全 文 ：龙须菜寡糖发酵液的脱色工艺优化
王润萍1，高超2，产竹华2，曾润颖2，*
（1.宁波大学海洋学院，浙江宁波 315211；2.国家海洋局第三海洋研究所，福建厦门 361005）
摘 要：为提高龙须菜寡糖的纯度，采用糖用活性炭作为脱色剂对龙须菜发酵液的脱色条件进行了探索。首先通过
单因素试验考察了脱色时间、温度、震荡转速、活性炭用量等条件对龙须菜发酵液脱色效果的影响。其次通过正交试
验得出，糖用活性炭用量浓度为 0.4 g/100 mL，脱色时间 30 min，脱色温度 25 ℃，震荡速 200 r/min等条件下可获得脱
色率 85.57 %，寡糖回收率 92.68 %。在脱色率较高的同时保证了寡糖的得率，取得了良好的脱色效果。
关键词：寡糖；正交试验；糖回收率；活性炭；脱色率
Optimization of the Decolorizing Process for Gracilaria lemaneiformis Oligosaccharide
WANG Run-ping1，GAO Chao2，CHAN Zhu-hua2，ZENG Run-ying2，*
（1. Shool of Marine Sciences，Ningbo University，Ningbo 315211，Zhejiang，China；2. Third Institute of
Oceanography，SOA，Xiamen 361005，Fujian，China）
Abstract：To improve the oligosaccharide purity from Gracilaria lemaneiformis， the decoloring conditions was
studied by carboraffin which was used as the decoloring agent. First， through testing the optimal conditions of
fermentation liquid from Gracilaria lemaneiformis， The decolorization time， temperature， agitation speed and
activated carbon were investigated. Second， through the orthogonal experiment results， the optimal decoloration
conditions were as follows： active carbon 0.4 g/mL， decolorating time 30 min， decolorating temperature 25 ℃，
and agitation speed of 200 r/min. Under this condition， the decoloration rate was 85.57 % and the recovery rate
of oligosaccharide was 92.68 %. We got a good decolorizing result with the higher decoloration rate and the
oligosaccharide yield.
Key words：oligosaccharides； orthogonal test； recovery rate of oligosaccharide； active carbon；decoloration rate
基金项目：海洋公益性行业科研专项（201105027）；厦门市科技局项
目（3502Z20122010）
作者简介：王润萍（1987—），女（汉），硕士研究生，研究方向：海洋生
物资源利用。
食品研究与开发
Food Research And Development
2015年 2月
第 36卷第 4期工艺技术
DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.04.025
寡糖（oligosacharides）根据其生物学功能不同，可
将其分为普通寡糖和功能性寡糖两大类。普通寡糖可
被动物消化吸收，产生能量，如麦芽糖；功能性寡糖可
促进肠道有益菌（如双歧杆菌、乳酸菌）的增殖，有益于
人和动物的健康，属于营养生理活性物质[1]。功能性寡
糖分子结构多样具有多种生物活性包括：抗肿瘤作
用、降血糖血脂、抗自由基氧化、提高机体免疫力等生
物活性；而且在农业方面有抑菌、促进生长活性[2]。
