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裂片石莼多糖超滤分离及其保润应用研究



全 文 :云南农业大学学报 Journal of Yunnan Agricultural University,2015,30 (1) :58 - 63 http:/ /xb. ynau. edu. cn
ISSN 1004 - 390X;CODEN YNDXAX E-mail:ynauzkxb@ foxmail. com
收稿日期:2013 - 09 - 11 修回日期:2014 - 05 - 30 网络出版时间:2015 - 01 - 06 16:36
* 基金项目:浙江省重大科技项目 (2011C12040);浙江中烟工业有限责任公司科技项目 (ZJZY2010C00102)。
作者简介:杨君 (1972—) ,男,硕士,工程师,主要从事卷烟香精香料、烟草化学成分等研究。
E-mail:yangjun@ zjtobacco. com
网络出版地址:http: / /www. cnki. net /kcms /detail /53. 1044. S. 20150106. 1636. 010. html
DOI:10. 16211 / j. issn. 1004-390X(n). 2015. 01. 010
裂片石莼多糖超滤分离及其保润应用研究*
杨 君1,黄芳芳1,秦敏朴2,邵 平2,孙培龙2
(1. 浙江中烟工业有限责任公司 技术中心,浙江 杭州 310008;
2. 浙江工业大学 生物与环境工程学院,浙江 杭州 310014)
摘要:对裂片石莼的营养成分和矿物质元素进行分析,采用超滤技术分离多糖 (UFP) ,将不同分子量的多糖
添加到烟丝中,测定解湿和吸湿性能以研究多糖保润性能,并进行感官评定。结果表明:裂片石莼中总糖、
粗蛋白和纤维含量分别达 34. 68%,20. 81%,2. 27%。超滤分离裂片石莼多糖获得 > 100 ku UFP,≥30 ~ 100
ku UFP,≥10 ~ 30 ku UFP和 < 10 ku UFP 4 个组分;4 组分多糖在低湿度和高湿度均具有一定的保湿防潮作
用;添加 4 组多糖后,卷烟总体感官效果均有提升,其中添加 < 10 ku UFP提升效果最明显,但是其口腔残留
感增加,舌面有颗粒感。
关键词:裂片石莼;多糖;超滤;保润
中图分类号:TS 452 文献标志码:A 文章编号:1004 - 390X (2015)01 - 0058 - 06
Polysaccharide Isolated from Ulva fasciata by Ultrafiltration
and Its Application in Moisture Retention
YANG Jun1,HUANG Fangfang1,QIN Minpu2,SHAO Ping2,SUN Peilong2
(1. Zhejiang Tobacco Industry Limited Liability Company Technology Center,Hangzhou 310008,China;
2. College of Biological and Environmental Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 310014,China)
Abstract:The main nutrition constituent and mineral elements of Ulva fasciata were analyzed.
According to different molecular weights,the crude polysaccharide was isolated by ultrafiltration
technology,and then,the polysaccharides with different molecular weights were added to cut to-
bacco to study the moisture retention capacity of polysaccharide and sensory evaluation was carried
out. The result showed that the contents of total sugar, protein and fiber were 34. 68%,
20. 81%,2. 27%,respectively. After ultrafiltration,the crude polysaccharide was separated in-
to four groups,including > 100 ku UFP,≥30 ~ 100 ku UFP,≥10 ~ 30 ku UFP and < 10 ku
UFP. All of four groups had the effect of moisture retention and hygroscopicity. Added with 4
groups of polysaccharide,the sensory effect of tobacco was improved,in which the group of < 10
ku UFP had the best effect,however,the residue of aftertaste and the rag in mouth increased un-
der this treatment.
