大孔樹脂純化棗皮紅色素的初步工藝

趙文恩，李 勇

(鄭州大學化工與能源學院，河南鄭州450001)

0 引言

作為天然色素，大棗棗皮紅色素的開發(fā)利用已為國內研究熱點.目前的研究報道多側重于大棗紅色素提取、穩(wěn)定性、抗氧化和物理化學性質方面［1-4］，尤以提取工藝研究較多，如劉蒲等［5］提出堿液適用于提取棗皮紅色素;孫靈霞等［6］認為棗皮紅皮紅色素最佳提取工藝為0.3 mol/L NaOH在85℃下浸提;韓立宏等［7］提出超聲波輔助纖維素酶-堿液提取大棗皮紅色素的最佳工藝條件:酶用量為底物的1.26%，酶解溫度51.90℃，pH 5.19，酶解時間60 min，體積分數1.0%堿液80℃提取;吳紹武等［8］運用響應面分析法得到灘棗棗皮色素最佳提取工藝條件為0.37 mol/L NaOH在85℃浸提;李茜倩等［4］認為大棗棗皮紅色素的最佳提取工藝條件為0.2 mol/L NaOH在80℃浸提.從已經發(fā)表的文獻來看，對棗皮紅色素組成和結構的研究報道很少，且很不一致.常世敏等［9］認為冬棗果皮中含有花色苷和黃酮兩類色素化合物;夏敦嶺等［10］用高效液相色譜法檢測冬棗果皮黃酮提取樣含有四種黃酮;張瓊等［11］用液質聯用技術在4種棗果皮中均檢測到8種黃烷醇類物質、4～5種黃酮醇類物質，未檢測到花色苷類物質;念紅麗等［12］用高效液相色譜法在冬棗皮中檢測到兒茶素、表兒茶素和香豆酸三種多酚，這些作者從包括冬棗在內的棗果皮中檢測到的是黃酮類物質.吳紹武等［8］通過液質聯用技術推測山西灘棗棗皮紅色素中有3個化合物的分子量分別是 342.2，363.3 和328.1.另一方面，樊君等［13］提出大棗紅色素為羥基蒽醌類衍生物;李曉等［14］從棗皮紅色素的碳酸鈉萃取組分中得到蒽醌類化合物.由之可知，大棗棗皮紅色素組成、化學屬性及結構至今不明，這嚴重妨礙到對其的開發(fā)利用，為此需要對棗皮紅色素進行分離純化以確定其結構.

大孔樹脂吸附能力強，解吸容易，操作簡單，洗脫試劑消耗少，因此，選用大孔樹脂對棗皮紅色素做初步分離.筆者考察大孔樹脂AB-8對棗皮紅色素的吸附解吸性能，選出性能較優(yōu)的大孔樹脂，并研究確定該樹脂對于棗皮紅色素的純化工藝條件，為棗皮紅色素初步分離提供依據.

1 實驗材料與方法

1.1 材料與儀器

大棗為新疆干紅棗.選擇飽滿完整的紅棗，沸水中煮5 min后立即放入冷水中，剝下棗皮，除凈粘附的果肉，將棗皮在50℃烘干至恒重，即為實驗用大棗皮.

大孔樹脂AB-8，購自天津南開大學化工廠;氫氧化鈉、甲醇、乙醇、乙酸乙酯均為國產分析純.

RE-52AA旋轉蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠;501型超級恒溫水浴，上海浦東榮豐科技儀器有限公司;SHZ-D循環(huán)水式真空泵，鞏義市予華儀器有限責任公司;PHS3-3C型精密酸度計，上海大普儀器有限公司;BT423S型電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司;HZS-H水浴振蕩器，哈爾濱市東聯電子技術開發(fā)有限公司;UV-2450紫外-可見分光光度計，島津公司;DZF型真空干燥箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司.

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品的制備

按照提取棗皮紅色素的最佳工藝［4］來提取:NaOH溶液濃度0.2 mol/L，提取溫度80℃，提取時間2.5 h，料液比1∶25(料液比單位:g/mL，下同)，提取級數為2級.提取的棗皮紅色素過濾后，用鹽酸調至pH至5，旋蒸濃縮，然后放入真空烘箱中干燥，得到棗皮紅色素粗提物.