前期从西太平洋“暖池”区沉积物中分离得到一
株可直接降解龙须菜产海藻寡糖的深海菌株 Flam－
meovirga sp.Wpaga001。该菌可在接种量 5.0 %（体积分
数）、37℃条件下降解 3.0 %（质量分数）龙须菜，获得
寡糖含量 3.83 g/L的发酵液[3]。层析分析所得寡糖聚合
度为 2-6的低聚糖，主要为琼胶二糖、三糖、四糖和六
糖组成。水溶性好，有利于吸收，大大提高了其应用价
值，是一种新型的海洋功能性寡糖[4]。通过实验表明该
海藻寡糖有多种生理活性，具有抗氧化、清除自由基、
促生长、抑菌活性、保鲜活性等[5]，其应用前景广泛。由
于龙须菜藻体含有叶绿素和藻红素[6-7]，色素的存在使
得龙须菜寡糖发酵液经过膜除菌后仍有较深的颜色，
影响寡糖的色泽度；同时残留的色素对寡糖的生物活
性功能造成影响，为其进一步利用带来困难，影响最
终产品的质量，因此需要对龙须菜寡糖的发酵液进行
脱色处理。
肖志刚等[8]对果寡糖的活性炭脱色工艺进行了研
究，在活性炭用量 1.2 %，pH4.6，脱色时间 40 min，脱
99
色温度 70 ℃条件下脱色率为 96.95 %；王成福等 [9]通
过优化颗粒活性炭对木糖液脱色可达到 70 %的脱色
率；郭欣然等 [10]对 D-核糖的活性炭脱色优化得出在
pH3.5，温度为 50℃，间歇使用活性炭脱色 30 min脱色
率达 80 %以上。目前国内对于糖用活性炭进行龙须
菜寡糖发酵液脱色工艺研究甚少。本试验通过正交试
验优化了糖用活性炭对龙须菜发酵液的脱色条件，综
合考虑脱色率和糖回收率，为龙须菜寡糖这一海洋资
源的进一步研究、开发利用提供重要参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
龙须菜寡糖：宁波大学海洋学院实验室自制；糖
用活性炭：广东达豪精细化学品公司；其他所用试剂
均为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
SKY-2102恒温培养振荡器：上海苏坤实业有限
公司；Innova-4340培养摇床：英国 Innova公司；MET－
TLERAE240电子分析天平：瑞士 Mettler公司；Sping-
S15 i+纯水器：RO-DI公司；磨粉机：广州旭朗机械设备
有限公司；B.BARU.B发酵罐型 5 L标准发酵罐：德国
贝朗公司；RON-150A电热鼓风干燥箱：上海三腾有
限公司；CHB-202恒温金属浴：杭州博日有限公司。
1.3 方法
1.3.1 单因素试验
1.3.1.1 时间和活性炭添加量对脱色的影响
各取 20 mL的发酵液，分别加入 0.2、0.4、0.6、0.8、
1.0、2.0 g/100 mL活性炭，每组 3个平行。30 ℃、pH自
然，100 r/min摇床震荡脱色，分别在 20、40、60、80 min
时各取 1 mL脱色液，12 000 r/min离心 8 min。取上清，
分别测脱色液的吸光度，计算脱色率；测还原糖含量，
计算脱色液中还原糖回收率。
1.3.1.2 温度对脱色的影响
各取 20mL的发酵液，加入 0.4 g/100mL活性炭，pH
自然，分别在 20、30、40、50、60℃不同温度下 200 r/min
振荡脱色，每组 3个平行。30 min各取 1 mL脱色液，
8 min、12 000 r/min离心取上清。分别测脱色液的吸光
度，计算脱色率。测还原糖含量，计算脱色液的还原糖
回收率。
1.3.1.3 振荡转速对脱色的影响
各取 20 mL的发酵液，加入 0.4 g/100 mL活性炭，
置于 30℃摇床中。分别设置静置、50、100、150、200 r/min
进行脱色，每组各 3个平行。30 min各取 1 mL脱色液。
8 min，12 000 r/min离心，取上清。分别测脱色液的吸
光值、计算脱色率，测脱色液中还原糖含量、计算还原
糖回收率。
1.3.2 正交试验优化龙须菜寡糖的脱色
分别以脱色率和还原糖的回收率作为考察指标，
采用 L9（33）正交试验 [11]确定最佳脱色参数，各因素水
平见表 1。
1.3.3 还原糖含量的测定
DNS法[12]：寡糖发酵液与 DNS以 1/3（v/v）比例混
合，在沸水中煮沸 15 min，冷却离心，取上清。分光光度
计 550 nm处测溶液的吸光值 A0。
还原糖含量/（mg/mL）= A0 + 0.210 64.054 4 ×稀释释倍
[13]
1.3.4 脱色效果计算
脱色率/% = A1 - A2A2
× 100
式中：A1为寡糖发酵液在脱色前的 OD420；A2为寡