Keywords:Ulva fasciata;polysaccharide;ultrafiltration;moisture retention
石莼 (Ulva fasciata)又名海白菜、海莴苣,
属绿藻门、绿藻纲、石莼目、石莼科、石莼属,
常见种类主要有孔石莼、石莼、砺菜、裂片石莼
等。裂片石莼是重要的大型经济藻类,广泛分布
于西太平洋沿海地区,浙江沿海资源丰富,是我
国野生海藻类中极为丰富的资源[1]。
海藻多糖是海藻藻体的最主要成分,约占其
干重的 20% ~70%。海藻多糖具有降血脂[2]、免
疫调节[3]、抗肿瘤[4]、抗病毒[5]等多种生理活
性,还具有作为药物或药物中间体的潜能[6]。在
食品药品行业、化工业、有机肥料、食品包装材
料、化妆品以及生物能源等诸多领域,体现出了
巨大的应用潜力和极高的经济价值[7]。
卷烟的干燥感问题一直制约中式卷烟的发展,
需要在烟草中加入保润剂[8]。海藻多糖中含有大
量的羟基,能与水分子形成化学键,具有一定的
吸湿作用。朱尊权等[9]将羊栖菜提取液作为烟用
料液加入到卷烟烟丝上,改善并提高了卷烟的品
质。不同海藻中含有不同多糖,不同多糖的燃吸
口感也不同,但到目前为止还未见将裂片石莼多
糖应用于烟草保润的报道。
本文选取南麂列岛产裂片石莼为研究对象,
对多糖样品的营养成分和矿物质元素进行了分析,
并采用超滤分离多糖,首次将不同分子量的多糖
添加到烟丝中,通过测定保润性能及感官评定得
到较好的多糖组分,为海洋绿藻资源的综合开发
利用提供一定的参考。
1 材料与方法
1. 1 仪器与试剂
DJ-04 型中药粉碎机 (上海淀久仪器);
PL602 电子天平 (梅特勒托利多仪器有限公司) ;
AL104 电子天平 (感量:0. 000 1 g,梅特勒托利
多仪器有限公司) ;L535R 型低速冷冻离心机
(长沙湘仪离心机有限公司) ;RE-2000A 型旋转
蒸发器 (上海亚荣生化仪器厂);HH-2 数显恒温
水浴锅 (荣华仪器制造有限公司) ;752 型紫外 -
可见分光光度计 (上海光学仪器有限公司) ;
HWS-150 型恒温恒湿箱 (上海森信实验仪器有限
公司) ;QT-2 型漩涡振荡混合器 (上海琪特仪
器) ;SX2-8-10 型马弗炉 (上海意丰电炉有限公
司) ;835-50 型氨基酸自动分析仪 (日本 HITA-
CHI公司)。氢氧化钠、甲基红、次甲基蓝、石油
醚、葡萄糖、硫酸钾、硫酸铜、硼酸、硫酸、盐
酸、苯酚、四硼酸钠、咔唑等均为分析纯。
1. 2 方法
1. 2. 1 营养成分的测定及分析
裂片石莼:采自浙江温州平阳县南麂列岛,
经过淡水反复冲洗,阴干,放入 60 ℃烘箱中烘干
后并粉碎,干燥保存备用;裂片石莼废渣:提取
多糖后的裂片石莼废渣,阴干,放入 60 ℃烘箱中
烘干后并粉碎,干燥保存备用。
采用苯酚—硫酸法[10]测定可溶性总糖含量;
采用微量凯氏定氮法[11]测定粗蛋白含量;采用酸
碱洗涤法[12]测定粗纤维含量;采用直接干燥
法[13]测定灰分含量;采用索氏提取法[14]测定粗
脂肪含量;采用电感耦合等离子体发射光谱法
(ICP - AES)[15]测定矿物质元素;采用硫酸—咔
唑比色法[16]测定糖醛酸含量。
1. 2. 2 超滤提取裂片石莼粗多糖的工艺
准确称取超声波辅助提取[17]所得裂片石莼粗
多糖 10 g,加入 2 000 mL 的蒸馏水配置成 5 mg /
mL的粗多糖溶液,10 000 r /min,离心 10 min,
弃去不溶物,用 0. 45 μm 的微孔滤膜过滤,然后
依次用 100,30,10 ku 的超滤膜分离,将每次超
滤后的保留液和透过液分别减压蒸馏,冷冻干燥,
得到分子量分别为 > 100 ku,≥30 ~ 100 ku,≥
10 ~ 30 ku, < 10 ku 的 4 个多糖组分,分别命名
为 > 100 ku UFP,≥30 ~ 100 ku UFP,≥10 ~
30 ku UFP, < 10 ku UFP。超滤分离裂片石莼多糖
工艺流程见图 1。
1. 2. 3 解湿性能和吸湿性能的测定
卷烟烟丝由浙江中烟工业有限责任公司提
供。取 150 g 烟丝分为 5 份,分别喷洒上含 50
mg有效成分的 4 个裂片石莼多糖组分 > 100 ku
UFP,≥30 ~ 100 ku UFP,≥10 ~ 30 ku UFP, <
