大孔樹脂純化紫薯結合酚的研究

譚暢 曹靖瀅 馮穎 杜姍姍

摘要：采用大孔樹脂對紫薯結合酚粗提液進行純化，研究各因素對純化效果的影響，并確定純化工藝參數。結果表明：HPD-100大孔樹脂適于純化紫薯結合酚，當上樣液濃度為0.25 mg/mL、上樣液pH值為3.0、上樣體積為3.6 BV時，HPD-100大孔樹脂對紫薯結合酚的吸附率可達78.08%±0.04%；以pH值5.0、體積分數50%的乙醇水溶液為解吸劑，解吸體積為6.8 BV，解吸率可達81.45%±0.34%。

關鍵詞：紫薯；結合酚；大孔樹脂；純化；吸附；解吸

中圖分類號：TS215 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）04-0039-04

植物多酚為植物體內復雜的酚類次生代謝產物，具有抗氧化、抗炎、抗癌、防治心血管疾病等廣泛的藥理活性。隨著人們健康意識的增強，植物多酚逐漸成為食品科學領域的研究熱點。根據存在形式，植物多酚可分為游離態(tài)和結合態(tài)兩種，游離酚是游離于細胞質中的多酚，具有良好的溶解性，易溶于水或有機溶劑；而結合酚與細胞壁中纖維素、果膠、蛋白等結合，不能直接用溶劑萃取得到，需經過酶解或強酸強堿溶液釋放后才能得到，因此常被忽略。然而這些結合酚卻是食物中具有生物活性的有益成分，朱春秋等人的研究表明結合酚可被大鼠通過消化道吸收，且具有良好的體內抗氧化能力；Jung等人發(fā)現結合酚可以在結腸中釋放并產生一定的生物活性，有益于人體健康。相對于游離酚，結合酚經腸道微生物菌群發(fā)酵作用后能發(fā)揮更強的生物活性。由于結合酚具有這些良好的生物活性，近年來人們開始關注結合酚，目前在應用酸水解法、堿水解法釋放結合酚的工藝參數優(yōu)化方面進行了較多的研究。對釋放出來的結合酚，通常采用乙酸乙酯萃取的方法進行純化，該方法消耗大量有機溶劑、成本高、結合酚得率低。大孔吸附樹脂可以通過良好的大孔網狀結構和較大的比表面積，有選擇性地物理吸附水溶液中的有機物，有效去除淀粉、還原糖、蛋白質等雜質，工藝簡單、操作方便、成本低廉，廣泛應用于游離酚的純化，如Lisha Xi等人采用AB-8大孔樹脂純化了甘薯葉游離多酚；但在應用大孔樹脂純化結合酚方面的研究缺乏。本課題將大孔樹脂應用于紫薯結合酚的純化，以期為紫薯結合酚的制備及進一步活性研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗用甘薯：品種“遼薯20”，由遼寧省農科院提供。

大孔樹脂HPD-100，HPD-400，HPD-600，HPD-700，D101，AB-8，ADS-7，S-8，D-4020，NKA-9：滄州寶恩化工有限公司；無水乙醇、碳酸鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉、十二烷基硫酸鈉、三氯化鐵、鐵氰化鉀、鹽酸、氯化鉀、醋酸、醋酸鈉、福林酚試劑：均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

電子天平：上海舜宇恒科學儀器有限公司；TU-1810型紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器責任有限公司；DK-S26型電熱恒溫水浴鍋；DHG-9070A型恒溫干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；pH計：上海榮漢自動化儀表有限公司；旋轉蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；HL-2型數顯恒流泵：上海滬西分析儀器廠有限公司；HZQ-F型全溫振蕩培養(yǎng)箱：哈爾濱市東聯電子技術開發(fā)有限公司；CR21G型冷凍離心機：日立有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 紫薯結合酚粗提液（上樣液）的制備 取50 g紫薯凍干粉，以料液比1∶10的比例加入體積分數60%的乙醇水溶液，于50 ℃水浴中放置2 h提取游離酚，