糖发酵液脱色后的 OD420。
还原糖回收率/% =（脱色后寡糖发酵液还原糖质
量浓度 -脱色前寡糖发酵液中还原糖质量浓度）/脱色
前寡糖发酵中还原糖质量浓度 × 100
2 结果与讨论
2.1 时间和活性炭用量对脱色效果影响
根据实验结果得出最佳脱色时间 40 min、活性炭
用量 0.6 g/100 mL。随着活性炭用量增加脱色率明显增
加，见表 2。活性炭用量与还原糖的剩余量呈负相关。
脱色时间相同，随着活性炭用量增加，提取液中还原
糖回收率减小。当活性炭用量为 2 g/100 mL时，还原糖
剩余量只有 14 %~18 %，见表 3。
脱色时间对于脱色率没有明显影响，脱色 40 min
时糖回收率最高。结果见表 2、表 3。
表 1 正交试验设计的因素和水平
Table 1 Factors and levels for orthogonal experimental design
水平
因素
A/min B/℃ C/（g/100 mL）
1 30 25 0.4
2 40 30 0.5
3 50 35 0.6
表 2 时间和活性炭用量对脱色率影响
Table 2 Effect of time and dosage of activated carbon on
decoloration rate
20 58.3 79.3 71.2 85.4 85.9 90.9
40 52.8 79.3 76.3 81.4 86 91.5
60 56.7 73.9 77.4 82.8 87.2 89.6
80 55.8 74.8 75.8 82.7 85.1 88.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1 2
时间/
min
活性炭用量/（g/100 mL）
王润萍，等：龙须菜寡糖发酵液的脱色工艺优化 工艺技术
100
20 90.5 94.7 73.3 85.7 79.5 18.2
40 98.5 89.9 77.5 74.6 61.6 16.5
60 91.2 94 83.5 80.2 61.7 14.2
80 90.3 89.6 80.6 76.4 58.4 15.1
0.2 0.4 0.6 0.8 1 2
时间/
min
活性炭用量/（g/100 mL）
活性炭是一种多孔物质，主要靠这些孔吸附糖液
色素和其他物质。活性炭用量越多，吸附能力越强，但
活性炭吸附属于物理过程，其多孔吸附是有一定的饱
和量[14-15]，过度增加活性炭用量不仅对脱色没有明显
的效果，反而增加了生产成本不利于实际生产。其次，
活性炭的动态性物理吸附过程，具有吸附与解吸双向
性，色素和寡糖在活性炭上形成了竞争吸附导致色素
解吸。脱色时间太长寡糖会氧化，发酵液颜色加深使
得脱色率和糖回收率均降低[16]。因此，综合考虑脱色率
和糖回收率，尽可能降低生产成本、节约能量，选取活
性炭用量 0.6 g/100 mL，脱色时间 40 min。
2.2 温度对脱色效果影响
根据实验结果得出，脱色温度在 20℃～30℃之间
时，脱色率增长；在 40 ℃时较低 70.30 %；40 ℃～60 ℃
时脱色率基本不变。还原糖的回收率在脱色时间为
20℃～30℃之间增长明显，30℃时糖回收率最高 91 %。
结果见表 4。
活性炭的物理吸附在低温下即可达到最大吸附
量，但会增加吸附时间。而温度过高，会造成活性炭吸
附和解析的动态过程，而且由于分子热运动加快使得
寡糖分子吸附在活性炭表面，糖回收率下降[17]。因此，根
据的实际条件并且为了节约能源，最佳脱色温度 30℃。
2.3 转速对发酵液脱色效果影响
根据实验结果，震荡转速越高脱色率越高，转速
200 r/min时脱色率最高 99.76%，糖回收率较高 74.8%。
转速为 0的情况下，糖回收率最高，但是脱色率最低。
因此，选取最佳震荡转速 200 r/min对其他条件进行优
化。结果见表 5。
2.4 脱色率的正交试验结果
以脱色率和寡糖回收率为参考指标，采用综合加
权评分法[18]进行考察，权重系数为 0.5，分别把两项中
最大的指标定为 100分，按综合评分=（脱色率/79.64%）×
100×0.5+（还原糖剩余率/95.64 %）×100×0.5计算。正交
试验结果见表 6，分差分析见表 7。
根据实验结果表明，影响龙须菜寡糖发酵液活性
炭脱色效果的因素重要性顺序为 A>C>B，即时间＞活
性炭用量＞温度。时间对于活性炭脱色效果影响最大，
是整个脱色流程的重要点；其次为活性炭用量，最后
是温度。对各因素进行直观分析，A因素（时间）：K1>K3>