10ku UFP以及作为空白对照的蒸馏水,然后在
温度 (22 ± 1)℃,相对湿度 (60 ± 2)%条件下
平衡 48 h。
上述测定至恒重的烟丝置于 60 ℃烘箱中烘干
至恒重,测量其重量,按公式 (1)计算初始含
水率。
w0 =
(m0 -m1)
m0
× 100% (1)
式中,w0 为初始含水率,%;m0 为恒重的烟丝质
量,g;m1 为烘干后的烟丝质量,g。
95第 1 期 杨 君,等:裂片石莼多糖超滤分离及其保润应用研究
将平衡后的烟丝放入底部有 38%的硫酸的干燥
器中,并将干燥器放入温度 (22 ± 1)℃,相对湿度
(40 ±2)%条件下。将每次取出的样品 (烟丝 +称量
瓶)进行称量 (精确至0. 000 1 g),前两天每天取样
2次,之后每天取样不少于 1次,至质量恒定。根据
样品起始含水率和各时间点样品与起始样品的重量
差计算样品的即时含水率,测定多糖解湿性能。
试样的水分质量分数计算公式如下:
w =
[m -m0 (1 - w0) ]
m × 100% (2)
式中,w 为试样的即时含水率,%;m0 为恒重的
烟丝质量,g;w0 为初始含水率,%;m 为样品的
即时重量,g。
平衡后的烟丝放入温度 (22 ±1)℃,相对湿度
(40 ±2)%条件下。将每次取出的样品 (烟丝 +称量
瓶)进行称量 (精确至 0. 000 1 g),前两天每天
取样 2 次,之后每天取样不少于 1 次,至质量恒
定。根据样品起始含水率和各时间点样品与起始
样品的重量差计算样品的即时含水率,测定多糖
的吸湿性能。
1. 2. 4 评吸样品烟评析
空白烟丝平衡→多糖溶液喷洒→样品烟丝平
衡→打制成卷烟→烟支平衡
空白烟丝平衡:在恒温恒湿箱 [温度保持在
(22 ±1)℃,相对湿度保持在 (60 ± 2)%]内平衡
48 h;多糖溶液的喷洒:准确称取 5 mg 裂片石莼多
糖干品,加去离子水配置成浓度介于 0. 05 ~0. 1 mg /
mL的多糖溶液,用微量喷雾器均匀喷洒于平衡好的
25 g烟丝中,喷洒体积介于 2. 5 ~5. 0 mL之间。
样品烟丝平衡:将添加裂片石莼多糖后的烟
丝在温度 (22 ± 1)℃,相对湿度 (60 ± 2)%下平
衡 48 h。卷烟的打制:用卷烟器手动卷烟,每支
卷烟保持在 0. 7 g 烟丝,烟丝分布均匀,软硬适
中。烟支平衡:将制备好的卷烟置于温度 (22 ±
1)℃,相对湿度 (60 ± 2)%下平衡 48 h。
将制备好的含有 4 个组分多糖的卷烟各 10 支
烟及 2 支空白烟送往浙江中烟公司让专业评吸人
员进行综合感官评吸,得到评吸结果。
2 结果与分析
2. 1 营养成分的测定及分析结果
2. 1. 1 裂片石莼主要营养成分测定结果
营养成分测定结果如表 1所示。从表 1 中可以
看出裂片石莼中总糖含量非常高,可达到 34. 68%,
经提取后的废渣中总糖含量明显减少,为 3. 92%;
粗蛋白的含量为 20. 81%,表明它是一种高蛋白的
食用药用资源;裂片石莼及其废渣中粗纤维的含量
分别为 2. 27%和 7. 38%;粗脂肪含量较低,但有
研究表明石莼中所含人体自身不能合成的必需的不
饱和脂肪酸,如亚油酸、α -亚油酸、γ -亚油酸,
它们都具有重要的生理功能[18]。
2. 1. 2 矿物质及微量元素含量测定结果
裂片石莼及其废渣中的矿物质及微量元素测
定结果见表 2。由表 2 可以看出,人体必需的大
量元素中钾、镁、钙的含量极为丰富,其含量分
别达到 405. 800,149. 300,25. 710 mg /L;废渣中
这些元素分别为 39. 910,58. 900,24. 040 mg /L。
微量元素中铁、锌、锰的含量也十分丰富,其中
以铁的含量最高,达到 3. 289 mg /L,因此,裂片
石莼是铁元素的丰富来源。
06 云南农业大学学报 第 30 卷
表 1 裂片石莼及其废渣中主要营养成分
Tab. 1 The main nutrient compositions in U. fasciata and its residues w /%
样品 samples
总糖
total sugar
粗蛋白
crude protein
粗纤维
crude fiber
灰分
ash
脂肪
crude fat