10 000 r/min離心20 min，棄去上清液，保留濾渣；按上述步驟重復提取2次，至游離酚提取完全，將濾渣真空干燥至質量恒定。取充分提取游離酚后的干燥濾渣，以料液比1∶10加入2 mol/L的NaOH溶液，于室溫下用磁力攪拌器水解5 h以釋放結合酚，水解結束后以10 000 r/min離心20 min，棄去濾渣，收集上清液即為結合酚粗提液。

1.3.2 大孔樹脂的預處理 將大孔樹脂以無水乙醇浸泡24 h后，用蒸餾水沖洗至樹脂無乙醇氣味為止，然后浸泡在蒸餾水中備用，以防樹脂干燥結塊。

1.3.3 大孔樹脂的靜態(tài)吸附解吸 1） 靜態(tài)吸附。稱取經過預處理的大孔樹脂1.0 g置于錐形瓶中，分別加入濃度為0.05，0.10，0.15，0.20，0.25 mg/mL和pH值為1.0，3.0，5.0，7.0，9.0，11.0的紫薯結合酚粗提液40 mL，密封后于室溫下在振蕩培養(yǎng)箱中振蕩吸附12 h（100 r/min），抽濾，測定濾液中結合酚濃度，計算吸附率，依次考察上樣液濃度和pH值對樹脂吸附效果的影響。2） 靜態(tài)解吸。將過濾后的樹脂置于錐形瓶中，分別加入體積分數為10%，30%，50%，70%，90%和pH值為1.0，3.0，5.0，7.0，9.0，11.0的乙醇水溶液40 mL，密封后于室溫下在振蕩培養(yǎng)箱中振蕩解吸12 h（100 r/min），抽濾，測定濾液中結合酚濃度，計算解吸率，依次考察乙醇體積分數和pH值對樹脂解吸效果的影響。

1.3.4 大孔樹脂的動態(tài)吸附解吸 1） 動態(tài)吸附。稱取樹脂20 g，裝柱（Φ1.5 cm×40.0 cm），用pH值3.0、濃度0.25 mg/mL的結合酚上樣液上樣，進行吸附，每10.0 mL收集一次流出液，測定其吸光度，計算吸附率，考察上樣體積對樹脂吸附效果的影響。2） 動態(tài)解吸。以pH值5.0、流速1.0 mL/min、體積分數50%的乙醇水溶液解吸，每10.0 mL收集一次流出液，測定其吸光度，計算解吸率，考察解吸劑體積對樹脂解吸效果的影響。

1.3.5 樹脂吸附率和解吸率的計算

1） 吸附率的計算公式為：

A=×100%

式中：A為吸附率，%；C0為起始濃度，mg/mL；C1為平衡濃度，mg/mL。

2） 解吸率的計算公式為：

D=×100%

式中：D為解吸率，%；C2為解吸后溶液中總酚濃度，mg/mL；V1為吸附溶液體積，mL；V2為解吸溶液體積，mL。

1.3.6 結合酚含量的測定 1） 標準曲線繪制。參考Mary的方法，精確稱取沒食子酸0.1 g，用蒸餾水配制成濃度為1.0 mg/mL的溶液，分別吸取該溶液0，0.3，0.5，1.0，1.2，1.5 mL于10.0 mL刻度試管中，用蒸餾水定容，搖勻。然后從各濃度溶液中吸取0.5 mL加入到10.0 mL離心管中，分別用蒸餾水定容到5.0 mL，再加入0.5 mL福林酚試劑，搖勻，加入0.5 mol/L的碳酸鈉溶液1.0 mL，搖勻。放置1 h，以空白來調零，于725 nm下測定吸光度，平行測定3次。標準曲線回歸方程：y=4.927 0 x-0.021 2，R2=0.999 2。式中：y為待測樣品在725 nm處的吸光度；x為待測樣中多酚的質量濃度，mg/mL。2） 樣品測定。取樣液0.5 mL，參照上述標準曲線制作方法進行測定，通過標準曲線計算其結合酚的濃度。