1.2.2 棗皮紅色素標準曲線的繪制

精確稱取0.4000 g棗皮紅色素粗提物，充分溶于500 mL蒸餾水中，靜置2 h后取上清液，以蒸餾水做空白對照，用紫外-可見分光光度計掃描在200～600 nm波長范圍內的上清液吸光度，得到棗皮紅色素在紫外-可見區(qū)間的波譜圖，確定最大吸收波長λmax=289 nm.在λmax=289 nm波長下，該上清液吸光度A=1.567 0，靜置24 h后，吸光度保持不變，表明該上清液性質非常穩(wěn)定，可作為棗皮紅色素標準溶液.

精確量取棗皮紅色素標準溶液置于7個50 mL容量瓶中，以蒸餾水定容、搖勻，以蒸餾水為空白對照，在λmax=289 nm波長下測定吸光度.以棗皮紅色素濃度C(mg/mL)為橫坐標，吸光度A為縱坐標繪制標準曲線圖(如圖1)，用最小二乘法作線性回歸，得回歸方程:

A=0.012 68+2.050 18C，R2=0.999 65，SD=0.016 12.

回歸方程表明，棗皮紅色素吸光度與濃度在0.053 4～0.800 0 mg/mL范圍內線性關系良好.

下面研究所分析的“抽濾液”通過紫外-可見分光光度計掃描的波譜圖與標準物的波譜圖一致，最大吸收波長都是在λmax=289 nm，這表明與標準物的成分是基本一致的，相對誤差在1% ～3%，相對于初步分離條件，誤差是允許的，因此下面實驗可用該標準曲線.

1.2.3 大孔樹脂吸附率和解吸率測定

吸附率測定:精確稱取預處理好的樹脂，分別加入稀釋的棗皮紅色素溶液40 mL，放入恒溫水浴振蕩器(振速為66 r/min，溫度25℃)，吸附12 h后取出過濾，測量濾液體積V1，并測定濾液在λmax=289 nm波長下吸光度A1，過濾后含色素的樹脂留下備用.

解吸率測定:將過濾后的樹脂放入錐形瓶中，加入20 mL體積分數為50%的乙醇水溶液，放入恒溫水浴振蕩器(振速與溫度同上)，解吸12 h后取出過濾，測定濾液體積 V2，并測定濾液在λmax=289 nm波長下吸光度A2.

根據上述標準曲線回歸方程求出相對應的濃度C，計算各樹脂的吸附率和解吸率，由此篩選出棗皮紅色素吸附與解吸最適的大孔樹脂.

吸附率和解吸率的計算公式如下:

吸附率=(V0C0-V1C1)/V0C0×100%;

解吸率=V2C2/(V0C0-V1C1)×100%.

圖1 吸光度與濃度的標準曲線Fig.1 The standard curve of the absorbance and the concentration

2 結果與討論

2.1 單因素法確定影響吸附的因素

2.1.1 吸附體積濃度的確定

精確稱取3 g預處理好的樹脂，分別加入0.1，0.2，0.4，0.6，0.7，0.8，0.9，1.2 mg/mL 棗皮紅色素溶液40 mL，放入恒溫水浴振蕩器(振速為66 r/min)，在25℃恒溫吸附5 h后過濾，測定濾液的吸光度，計算靜態(tài)吸附率，考察溶液質量濃度對樹脂AB-8吸附的影響.靜態(tài)吸附率分別為12.1% 、15.2% 、17.1% 、18.1% 、18.7% 、19.2% 、18.8%、17.7%.結果表明:隨著溶液濃度的增加，靜態(tài)吸附率增加，當體積濃度為0.8 mg/mL時，靜態(tài)吸附率最大(19.2%)，若質量濃度繼續(xù)增加，靜態(tài)吸附率開始下降，因此，選擇體積濃度為0.8 mg/mL.

2.1.2 料液比的確定

精確稱取預處理好的樹脂，分別按3∶40、6∶40、10∶40、20∶40、30∶40、50∶40、70∶40、90∶40、150∶40(料液比單位:g/mL，下同)的比例加入體積濃度為0.8 mg/mL棗皮紅色素溶液，放入恒溫水浴振蕩器(振速為66 r/min)，在25℃恒溫吸附5 h后過濾，測定濾液的吸光度，計算靜態(tài)吸附率，考察料液比對樹脂AB-8吸附的影響.靜態(tài)吸附率分別為13.8%、27.6%、32.3%、41.4%、53.9%、62.0%、65.1%、65.6%、65.8%.結果表明:隨著料液比的增加，靜態(tài)吸附率增加，當料液比達到90∶40時，靜態(tài)吸附率增長趨向穩(wěn)定，因此選擇料液比為90∶40.