裂片石莼 U. fasciata 34. 68 ± 0. 54 20. 81 ± 0. 19 2. 27 ± 0. 11 30. 45 ± 0. 73 1. 48 ± 0. 06
废渣 residue 3. 92 ± 0. 06** 36. 17 ± 0. 63** 7. 38 ± 0. 80** 6. 60 ± 0. 34** 5. 92 ± 0. 29**
注:“* ”表示差异性在 0. 05 水平显著,“** ”表示差异性在 0. 01 水平极显著。下同。
Note: “* ” indicates significant difference at 0. 05 level,** indicate extremely significant difference at 0. 01 level;the
same as below.
表 2 裂片石莼及其废渣中各元素含量比较
Tab. 2 Elements in U. fasciata and its residues ρ / (mg·L -1)
样品 samples Al As Ca Cd Fe Cu Cr Hg
裂片石莼 U. fasciata 1. 189 ±0. 046 0. 055 ±0. 007 25. 710 ±0. 330 0. 017 ±0. 003 3. 289 ±0. 040 0. 127 ±0. 004 — —
废渣 residue 1. 174 ±0. 024 0. 081 ±0. 009* 24. 040 ±0. 230** 0. 031 ±0. 001** 3. 312 ±0. 037 0. 336 ±0. 006** — —
样品 samples K Mg Mn Na P Zn Pb
裂片石莼 U. fasciata 405. 800 ±12. 900 149. 300 ±0. 600 0. 145 ±0. 002 239. 800 ±14. 200 24. 730 ±0. 910 0. 195 ±0. 005 —
废渣 residue 39. 910 ±0. 310** 58. 900 ±0. 160** 0. 107 ±0. 001 22. 200 ±0. 160** 14. 380 ±0. 100** 0. 300 ±0. 002** —
2. 2 超滤分离裂片石莼多糖结果
对超滤分离所得 4个组分多糖的主要成分进行
分析。由表 3 可以看出, > 100 ku UFP,≥30 ~
100 ku UFP,≥10 ~ 30 ku UFP的主要成分都是多
糖,其 多 糖 含 量 分 别 为 46. 93%, 48. 76%,
54. 64%。4 个组分多糖中蛋白质含量均很少,其
中以 <10 ku UFP含量最少,仅为 0. 32%; >100 ku
UFP糖醛酸含量最高,达到 17. 24%, < 10 ku
UFP含量只有 0. 19%。
表 3 不同组分多糖主要成分分析
Tab. 3 The main chemical composition of different
polysaccharides fraction w /%
样品
samples
多糖
total sugar
蛋白质
protein
糖醛酸
uronic acid
>100 ku UFP 46. 93 ±0. 34 Cc 0. 60 ±0. 01 CDc 17. 24 ±0. 26 Aa
≥30 ~100 ku UFP 48. 76 ±0. 17 Bb 3. 83 ±0. 04 Aa 4. 42 ±0. 07 BCbc
≥10 ~30 ku UFP 54. 64 ±0. 23 Aa 2. 23 ±0. 02 Bb 4. 32 ±0. 03 Cb
<10 ku UFP 1. 37 ±0. 03 Dd 0. 32 ±0. 01 Dd 0. 19 ±0. 01 Dd
注:同列数据后不同大小写英文字母分别表示为在 0. 01 和 0. 05
水平上差异显著。
Note:In the same columns,different small letters mean significant
difference (P < 0. 05),different capital letters mean extremely significant
difference (P < 0. 01).
