張少敏，趙謀明，陳文芬

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

大孔樹脂法純化桃金娘色素的研究

張少敏，趙謀明*，陳文芬

（華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

探討了9種大孔樹脂對桃金娘色素的純化性能，通過靜態(tài)、動態(tài)吸附和解吸實驗，選擇了合適的大孔樹脂，優(yōu)化了吸附和解吸條件。研究結果表明，X-5型樹脂純化效果最好，樹脂動態(tài)飽和吸附率可達94.36%，動態(tài)飽和吸附量達到70.12mg/mL濕樹脂，色素液純化后色澤純正，為紫紅色，色價為18.45，較純化前提高了9倍以上。

桃金娘色素，大孔樹脂，吸附，解吸

桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）主要分布于我國南方各省，為桃金娘科藥用植物，又稱稔子、山稔。桃金娘的果實完全成熟時味甜，略有澀味，汁液呈誘人的紫紅色，富含多類營養(yǎng)成分[1-2]，是一種難得的藥膳同源新資源，具有較高的開發(fā)利用價值。目前對于桃金娘的開發(fā)利用主要集中在醫(yī)藥、植物資源、生態(tài)學等領域，食品領域中對桃金娘果實在飲料[3-4]方面的研究較多，對其果實中的色素研究主要有鐘海雁、賀利民、高永輝[5-7]等對桃金娘色素的提取工藝，性質等做了初步研究，目前大孔樹脂對桃金娘色素吸附動力學方面的研究尚未見報道。本文就大孔樹脂對桃金娘色素的吸附解吸性能、吸附動力學曲線等進行了研究，旨在為桃金娘色素提取純化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

全熟的桃金娘果實 采于廣東汕尾，裝于封口袋，-20℃凍藏保存待用；無水乙醇、乙酸乙酯、甲醇、石油醚、濃鹽酸等 均為分析純；各種大孔樹脂 型號、產地、物理性能見表1。

玻璃層析柱 φ1.25×30cm；SHZ-82A恒溫振蕩器 常州澳華儀器有限公司；GL-21M高速冷凍離心機 長沙湘儀離心機儀器有限公司；pH S-25數(shù)顯pH計 上海精密儀器有限公司；UV-1800紫外-可見分光光度計 日本島津公司；UV-2100紫外可見分光光度計 尤尼科（上海）儀器有限責任公司；ALPHA1-4LD plus冷凍干燥機 德國Christ公司。

表1 吸附樹脂的物理性能Table 1 Physical property of selected resins

1.2 實驗方法

1.2.1 色素提取及工作曲線 將凍藏的桃金娘果實用蒸餾水洗凈、瀝干、切碎、研磨，再用酸化85%乙醇提取，浸提溫度50℃，浸提時間3h，浸提兩次，擠壓過濾得到粗濾液，8000r/min轉速離心20min，抽濾，減壓濃縮（＜40℃），用pH3.0的檸檬酸緩沖溶液和酸化80%乙醇（pH3.0）溶液稀釋不同倍數(shù)，根據(jù)比爾定律制作色素在兩種溶液中的工作曲線[8]。

1.2.2 桃金娘色素吸收光譜圖及色價的測定 將pH3.0的桃金娘色素溶液用紫外-可見分光光度計在400～700nm范圍內對色素溶液進行掃描，得到桃金娘色素的吸收光譜圖。

色價：精確稱取色素濃縮產品0.10g，用pH3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液稀釋，使色素液在最大吸收波長處的吸光值在0.2～0.7之間，用公式=A×r/w計算色價，式中：A-吸光度，w-樣品質量（g），r-稀釋倍數(shù)[9]。

