用大孔樹脂純化檳榔多酚的工藝條件優(yōu)化

普義鑫 ，周文化，李 嵐 ，周文娟 ，李 可

(1．中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2．哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150076)

用大孔樹脂純化檳榔多酚的工藝條件優(yōu)化

普義鑫1，周文化1，李 嵐1，周文娟 1，李 可2

(1．中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2．哈爾濱商業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150076)

采用S-8、D-3520、ADS-8、DM-0301、AB-8五種大孔樹脂對(duì)檳榔多酚進(jìn)行純化，篩選出S-8型號(hào)大孔樹脂對(duì)檳榔多酚進(jìn)行純化,其效果最好。通過(guò)動(dòng)態(tài)吸附與解析實(shí)驗(yàn)，得到S-8型大孔樹脂的最佳吸附條件為：上柱液pH為2.0，上柱液濃度為2.05 mg/mL，上柱液體積為6 BV；最佳解析條件為：解析液pH為4.0、乙醇濃度為75%、解析液體積為6 BV。

檳榔；多酚；大孔樹脂；純化；工藝條件

檳榔果是棕櫚科植物檳榔(Areca catechu L.)的成熟種子，主要產(chǎn)于我國(guó)的海南、廣東、廣西、云南、福建、臺(tái)灣以及印度和馬來(lái)西亞等國(guó)，位居我國(guó)“四大南藥”之首[1]。檳榔中含有生物堿，多種礦物質(zhì)、氨基酸、揮發(fā)油、木質(zhì)素、甘露糖、半乳糖、γ-兒茶素、β-谷甾醇、無(wú)色花青素、檳榔紅色素、兒茶精花白素及皂甙、膽堿等[2]。此外，檳榔果中尚含有大約15%的酚類物質(zhì)(包括縮合鞣質(zhì)、水解類鞣質(zhì)及非丹寧類黃烷醇等)[3]。采用溶劑法提取的檳榔多酚為多酚含量較低的粗品，其中含有多糖、檳榔堿等雜質(zhì)，因此需對(duì)檳榔多酚進(jìn)行純化，使其更好的發(fā)揮生理效用。多酚純化的方法有很多種，目前使用最多的是大孔樹脂吸附法[4-9]。

大孔樹脂是一類以吸附為特點(diǎn)，對(duì)有機(jī)物具有濃縮、分離作用的高分子聚合物，它具有物理化學(xué)穩(wěn)定性高，吸附選擇性獨(dú)特，不受無(wú)機(jī)物存在的影響、再生簡(jiǎn)單、解吸條件溫和等特點(diǎn)，廣泛用于生化物質(zhì)的分離和純化[10]，本研究采用大孔樹脂吸附法純化檳榔多酚，研究了最佳吸附和解析條件。

1 材料與方法

1.1 材 料

以海南產(chǎn)鮮檳榔為原料，按文獻(xiàn)[11]優(yōu)化的工藝提取檳榔多酚作為本實(shí)驗(yàn)的原料；S-8、D-3520、ADS-8、DM-0301、AB-8型大孔樹脂購(gòu)于長(zhǎng)沙裕豐化玻公司；所用藥品均為分析純。

1.2 方 法

1.2.1 多酚含量的計(jì)算

多酚濃度的計(jì)算采用福林酚比色法[11]。

1.2.2 大孔樹脂的預(yù)處理

將 S-8、D-3520、ADS-8、DM-0301、AB-8型大孔樹脂用無(wú)水乙醇浸泡24 h，用蒸餾水洗凈，然后用5%的HCl浸泡8 h，用蒸餾水洗至中性，再用5%的NaOH浸泡8 h后，再用蒸餾水洗凈待用[12]。

1.2.3 大孔樹脂的靜態(tài)吸附與解析特性研究[13]

準(zhǔn)確稱取預(yù)處理后的5種樹脂各5.0 g，先用濾紙吸干水分，分別置于250 mL的具塞磨口三角瓶中，加入50 mL檳榔多酚粗提液，置于25 ℃水浴搖床震蕩10 h，每隔2 h測(cè)定溶液吸光度。

式(1)、(2)中：C0為吸附前的多酚溶液濃度，mg/mL；C1為吸附后多酚溶液濃度，mg/mL；V0為多酚粗體體積mL。

樹脂靜態(tài)吸附后，過(guò)濾，加入無(wú)水乙醇50 mL，置于25 ℃水浴搖床振蕩10 h，每隔2 h取樣，測(cè)定樣品的吸光度。

式(3)式(4)中：C2為解析后 檳榔多酚溶液濃度，mg/mL；C0為吸附前的多酚溶液濃度，mg/mL；C1為吸附后多酚溶液濃度，mg/mL；V1為吸附多酚溶液體積，mL ；V2為解析后多酚溶液體積，mL。