2. 3 解湿性能及吸湿性能测定
2. 3. 1 解湿试验测定结果
采用了差量法对 4 个多糖组分在温度 (22 ±
1)℃,相对湿度 (40 ± 2)%,环境下的解湿过程
的烟丝含水率进行了测试,结果表明 (表 4) :在
0 ~ 90 h,4 组样品和空白对照烟丝的即时含水率
均下降较快, > 90 ~ 138 h烟丝含水率下降较为缓
慢, > 138 ~ 220 h 烟丝含水率变化很小,没有明
显差别。在湿度较低时,4 个多糖组分与空白相
比均能有效减缓水分的失去,并且最终裂片多糖
对于烟丝水分的保留略强于蒸馏水,并且 4 个组
分的多糖的保润性能差异不大,其中以≥30 ~ 100
ku UFP组分效果稍强。
2. 3. 2 吸湿试验测定结果
采用差量法对 4 个多糖组分在温度 (22 ±
1)℃,相对湿度 (80 ± 2)%环境下的吸湿过程的
烟丝含水率进行了测试,结果见表 5。在 0 ~ 36 h,
4组样品和空白对照烟丝的即时含水率均显著上
升,36 h以后,烟丝含水率变化很小。在湿度较高
时,4个多糖组分与空白相比均能有效防止水分吸
收,并且最终裂片石莼多糖对于烟丝水分的保留略
强于蒸馏水。4 个组分的多糖的保润性能差异不
大,其中以≥30 ~100 ku UFP组分效果稍强。
2. 4 感官评定结果
不同组分裂片石莼多糖的感官评吸结果见表
6。结果显示, > 100 ku UFP,≥30 ~ 100 ku UFP
和≥10 ~ 30 ku UFP这 3 个组分差异性不大,总体
有提升,对于卷烟感官清爽度、舒适度的提高具
有一定作用。 < 10 ku UFP 组分和其他组分相比,
16第 1 期 杨 君,等:裂片石莼多糖超滤分离及其保润应用研究
效果更明显,尤其是刺激性降低,特别是口腔、
鼻腔的刺激性,整体下降较为明显,烟气感受全
面较好,细腻度、柔和度、圆润感指标都有上升,
但是口腔残留感增加,舌面有颗粒感。
表 4 样品解湿试验即时含水率测定结果
Tab. 4 The immediate moisture contents in desorbing test
测定时间 /h time 0 4 8 16 20 24 28
空白样 blank 17. 64 17. 04 16. 62 15. 98 15. 64 15. 28 14. 98
> 100 ku UFP 17. 64 17. 11 16. 69 16. 06 15. 67 15. 39 15. 12
≥30 ~ 100 ku UFP 17. 64 17. 10 16. 83 16. 06 15. 74 15. 39 15. 24
≥10 ~ 30 ku UFP 17. 64 17. 08 16. 65 16. 03 15. 70 15. 37 15. 11
< 10 ku UFP 17. 64 17. 07 16. 68 16. 04 15. 72 15. 36 14. 98
测定时间 /h time 32 40 44 48 56 64 70
空白样 blank 14. 62 14. 10 13. 92 13. 72 13. 53 13. 30 13. 29
> 100 ku UFP 14. 77 14. 12 14. 11 13. 82 13. 62 13. 40 13. 30
≥30 ~ 100 ku UFP 14. 88 14. 38 14. 24 14. 061 13. 79 13. 63 13. 55
≥10 ~ 30 ku UFP 14. 73 14. 21 14. 11 13. 94 13. 72 13. 53 13. 44
< 10 ku UFP 14. 65 14. 22 14. 12 13. 90 13. 69 13. 47 13. 45
测定时间 /h time 78 90 114 138 172 196 220
空白样 blank 13. 20 13. 03 12. 68 12. 52 12. 51 12. 48 12. 45
> 100 ku UFP 13. 27 13. 10 12. 79 12. 61 12. 62 12. 51 12. 48
≥30 ~ 100 ku UFP 13. 43 13. 21 12. 96 12. 74 12. 7 12. 62 12. 59
≥10 ~ 30 ku UFP 13. 33 13. 15 12. 87 12. 66 12. 61 12. 52 12. 49
< 10 ku UFP 13. 34 13. 15 12. 87 12. 65 12. 61 12. 53 12. 50