1.2.3 色素的大孔樹脂靜態(tài)吸附與解吸

1.2.3.1 大孔樹脂篩選實驗 將桃金娘色素膏用pH3.0的緩沖溶液定容，樹脂經(jīng)預處理后，稱量9種大孔樹脂每份各2.0g于三角瓶中，加入樣品液30mL，以A0表示初始516nm處的吸光值，保鮮膜封住，25℃水浴遮光振蕩（100r/min），間隔不同時間段，分別吸取上清液于516nm處測吸光度A1，之后重新倒入瓶中繼續(xù)振蕩直至取樣結束。以吸附率繪制各種樹脂24h內吸附率變化曲線。吸附率[8]：R=（A0-A1）/A0；A0，吸附前所加樣品液吸光值，A1，吸附后溶液吸光值。

1.2.3.2 大孔樹脂的吸附解吸綜合實驗 取處理后的樹脂2.0g 3份，分別加入30mL色素液（初始濃度為0.334mg/mL），25℃水浴振蕩吸附2h（100r/min），過濾，測定色素液的吸光值。用蒸餾水沖洗去表面色素液，瀝干，加入酸化80%乙醇15mL振蕩洗脫樹脂（30min），測定洗脫液吸光值，計算不同樹脂的吸附率及解吸率，得率。計算公式如下[10]：

式中：Q1—吸附量，mg·g-1；Co—溶液初始濃度，mg·mL-1；Cr—吸附平衡后的溶液濃度，mg·mL-1；V1—色素溶液體積，mL；W—樹脂質量，g；Q2—解吸量，mg·g-1；C2—解吸液濃度，mg·mL-1；V2—解吸液體積，mL；Q—解吸率，%；A—色素得率，%。

1.2.3.3 靜態(tài)吸附工藝研究

a.溫度對吸附的影響：分別稱取濕X-5樹脂2.0g 3份，加入用pH3.0的緩沖液配制的色素溶液50mL，置于不同溫度下（30、40、50℃）恒溫振蕩吸附，間隔不同時間段取色素上清液測A516nm，繪制吸附動力學曲線[11]。

b.乙醇濃度對解吸的影響：分別取8份吸附色素至飽和的濕樹脂各1.0g，放入三角瓶中，加入15mL不同濃度（體積分數(shù)為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%）的乙醇水溶液，25℃水浴振蕩30min，充分解吸。將解吸液稀釋至乙醇體積分數(shù)為30%，測吸光度，折合成相同體積的吸光度。

式中：A1為原體積吸光度；A2為調整乙醇體積后吸光度；V1為調整后樣品體積；V0調整前樣品體積[12]，計算解吸率。

1.2.4 動態(tài)吸附工藝的研究 純化工藝總體線路：樹脂經(jīng)預處理后，稱取一定量乙醇濕法上柱（φ1.25× 30cm），得到的柱高約9cm，柱床體積約11mL，用水沖洗至平衡，上樣，用蒸餾水洗脫掉糖、蛋白等黏性雜質，再以酸化80%乙醇洗脫，收集洗脫液，旋轉蒸發(fā)除去乙醇。

1.2.4.1 色素液濃度對動態(tài)吸附的影響 同上，濕法上柱，選擇不同的初始濃度料液上柱（初始濃度分別為2.84、4.55、6.04、7.55mg/mL），控制流速均為3mL/min，每5mL一管分部收集，以流出液吸光度為原液的10%時為泄露點，記下吸附時間。

1.2.4.2 上樣流速對動態(tài)吸附的影響 同上濕法上柱，室溫條件下采用恒流泵控制流速，上樣流速梯度設為1、3、5、7、10、13mL/min，用5mL試管收集流出液，至流出液A516nm為色素原液的10%時，即認為達到泄漏點[11]。繪制不同流速下的泄漏曲線。

1.2.4.3 洗脫速度對動態(tài)解吸的影響 樹脂濕法上柱，以一定流速加入定量色素液使吸附飽和，用2BV蒸餾水沖柱，以10BV洗脫劑（酸化80%乙醇）控制不同流速進行洗脫，流速梯度設置為1、3、5、7mL/min，計算不同洗脫流速的解吸率。