K2；B因素（温度）：K1>K2>K3；C因素（活性炭用量）：
表 3 活性炭用量和时间对糖回收率影响
Table 3 Effect of activated carbon dosage and time on sugar
recovery rate
表 4 温度对脱色效果的影响
Table 4 Effect of temperature on the decolorization
温度/℃ 脱色率/% 糖回收率/%
20 71.40 85.90
30 74.50 91
40 70.30 90.40
50 72.30 90
60 72.60 89.5
表 5 震荡转速对脱色效果的影响
Table 5 Effect of shock speed on the decolorization
转速/（r/min） 脱色率/% 糖回收率/%
0 79.82 78.47
50 87.76 73.58
100 92.40 75.99
150 94.92 75.32
200 99.76 74.80
试验号 A B C D（空白） 脱色率/%
糖回收
率/%
综合
评分
1 1 1 1 1 0.757 7 0.956 4 0.975 7
2 1 2 2 2 0.777 8 0.798 3 0.905 7
3 1 3 3 3 0.776 6 0.868 7 0.941 7
4 2 1 2 3 0.758 2 0.855 9 0.923 5
5 2 2 3 1 0.796 4 0.829 8 0.933 8
6 2 3 1 2 0.779 3 0.690 7 0.850 4
7 3 1 3 2 0.75 0.787 1 0.882 4
8 3 2 1 3 0.763 9 0.870 9 0.934 9
9 3 3 2 1 0.76 0.942 3 0.969 8
K1 0.941 0.927 0.920 0.960
K2 0.903 0.925 0.933 0.880
K3 0.929 0.921 0.919 0.933
R 0.038 0.006 0.014 0.080
表 6 正交试验脱色率和糖回收率结果
Table 6 Results of decoloration rate and sugar recovery rate by
the orthotropic experiment
因素 偏差平方和 自由度 F比 F值 显著性
A 0.002 2 3.000 5.140
P<0.05
B 0.000 2 0.000 5.140
C 0.000 2 0.000 5.140
D（误差） 0.00 6
表 7 方差分析表
Table 7 Analysis of variance for the results of
王润萍，等：龙须菜寡糖发酵液的脱色工艺优化工艺技术
101
K2>K1>K3。由表 7方差分析结果可见，A因素个水平间
的差异有显著性（P<0.05）因此，在考虑实际生产成本
和脱色效果而确定龙须菜寡糖发酵活性炭脱色工艺
的最佳条件为 A1B1C2，即脱色时间 30 min，温度 25℃，
活性炭用量 0.6 g/100 mL。
2.5 优化的工艺条件试验验证
随机平行取已制备的发酵液 3份，设置温度为 25℃，
加入活性炭 0.4 g/100 mL，脱色 30 min，转速 200 r/min。
计算脱色后龙须菜发酵液的脱色率和还原糖回收率。
在此条件下，发酵液脱色率为 85.57 %，还原糖回收率
为 92.68 %。与正交试验结果相符，确定该工艺条件合
理可行，是最优的脱色工艺条件。
3 结论与讨论
糖用活性炭对寡糖液进行脱色，具有成本低、反
应条件温和、不影响产品本身的生物活性等特点[19]，且
活性炭安全无毒、可重复利用[20]，适合工业化生产的要
求。本实验通过单因素试验结果发现，发酵液脱色率
的增加会使得寡糖剩余量减少。因此，只有在保证较
高的糖回收率的前提下进行脱色才有意义。通过正交
试验，对龙须菜发酵液脱色的温度、时间、活性炭用量
等条件进行了优化，得出脱色时间 30 min，温度 25℃，
活性炭用量 0.6 %的脱色条件，此条件下脱色率高且
还原糖损失率小。脱色后的寡糖纯度提高，杂质对其
色泽及生物活性等的影响大为减小，为龙须菜寡糖的
进一步工业化生产提供了支持，增加了龙须菜产业链
的附加值。
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王润萍，等：龙须菜寡糖发酵液的脱色工艺优化 工艺技术
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