2.1.3 靜態(tài)吸附平衡時間的確定

精確稱取預處理好的AB-8樹脂于錐形瓶中，按料液比90∶40加入體積濃度為0.8 mg/mL的棗皮紅色素溶液40 mL，放入恒溫水浴振蕩器(振速為66 r/min，溫度25℃)吸附，每隔30 min從上清液中取樣測定吸光度，觀察吸附率的變化，以吸附率為縱坐標，時間為橫坐標做樹脂AB-8靜態(tài)吸附曲線，確定靜態(tài)吸附平衡時間.

圖2 大孔樹脂AB－8的吸附平衡曲線Fig.2 The adsorption equilibrium curve ofmacroporous resin AB－8

由圖2可以看出，在開始的一段時間內，AB-8樹脂對棗皮紅色素的吸附率在逐漸增大.隨著時間的延長，吸附率增加趨緩，在3.5 h時吸附率不再增加，表明樹脂對色素的吸附達到飽和，即達到吸附平衡.看來，用AB-8樹脂柱對棗皮紅色素純化時，上樣后吸附靜置的時間應不低于3.5 h，以使棗皮紅色素被充分吸附，再用溶劑進行洗脫.

2.1.4 驗證試驗

按上述單因素優(yōu)選出的純化工藝:吸附體積濃度為0.8 mg/mL，料液比為90∶40，靜態(tài)吸附時間為3.5 h進行了3次試驗，吸附率分別為65.8%、65.3%、65.6%，說明具有良好的重復性.在此條件下，大孔樹脂AB-8對棗皮紅色素的吸收率為65.6%.

2.2 洗脫劑的確定

精確稱取已吸附色素飽和的AB-8樹脂30 g，分別用20 mL蒸餾水、體積分數為50%甲醇水溶液、體積分數為50%乙醇水溶液、體積分數為50%乙醇+體積分數為50%乙酸乙酯混合液洗脫色素，放入恒溫水浴振蕩器(振速為66 r/min，溫度25℃)洗脫5 h后過濾，測濾液吸光度值，計算解吸率，考察洗脫劑對解吸率的影響.解吸率分別為 20.6%、74.2%、81.1%、51.7%，結果表明50%乙醇水溶液的解吸效果最佳，解吸率達到81.1%，乙醇水溶液無毒，價格較便宜，可以回收，因此，選擇乙醇水溶液對AB-8樹脂進行洗脫.

2.3 洗脫劑濃度的確定

精確稱取已吸附色素飽和的AB-8樹脂30 g，分別用20 mL體積分數為10%、30%、50%、70%、90%的乙醇水溶液洗脫，并與依次用10 mL體積分數為10%，20%，…，90%的乙醇水溶液梯度洗脫作對比，放入恒溫水浴振蕩器(振速為66 r/min，溫度25℃)洗脫5 h后過濾，測濾液吸光值，計算解吸率，依解吸率大小確定洗脫劑的濃度.如表1所示.

表1 洗脫劑濃度對AB－8樹脂解吸棗皮紅色素的影響Tab.1 The effect of eluent concentration on AB －8 desorption of jujube skin haematochrome

由表1可以發(fā)現，梯度洗脫比單個濃度洗脫效果有明顯優(yōu)勢，梯度洗脫解吸率為98.2%，樹脂上的色素幾乎完全洗脫，因此選擇依次用體積分數為10%，20%，…，90%的乙醇水溶液梯度洗脫.

3 結論

AB-8型大孔吸附樹脂是苯乙烯型非極性共聚體，具有較大的比表面積，適于天然產物的初步純化.大孔樹脂AB-8對于棗皮紅色素吸附的最佳工藝:吸附體積濃度0.8 mg/mL、靜態(tài)吸附時間3.5 h、料液比90∶40，在該工藝條件下，靜態(tài)吸附率最大，為65.6%;大孔樹脂AB-8的洗脫工藝:依次用體積分數為10%，20%，…，90%乙醇水溶液梯度洗脫，洗脫率98.2%.大孔樹脂AB-8對于棗皮紅色素有較優(yōu)的吸附率與解吸率，選擇大孔樹脂AB-8用于棗皮紅色素的初步分離.

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