2 結果與分析

2.1 大孔樹脂的篩選

選取10種大孔樹脂AB-8，HPD-100，HPD-400，HPD-600，HPD-700，D101，ADS-7，S-8，D4020，NKA-9，

進行靜態(tài)吸附和解吸，選取對紫薯結合酚吸附和解吸效果好的大孔樹脂進一步優(yōu)化工藝參數。試驗結果見表1。

由表1可知：大孔樹脂S-8對紫薯結合酚的吸附率最高；ADS-7，HPD-100，D101，HPD-400次之，四者之間無顯著性差異。NKA-9，D-4020對紫薯結合酚的解吸率最高；HPD-100，HPD-700，HPD-400，AB-8次之，四者之間無顯著性差異。綜合吸附率和解吸率，選擇HPD-100對紫薯結合酚進行純化。

2.2 上樣液濃度對樹脂吸附結合酚效果的影響

不同上樣液濃度下樹脂吸附結合酚的效果如圖1所示。

由圖1可以看出：隨著上樣液中結合酚濃度增大，樹脂對結合酚的吸附率呈顯著的升高趨勢?？紤]到結合酚濃縮需要消耗較多熱能，且加熱過程中會造成結合酚的損失，選擇0.25 mg/mL作為結合酚最佳的上樣液濃度。

2.3 上樣液pH值對樹脂吸附結合酚效果的影響

不同上樣液pH值下樹脂吸附結合酚的效果如圖2所示。

由圖2可以看出：樹脂對紫薯結合酚的吸附率在酸性環(huán)境條件下明顯高于中性和堿性環(huán)境，這可能是因為酚類物質在酸性條件下更為穩(wěn)定。在pH值為1.0和3.0條件下，樹脂對紫薯結合酚的吸附率無顯著性差異，從節(jié)省調整pH值所消耗試劑的角度考慮，選擇上樣液的pH值為3.0。

2.4 上樣體積對樹脂吸附結合酚效果的影響

不同上樣體積下樹脂吸附結合酚的效果如圖3所示。

由圖3可以看出：隨著上樣體積增加，樹脂對結合酚的吸附率逐漸降低，當上樣體積為90 mL時，吸附率已經降低到75%以下。選擇上樣體積為80 mL，即3.6 BV。

2.5 乙醇體積分數對樹脂解吸結合酚效果的影響

不同乙醇體積分數下樹脂解吸結合酚的效果如圖4所示。

由圖4可以看出：隨著乙醇體積分數增加，樹脂對結合酚的解吸率逐漸升高，當乙醇體積分數為50%時達到最大；乙醇體積分數繼續(xù)增加，溶劑極性減小，導致對結合酚的解吸效果下降。因此，選擇結合酚的解吸劑濃度為50%。

2.6 解吸劑pH值對樹脂解吸結合酚效果的影響

不同解吸劑pH值下樹脂解吸結合酚的效果如圖5所示。

由圖5可以看出：中性條件下樹脂對結合酚的解吸率最低；在酸性條件和堿性條件下，pH值越大，解吸率越高。這可能是由于弱酸性條件下多酚類物質為分子形態(tài)，有利于其解吸；堿性條件下多酚類物質會帶負電荷，與大孔樹脂的結合力降低，也有利于解吸。酚類物質在酸性條件下比堿性條件更穩(wěn)定，因此選擇解吸劑pH值為5.0。

2.7 解吸劑體積對樹脂解吸結合酚效果的影響

不同解吸劑體積下樹脂解吸結合酚的效果如圖6所示。

由圖6可以看出：用pH值5.0的50%乙醇水溶液以1.0 mL/min的速度對紫薯結合酚進行解吸，當解吸液體積達到150 mL（即6.8 BV）以后，解吸率呈平緩升高趨勢。因此，選擇解吸體積為150 mL，此時解吸率達到81.45%±0.34%。

3 結論

HPD-100大孔樹脂適于對紫薯結合酚進行純化。吸附條件為：上樣液濃度0.25 mg/mL、上樣液pH值3.0、上樣體積80 mL（即3.6 BV），吸附率達到78.08%±0.04%；解吸條件為：解吸劑用體積分數50%的乙醇水溶液（pH值5.0）、解吸體積150 mL（即6.8 BV），解吸率達到81.45%±0.34%。

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