1.2.4 大孔樹脂的動(dòng)態(tài)吸附與解析

篩選出的樹脂采用濕法裝柱，裝入? 3.0 cm× 40.0 cm的玻璃柱中，裝柱高度約25 cm，準(zhǔn)確量取一定樹脂床體積的檳榔多酚粗提液，調(diào)節(jié)pH后上柱，收集流出液，測(cè)定穿透液中多酚濃度，吸附完成后，用無(wú)水乙醇解吸樹脂上吸附的檳榔多酚，收集洗脫液，測(cè)定穿透液中多酚濃度[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 大孔樹脂靜態(tài)吸附特性研究

五種大孔樹脂對(duì)檳榔多酚的吸附量隨時(shí)間的變化柱形圖見圖1。由圖1可知，D-3520型大孔樹脂在4 h時(shí)達(dá)到最大吸附量5.90 mg/g，超過(guò)4 h吸附量顯著下降(P＜0.05)并且吸附量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)變化不明顯，因此該種樹脂的最佳吸附時(shí)間為4 h；AB-8型樹脂在8 h時(shí)達(dá)到最大吸附量7.71 mg/g，但與4 h、6 h及10 h相比差異均不顯著(P＜0.05)因此，從實(shí)際操作角度考慮，可將該樹脂的最佳吸附時(shí)間確定為4 h；S-8型大孔樹脂在8 h時(shí)達(dá)到最大吸附量15.11 mg/g，與其他時(shí)間相比差異顯著(P＜0.05)因此確定該種型號(hào)的樹脂最佳吸附時(shí)間為8 h；ADS-8型大孔樹脂在2 h時(shí)達(dá)最大吸附量6.27 mg/g，明顯高于4 h(P＜0.05)，與6 h、8 h及10 h相比差異不顯著，因此確定該樹脂的最佳吸附時(shí)間為2 h；DM-0301型樹脂隨著時(shí)間的延長(zhǎng)吸附量逐漸增加，在10 h時(shí)達(dá)最大吸附量11.27 mg/g，與8 h相比差異不顯著(P＜0.05)但與其他時(shí)間相比差異顯著(P＜0.05)因此，該樹脂的最佳吸附時(shí)間為8 h。

圖1 大孔樹脂靜態(tài)吸附特性柱形圖?Fig.1 Adsorption time of macroporous resin

2.2 大孔樹脂靜態(tài)解析特性研究

五種大孔樹脂吸附多酚后對(duì)其進(jìn)行解析，解析率隨時(shí)間的變化情況見圖2，由圖2可知，D-3520型樹脂在6 h時(shí)達(dá)到最大解析率90.28%，明顯高于2 h、4 h和8 h，(P＜0.05)，與10 h相比差異不顯著(P＜0.05)因此該種型號(hào)的樹脂最佳解析時(shí)間為6 h；AB-8型大孔樹脂在10 h時(shí)達(dá)最大解析率89.46%，與2 h的87.70%相比，差異不顯著(P＜0.05)，與其它時(shí)間相比差異顯著(P＜0.05)因此，確定該樹脂的最佳解析時(shí)間為2 h；S-8型大孔樹脂在10 h時(shí)達(dá)最大解析率88.77%，與2 h的87.18%相比差異不顯著，但明顯高于4 h、6 h及8 h(P＜0.05)，因此該樹脂的最佳解析時(shí)間選擇2 h；ADS-8型大孔樹脂在4 h時(shí)達(dá)最大解析率94.14%，明顯高于其它時(shí)間的解析率(P＜0.05)；DM-0301型大孔樹脂的解析率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而有所下降，并在2 h時(shí)達(dá)最大解析率92.18%，與其它時(shí)間相比差異顯著，因此，該型號(hào)樹脂的最佳解析時(shí)間為2 h。

圖2 大孔樹脂靜態(tài)解析Fig. 2 The elution of macroporous resin

從圖1和圖2中可以看出，五種大孔樹脂中，S-8型樹脂的吸附量和解析量均最大，樹脂篩選的目的為篩選出同時(shí)具有高吸附量和解析量的樹脂，因此本實(shí)驗(yàn)選擇S-8型樹脂為最佳樹脂，對(duì)檳榔多酚進(jìn)行純化。