1.2.4.4 洗脫劑用量對動態(tài)解吸的影響 樹脂濕法上柱，以一定流速加入定量色素液使吸附飽和，以80%乙醇（pH3.0）為洗脫劑，洗脫速度控制為1mL/min，洗脫劑用量設置為2、3、4、5、6、7、8、9、10BV，計算不同洗脫劑用量的解吸率。

1.2.5 樹脂靜態(tài)、動態(tài)吸附解吸效果的測定 將用pH3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液配制的桃金娘色素液，取上清液測吸光值確定靜態(tài)吸附至飽和，濃縮、冷凍干燥，得到紫紅色固體，計算色素靜態(tài)飽和吸附量。

樹脂預處理過后，濕法上柱，取桃金娘色素液樣以最佳的動態(tài)吸附工藝純化，收集洗脫液至無色，濃縮（＜40℃），冷凍干燥，得到紫紅色粉末狀固體，計算樹脂對色素的動態(tài)飽和吸附量。

飽和吸附量=色素重量（mg）/濕樹脂體積（g）。

2 結果與分析

2.1 桃金娘色素的吸收光譜、工作曲線及色價測定

圖1為桃金娘色素在pH3.0緩沖液和酸化80%溶液乙醇的吸收光譜圖。圖中可以看出，色素在pH3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖溶液中，可見光處最強吸收峰為516nm，這是花青素的特征吸收峰[9]。在酸化80%溶液乙醇中，可見光處最強吸收峰為525nm，由色素的工作曲線可以看出，色素在兩種溶液中吸光值與濃度線性關系較好。純化前色素的色價測定為2.23。

圖1 桃金娘色素的吸收波譜Fig.1 The absorption spectra of R.tomentosa pigment

圖2 桃金娘色素的工作曲線Fig.2 The working curve of R.tomentosa pigment

2.2 大孔樹脂的篩選實驗

圖3列出了初始吸光度為0.710的色素溶液經(jīng)9種大孔樹脂吸附達飽和的吸附率，由結果可見X-5、NKA-9、D4006對桃金娘色素的吸附率較高以及色素的吸附能力比較強，其中X-5吸附效果最高，吸附6h后，吸附率可達到93%。故選取X-5、NKA-9和D4006進行吸附解吸綜合性能研究。

圖3 不同大孔樹脂的桃金娘色素的吸附動力學曲線Fig.3 Adsorption kinetics curves of R.tomentosa using different resins

2.3 樹脂的吸附、解吸綜合性能的比較

通過計算，得到三種樹脂對桃金娘色素的靜態(tài)吸附、解吸綜合實驗結果見表2。在常溫下吸附2h后，X-5樹脂的吸附量和吸附率均高于其他2種樹脂，分別達到4.578mg/g和91.611%，其解吸量和色素得率均最大，分別達到3.836mg/g和76.630%。因此選用X-5樹脂用于純化桃金娘色素。

表2 大孔樹脂對桃金娘色素靜態(tài)吸附及解吸性Table 2 Macroporous resin static adsorption and desorption property of R.tomentosa pigment

2.4 靜態(tài)吸附工藝研究

由圖4可知，隨著溫度的上升，在相同的時間內樹脂的吸附率顯著提高。30℃下吸附5h，樹脂的吸附率為86.4%，而50℃下吸附5h，樹脂的吸附率為92.3%，飽和吸附量達到10.03mg/g濕樹脂。因此，在不影響色素穩(wěn)定性的條件下提高樹脂吸附的溫度，可獲得較高的吸附率。

洗脫劑具有使大孔樹脂溶脹，減弱被吸附物質與樹脂之間吸附力的作用，并可溶解被吸附物質，同時考慮到食品生產安全性的要求，本實驗使用乙醇作為洗脫劑，由圖5可知，隨著洗脫劑中乙醇濃度的增大，色素洗脫量也增大，從降低成本的角度確定洗脫劑乙醇濃度為80%。此外，洗脫劑pH在1.0～3.0范圍內對解吸亦無明顯影響，故洗脫劑定為pH3.0的80%乙醇溶液。

