先用体积分数95%乙醇充分浸泡24h,然后用乙醇洗至洗出液加适量水无白色浑浊时,再用去离子水洗尽乙醇,使用过的树脂还需结合酸碱处理。称取预处理好的AB-8大孔吸附树脂2·00 g(用滤纸吸干)装入250 mL具塞磨口三角瓶中,精密加入浮渣多酚水溶液20 mL,置恒温水浴振荡器上振荡,振荡频率为120 r/ min,24 h后取出,在振荡期间内每小时各取0·5 mL测定总多酚含量,绘制静态吸附动力学曲线。同时配制一系列不同浓度的多酚水溶液20 mL,条件同上,以平衡浓度为横坐标,吸附量为纵坐标,绘制静态吸附等温线。其计算公式[9]如下:

C1为树脂吸附后的平衡浓度,mg/mL;C2为解吸液中多酚浓度,mg/mL;m为树脂质量,g;V1为初始浮渣多酚溶液体积,mL;V2为解吸液溶液体积,mL。
1·2·4　静态洗脱剂乙醇体积分数的选择精密称取8份预处理好的AB-8树脂1·00 g,装入250 mL具塞磨口三角瓶中,精密加入浮渣多酚水溶液各20 mL,置恒温水浴振荡器上振荡,振荡温度为室温,振荡频率为120 r/min,24 h后分离树脂,分别加入体积分数为30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%的乙醇各20 mL,在同条件下振荡。以乙醇体积分数为横坐标,解吸率为纵坐标,绘制洗脱剂乙醇体积分数的选择曲线。
1·2·5　动态吸附
精密称取预处理好的AB-8树脂10·00 g湿法装柱,将浮渣多酚水溶液上柱,控制流速为1 mL/min,收集流出液,检测流出液中浮渣多酚浓度。以流出液体积为横坐标,流出液多酚浓度为纵坐标,绘制动态吸附曲线图。
1·2·6　动态吸附条件的选择和解吸实验
将浮渣多酚溶液上柱,进行料液浓度、上柱流速的选择,分别考察AB-8树脂对浮渣多酚吸附量的影响。选择体积分数70%的乙醇,流速为1 mL/min,进行树脂的解吸实验,体积为横坐标,流出液多酚浓度为纵坐标,绘制动态解吸曲线图。
2　结果与分析
2·1　静态吸附
按1·2·3方法进行静态吸附动力学特性的研究,经i次取样后,浮渣多酚的初始浓度(C,mg/mL)与吸附量之间的关系用该式表示[10],吸附量/mg·g-1=∑(Ci-1-Ci)(V0-0·2i)/m(i=1,2,3,4······)其动力学曲线如图1所示。从图1中可以看出,树脂的吸附速率随时间的增加而迅速下降,然后逐步趋向饱和,在9 h左右基本达到吸附平衡,其
饱和吸附量达到3·86 mg/g。

吸附等温线是研究温度和平衡浓度与吸附量之间的关系,按1·2·3方法绘制吸附等温线如图2所示。从图2中可以看出,树脂的吸附量随着温度的升高而升高,这是由于温度升高时浮渣多酚的溶解性增加,容易被树脂所吸附,而低温时浮渣多酚的水溶性降低,容易析出而不易被树脂吸附,在设定的几个温度范围内, 35℃时树脂的吸附效果最好。采用Langmuir和Freundlich吸附等温式[11,12]对吸附等温线进行线性回归,如表1所示。从相关系数可以看出,Langmuir方程拟合效果优于Freun-dlich,根据Langmuir方程计算出的最大饱和吸附量3·68mg/g略高于图2吸附等温线的最大饱和吸附量3·48 mg/g,可能的原因是因为Langmuir型属于单分子层吸附曲线方程,而实际情况并非理想的单分子层吸附。
 

2·2　洗脱剂乙醇体积分数的选择
按1·2·4方法配制一系列不同体积分数的乙醇,分别对树脂进行洗脱,结果见图3。
 

从图3可以看出,乙醇体积分数对浮渣多酚的解吸有一定的影响,在一定范围内,随着乙醇体积分数的增加其解吸效果也提高。当乙醇体积分数为30%时,解吸率只有29%,当乙醇体积分数增加到70%时,解吸率增加到82%,继续增加乙醇体积分数解吸率也有所增加,但变化不是很明显,且乙醇体积分数过高,增加成本,挥发性也增大,生产操作较难控制。所以,宜选用70%左右的乙醇作为洗脱剂。
2·3　动态吸附实验结果
2·3·1　动态吸附特征
按1·2·5方法绘制动态吸附曲线图(见图4)。理想的动态吸附曲线应该是对称的“S”形,但实际上不同溶液的吸附曲线会有不同。从图4中可以看出,AB-8树脂对浮渣多酚有较好的动态吸附特征,20 mL开始出现泄露,然后浓度迅速增加。当流出液体积为600 mL时达到吸附平衡。

 


2·3·2　上样浓度对吸附量的影响
将浮渣多酚旋转蒸发后的浓缩液加水稀释成不同浓度的上样液,称取5·00 g预处理好的树脂,流速控制在1mL/min,进行动态吸附实验(见图5)。结果表明,树脂吸附量随浓度的增加而增加,但当上样浓度达到2·50 mg/ mL后,树脂吸附量基本不变,因此上样浓度应该控制在2·50 mg/ mL左右较合适。
2·3·3　流速对吸附量的影响
称取5·00 g预处理好的树脂,流速控制分别在0·5、1·0、1·5、2·0、2·5、3·0 mL/min,进行动态吸附
实验(见图6)。结果表明,其动态吸附量随流速的增加而降低,流速太快样品溶液吸附时间不足导致吸附量降低,当上柱流速为0·5 mL/min时,树脂的动态吸附量为0·80 mg/g;上柱流速改为1 mL/min时,树脂的动态吸附量变化不大,而当流速提高3mL/min时,其动态吸附量降至0·66 mg/g。因此,选择流速为1 mL/min左右较理想。

2·3·4　动态解吸曲线
按1·2·6方法进行动态解吸,选择体积分数70%乙醇进行解吸,流速控制为1 mL/min,解吸曲线如图7所示。由图7可知,流出液多酚浓度开始随着洗脱体积的增加而增加,但到50 mL以后反而降低,原因在于随着洗脱体积的增加,浮渣多酚逐渐被洗脱下来,致使流出液浓度增加,当洗脱达到一定程度时,流出液中的多酚含量降低,从而导致多酚浓度的下降。同时,可以看出,用70%乙醇洗脱,洗脱峰集中、对称、无拖尾现象,100 mL体积的洗脱液基本
上可以将浮渣多酚完全洗脱下来。
3　结　论
大孔树脂AB-8的静态研究表明:静态吸附的吸附量随温度的升高而升高,并用Langmuir和Freun-dlich吸附方程对其进行了拟合,从相关系数看,用Langmuir方程式更合适,不同乙醇体积分数进行解吸,选择乙醇解吸体积分数70%左右较理想。
大孔树脂AB-8的动态研究表明:其动态吸附特
征曲线与理想的“S”型稍有差别,进行上样浓度和流速的研究,流速应控制在1 mL/min左右,上样浓度应该控制在2·50 mg/ mL左右较理想;用体积分数70%乙醇洗脱,洗脱峰集中、对称、无拖尾现象,10mL的洗脱液基本上可以将浮渣多酚完全洗脱下来。