2.3 大孔樹脂動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

2.3.1 上柱液pH對(duì)大孔樹脂吸附率的影響

將處理好的S-8大孔樹脂，采用濕法裝柱，用水洗平衡后上柱，上柱液濃度為 1.92 mg/mL，上柱液體積100 mL，設(shè)定上柱液pH分別為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，分別測(cè)定流出液的多酚含量，考察不同上柱液pH對(duì)吸附率的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著pH的增加，S-8型大孔樹脂對(duì)檳榔多酚的吸附率逐漸下降，在pH為2.0時(shí)達(dá)最大吸附率81.64%，這可能是由于檳榔多酚中含有一定的酚酸類物質(zhì)，如綠原酸，果酸、沒(méi)食子酸、鞣酸等，使粗提液呈現(xiàn)弱酸性，酸性物質(zhì)在酸液中吸附，在堿液中解析，堿性物質(zhì)在堿液中吸附，在酸液中解析[15]，因此選擇pH＝2.0為最佳吸附pH。

圖3 上柱液pH對(duì)吸附率的影響Fig. 3 The effect of pH of polyphenols on the adsorption rate

2.3.2 上柱液濃度對(duì)大孔樹脂吸附率的影響

在pH＝2.0條件下，上柱液體積100 mL，設(shè)定上柱液濃度分別為：1.42、1.74、2.05、2.90、3.82 mg/mL，采用S-8型大孔樹脂對(duì)檳榔多酚粗提液進(jìn)行吸附，考察不同上柱液濃度對(duì)大孔樹脂吸附檳榔多酚的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可知，在檳榔多酚粗提液濃度小于2.05 mg/mL時(shí)，吸附率隨著濃度的增加而增大，在2.05 mg/mL時(shí)達(dá)最大值66.73%，當(dāng)繼續(xù)提高檳榔多酚粗提液濃度時(shí)，檳榔多酚吸附率反而有所下降，這可能是由于，濃度低時(shí)增加檳榔多酚的濃度，有利于增加與樹脂接觸的多酚分子的數(shù)量，吸附率增大，當(dāng)達(dá)到2.05 mg/mL時(shí)，樹脂達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，過(guò)量的多酚分子無(wú)法被吸附，直接穿透大孔樹脂，導(dǎo)致穿透液多酚含量增加，吸附率降低。

圖4 上柱液濃度對(duì)大孔樹脂吸附檳榔多酚的影響Fig. 4 The effect of concentration of polyphenols on the adsorption rate

2.3.3 上柱液體積對(duì)大孔樹脂吸附率的影響

在pH＝2.0，上柱液濃度為2.05 mg/mL的條件下，選擇上樣液體積為50、100、150、200、250 mL相當(dāng)于2、4、6、8、10倍樹脂床體積(2 BV、4 BV、6 BV、8 BV、10 BV)進(jìn)行上柱，考察不同上樣體積對(duì)多酚吸附率的影響，結(jié)果見圖5。

圖5 上柱液體積對(duì)大孔樹脂吸附率的影響Fig. 5 The effect of volume of polyphenols on the adsorption rate

由圖5可知，當(dāng)上樣液體積小于6 BV時(shí)，S-8大孔樹脂對(duì)檳榔多酚的吸附率隨著上樣液體積的增加而增大，但當(dāng)上樣液體積超過(guò)6 BV時(shí)，大孔樹脂對(duì)檳榔多酚的吸附率反而明顯下降，而且，漏出液多酚的質(zhì)量濃度超過(guò)了上樣液濃度的10%，這說(shuō)明，在檳榔多酚質(zhì)量濃度為2.05 mg/mL時(shí)，當(dāng)上樣液體積為6 BV時(shí)，大孔樹脂對(duì)檳榔多酚的吸附達(dá)到了飽和狀態(tài)，因此選擇6 BV為最佳吸附體積。

2.4 大孔樹脂動(dòng)態(tài)解析實(shí)驗(yàn)

2.4.1 解析液pH對(duì)解析率的影響

采用95%的乙醇溶液對(duì)吸附的檳榔多酚進(jìn)行洗脫，固定洗脫體積為4 BV，用1 mol/L的HCl溶液分別調(diào)節(jié)pH值為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、考察不同洗脫液pH對(duì)大孔樹脂解析率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 解析液pH對(duì)解析率的影響Fig. 6 The effect of elution liquid pH on the elution rate

由圖6可以看出，在較低的pH范圍內(nèi)，隨著pH的增加，解析率逐漸增加，當(dāng)pH值為4.0時(shí)，解析率達(dá)最大值87.50%，繼續(xù)升高pH值，解析率反而有所下降，并且維持在較低水平，這可能是由于酸性物質(zhì)在偏堿性條件下有較好的解析率，但pH過(guò)高，多酚類物質(zhì)會(huì)發(fā)生氧化，導(dǎo)致解析率降低，因此選擇pH＝4.0為最佳解析pH。