圖4 溫度對色素吸附的影響Fig.4 Influence of temperature on the desorption property

圖5 洗脫劑濃度對色素解吸的影響Fig.5 Influence of eluent concentration on the adsorption property

2.5 動態(tài)吸附解吸工藝研究

2.5.1 流速和上樣濃度對動態(tài)吸附的影響 由圖6可知，上樣濃度對吸附也有明顯影響，在初始吸光值為0.50～1.06即濃度為2.84～6.04mg/mL的范圍內，泄露現(xiàn)象不明顯，當初始濃度為7.75mg/mL時，泄露得較快。因此，本實驗選擇上樣液吸光值為0.5。在上樣流速為3mL/min，上樣液吸光值為0.5時，飽和吸附量達到70.12mg/g濕樹脂。由圖7可知，隨著上樣液流速加大，從柱中泄露出的色素液吸光值不斷加大，樹脂的吸附能力下降，不利于吸附。因此，本實驗選擇流速為3mL/min。

圖6 上樣濃度對吸附的影響Fig.6 The influence of sample concentration on the adsorption property

2.5.2 洗脫流速和解吸劑濃度對動態(tài)解吸的影響 圖8為不同洗脫流速對樹脂解吸的影響。由圖8可見，隨著流速的下降，洗脫液的吸光值顯著下降，表明洗脫流速低有助于桃金娘色素的解吸。但洗脫流速的降低，將導致洗脫時間的延長。本實驗為了確保解吸效果，選擇洗脫流速為1mL/min。由圖9可知，隨著洗脫劑用量的增加，桃金娘色素的解吸率逐漸提高，在洗脫劑用量為6BV達到平衡，解吸率達92%。純化后色素的色價達到18.45，是純化前的9倍多。

圖7 上樣流速對吸附的影響Fig.7 The influence of flow rate on the adsorption property

圖8 洗脫流速對樹脂解吸的影響Fig.8 The influenceof elution flow rate on desorption

圖9 洗脫劑用量對樹脂解吸的影響Fig.9 The influence of eluent consumption on desorption

3 結論

3.1 各種大孔樹脂由于物理化學性質的差異，對不同物質表現(xiàn)出選擇吸附性。靜態(tài)吸附解吸實驗結果證實，非極性的X-5大孔樹脂可能易與桃金娘色素形成牢固的氫鍵，對色素的選擇吸附性優(yōu)于弱極性的AB-8樹脂及一些極性樹脂等。

3.2 X-5樹脂靜態(tài)飽和吸附量約為10.03mg/g濕樹脂。

3.3 X-5樹脂動態(tài)吸附、解吸工藝參數(shù)確定為：上樣流速3mL/min，洗脫速度1mL/min，洗脫劑用量6BV，解吸率可達到92%以上。

3.4 X-5樹脂用于純化桃金娘色素，在優(yōu)化工藝參數(shù)下，得到動態(tài)飽和吸附量達到70.12mg/g濕樹脂，色素液純化后色價達到原來的9倍多。

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Study on purification of Rhodomyrtus tomentosa pigment by macroporus resin colum chromatography

ZHANG Shao-min，ZHAO Mou-ming*，CHEN Wen-fen
（College of Light Industry and Food，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The adsorption and desorption performance of nine macroporus adsorbent resin for separation pigments from Rhodomyrtus tomentosa，a suitable resin was chosen and the adsorption and desorption condition were optimized.The results showed that X-5 had higher capacity at pH3.0，which dynamic adsorption rate was 94.36%，and adsorption capacity was 70.12mg/mL resin.The pigment produced by this method was dark purple power，and its color value was 18.45 which was nine times of before.

Rhodomyrtus tomentosa pigment；macroporus resin；adsorption；desorption

TS264.4

B

1002-0306（2012）07-0240-04

2011－04－20 *通訊聯(lián)系人

張少敏（1987-），女，碩士研究生，研究方向：食品生物技術。

國家863計劃重點項目（2007AA100404）；廣東省科技計劃項目（2008A010900003）。