表 5 样品吸湿实验即时含水率测定结果
Tab. 5 The immediate moisture contents in absorbing test
测定时间 /h time 0 4 8 20 24 32 36 44
空白样 blank 17. 64 22. 08 23. 68 26. 60 27. 02 27. 17 27. 66 27. 80
> 100 ku UFP 17. 64 21. 95 23. 60 26. 36 26. 94 27. 14 27. 50 27. 71
≥30 ~ 100 ku UFP 17. 64 21. 61 23. 39 26. 95 27. 41 27. 56 27. 57 27. 27
≥10 ~ 30 ku UFP 17. 64 21. 60 23. 52 25. 80 26. 30 26. 49 27. 38 27. 28
< 10 ku UFP 17. 64 21. 63 23. 98 26. 24 26. 87 27. 09 27. 37 27. 43
测定时间 /h time 68 80 92 104 116 140 156 180
空白样 blank 28. 11 28. 06 28. 49 28. 31 28. 21 28. 03 28. 06 28. 01
> 100 ku UFP 27. 89 27. 87 27. 98 28. 03 27. 95 27. 79 27. 48 27. 31
≥30 ~ 100 ku UFP 27. 16 27. 10 27. 30 27. 31 27. 30 27. 14 26. 97 26. 81
≥10 ~ 30 ku UFP 27. 19 27. 23 27. 43 27. 39 27. 36 27. 21 27. 15 27. 15
< 10 ku UFP 27. 37 27. 42 27. 45 27. 71 27. 61 27. 37 27. 46 27. 55
表 6 裂片石莼多糖的感官评吸结果
Tab. 6 The smoking test effect result of U. fasciata polysaccharides
多糖组分 polysaccharide groups 评吸结果 sensory evaluation
> 100ku UFP 总体有提升,外加物质香气较显著,透发性变好,烟气变细腻,干燥感有改善,对于卷
烟感官清爽度、舒适度的提高具有一定作用。
≥30 ~ 100ku UFP 总体有提升
,外加物质香气较显著,透发性变好,烟气变细腻,干燥感有改善,对于卷
烟感官清爽度、舒适度的提高具有一定作用。
≥10 ~ 30ku UFP 总体有提升
,外加物质香气较显著,透发性变好,烟气变细腻,干燥感有改善,对于卷
烟感官清爽度、舒适度的提高具有一定作用。
< 10ku UFP 刺激性降低,特别是口腔、鼻腔的刺激性,整体下降较为明显,烟气感受全面较好,细
腻度、柔和度、圆润感三指标都有上升,但是口腔残留感增加,舌面有颗粒感。
26 云南农业大学学报 第 30 卷
3 讨论
裂片石莼是重要的大型经济藻类,是我国野
生海藻类中极为丰富的资源。本研究发现裂片石
莼中总糖、粗蛋白和纤维含量分别达 34. 68%,
20. 81%,2. 27%,富含钾、镁、钙等人体必需的
大量元素,含量分别达到 405. 800,149. 300,
25. 710 mg /L,是一种高蛋白、低脂肪、高纤维、
矿物质丰富的保健食品原料。超滤分离裂片石莼多
糖,根据超滤膜分为 > 100 ku UFP,≥30 ~ 100 ku
UFP,≥ 10 ~ 30 ku UFP,主要成分都是多糖,
<10 ku UFP 多糖、蛋白质以及糖醛酸含量都较
少。裂片石莼多糖具有一定的保湿防潮作用,在
较低湿度下能有效防止烟丝中水分的散失,在高
湿度下能够防止烟丝对水分的吸收。但是 4 个多
糖组分的效果无明显差异,其中以≥30 ~ 100 ku
UFP组分效果稍强。对裂片石莼多糖保润性能测
定结果表明,添加 > 100 ku UFP,≥30 ~ 100 ku
UFP和≥10 ~ 30 ku UFP这 3 个组分裂片石莼多糖
的卷烟总体感官效果有提升,外加物质香气较显
著,透发性变好,烟气变细腻,干燥感有改善。
添加 < 10 ku UFP的卷烟刺激性降低,烟气感受全
面较好,但是口腔残留感增加,舌面有颗粒感。
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36第 1 期 杨 君,等:裂片石莼多糖超滤分离及其保润应用研究