2.4.2 乙醇濃度對(duì)解析率的影響

在pH為4.0，洗脫體積為4BV的條件下，設(shè)定乙醇濃度分別為55%、65%、75%、85%、95%，分別測(cè)定流出液中多酚含量，考察不同乙醇濃度對(duì)解析率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖7， 由圖8可以看出，隨著乙醇濃度的增加，從55%到75%，大孔樹脂的解析率不斷增加，在75%時(shí)達(dá)最大解析率87.30%，繼續(xù)增加乙醇濃度，解析率反而有所下降，這可能是由于在一定范圍內(nèi)，乙醇濃度增加，檳榔多酚的溶解性也不斷增加，因而解析率提高，但由于檳榔中的多酚既含醇溶性成分，同時(shí)又含有水溶性成分，過(guò)高的濃度導(dǎo)致水溶性多酚溶解性降低，同時(shí)，高濃度的醇溶液會(huì)導(dǎo)致醇溶性雜質(zhì)的流出，因此解析率會(huì)有所下降。因而，選擇75%的乙醇為最佳洗脫濃度。

圖7 乙醇濃度對(duì)大孔樹脂解析率的影響Fig. 7 The effect of elution liquid concentration on the elution rate

2.4.3 解析液體積對(duì)解析率的影響

采用75%的乙醇，在pH為4.0的條件下，分別選擇洗脫體積為2 BV、4 BV、6 BV、8 BV、10 BV進(jìn)行洗脫，分別測(cè)定洗脫液中多酚的含量，考察不同洗脫體積對(duì)解析率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖8，由圖8可以看出，70%的乙醇溶液對(duì)大孔樹脂的解析率隨著洗脫體積的增加而不斷增加，當(dāng)洗脫體積為2 BV時(shí)，解析率只有47.74%，當(dāng)洗脫體積增加到6 BV時(shí)，解析率達(dá)到75.71%，之后隨著洗脫體積的增加，解析率增加不明顯，趨于穩(wěn)定，這可能是由于洗脫體積增大，檳榔多酚與溶劑接觸充分，因而解析率增加，當(dāng)達(dá)到6 BV時(shí)，檳榔多酚趨于完全解析，因而解析率趨于恒定，因而最佳解析體積為6 BV。

圖8洗脫液體積對(duì)解析率的影響Fig. 8 The effect of elution liquid volume on the elution rate

3 結(jié) 論

采用大孔樹脂吸附法對(duì)檳榔多酚進(jìn)行純化，通過(guò)靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)，得到D-3520、AB-8、S-8、ADS-8、DM-0301五種大孔樹脂的最佳吸附時(shí)間分別為為4 h、4 h、8 h、2 h、10 h；通過(guò)靜態(tài)解析實(shí)驗(yàn)得到 D-3520、AB-8、S-8、ADS-8、DM-0301五種大孔樹脂的最佳解析時(shí)間分別為6 h、2 h、2 h、4 h、2 h。試驗(yàn)得到S-8大孔樹脂對(duì)檳榔多酚的吸附率和解析率最大。

通過(guò)動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)得到，pH為2.0，上柱液濃度為2.05 mg/mL、上柱液體積為6 BV時(shí)，吸附效果最好；通過(guò)動(dòng)態(tài)解析實(shí)驗(yàn)得到，解析液pH為4.0、乙醇濃度為75%、解析液體積為6 BV時(shí)解析效果最好。

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Purification of poly-phenols from Areca catechu L. nut by five kinds of macroporous resin

PU Yi-хin1, ZHOU Wen-hua1, LI Lan1, ZHOU Wen-juan1, LI Ke2
(1. School of Food Science & Engineering, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China；2.Harbin University of Commerce, Harbin 150076, Heilongjiang, China )

The poly-phenols of Areca catechu L Nut was purified by macroporous resin and the process conditions were optimized. The results show that AB-8 had a better purification rate of of Areca catechu Nut polyphenols among S-8,D-3520,ADS-8,DM-0301,AB-8 macroporous resin,and the best adsorption conditions were as follows: column liquid pH2.0,column liquid concentration 2.05 mg/mL,column liquid volume 6 BV. The best elution conditions were: elution pH4.0,elution concentration 75%,elution volume 6BV. The best adsorption conditions and the best elution conditions make up the optimal process to purify poly-phenols of Areca catechu.

Areca catechu L. nut；poly-phenols；macroporous resin；purification

S792.91

A

1673-923X(2012)02-0100-05

2011-10-1

國(guó)家科技支撐項(xiàng)目(2007BAD76B03)

普義鑫(1986—)，男，黑龍江漠河人，碩士研究生，主要從事食品加工方面的研究

周文化(1969—)，男，湖南省澧縣人，教授，博士，主要從事食品科學(xué)方面的研究

[本文編校：文鳳鳴]