大孔樹脂分離純化堿蓬中甜菜紅素的研究

范作卿 顧寅鈺 吳昊 郭洪恩 王向譽(yù)

摘要：以新鮮鹽地堿蓬為材料，采用水提法得甜菜紅素提取液，以吸附率、解吸率、吸附量為考察指標(biāo)，分別考察了XAD-7、AB-8、D101三種大孔吸附樹脂對(duì)甜菜紅素的吸附與解吸性能，篩選出AB-8 為最適分離純化鹽地堿蓬中甜菜紅素的大孔樹脂。結(jié)合靜態(tài)與動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，得出AB-8大孔樹脂分離純化甜菜紅素的最佳工藝條件：將新鮮堿蓬與去離子水按質(zhì)量比1∶1打漿過濾，重復(fù)浸提2次，混合甜菜紅素水提液進(jìn)行澄清后，可在室溫下直接上柱吸附，以2 mL/min的上樣流速進(jìn)行吸附，上樣體積為65 mL。吸附飽和后，用乙醇濃度為60%的洗脫液以2 mL/min的速度進(jìn)行洗脫解吸，洗脫液用量165 mL，在此條件下甜菜紅素的得率為?0.85%。

關(guān)鍵詞：大孔樹脂;堿蓬;甜菜紅素;分離純化

中圖分類號(hào)：S574文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2019）01-0138-04

Separation and Purification of Beet Red Pigment

from Suaeda salsa by Macroporous Resin

Fan Zuoqing?Gu Yinyu?Wu Hao?2， Guo Hongen?Wang Xiangyu?1

（1. Sericultural Research Institute of Shandong Province， Yantai 264002， China;

2. College of Food Science and Engineering， Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109， China）

Abstract?The beet red pigment was extracted from fresh Suaeda salsa by water method. The adsorption and desorption properties of three macroporous adsorption resins XAD-7， AB-8 and D101 for beet red pigment were investigated by using adsorption rate， desorption rate and adsorption capacity as indexes. AB-8 was secreened out as the best macroporous resin for the separation and purification of beet red pigment. Combined with static and dynamic tests， the optimum conditions for separation and purification of beet red pigment with AB-8 macroporous resin were obtained. The fresh Suaeda salsa and deionized water were filtered according to the mass ratio of 1∶1 and repeated 2 times. The extract could be adsorbed directly at normal temperature after mixed and clarified with the sample flow rate as 2 mL/min and the sample volume as 65 mL. After the adsorption was saturated， the pigment was eluted at the elution rate of 2 mL/min with 60% alcohol and the eluent volume was 165 mL. Under these conditions， the yield of beet red pigment was 0.85%.

Keywords?Macroporous resin; Suaeda salsa; Beet red pigment; Separation and purification

鹽地堿蓬（?Suaeda salsa?）又名翅堿蓬，俗稱黃須菜，屬藜科堿蓬屬，一年生草本植物[1]，一般生于海濱、荒漠等處的鹽堿荒地上，是一種典型的鹽堿地指示植物[2]，廣泛分布于我國(guó)東北及河北、山東、江蘇等地。研究表明：堿蓬的粗蛋白、粗脂肪和總糖含量較少， 膳食纖維和氨基酸等成分豐富， 是一種符合現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)健康飲食觀念的野生植物[3]。再加上生長(zhǎng)環(huán)境遠(yuǎn)離人煙，較少受到化肥農(nóng)藥的污染，是典型的無(wú)公害綠色蔬菜。生長(zhǎng)在黃河三角洲濱海潮間和洼地的鹽地堿蓬在整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)地上部分都呈紫紅色，高雪對(duì)其葉片中的紅色素進(jìn)行理化性質(zhì)分析后發(fā)現(xiàn)，其為甜菜紅素[4]，色澤鮮艷明亮，是天然的食用色素[5]。大孔吸附樹脂法具有吸附容量大、速度快、選擇性好、再生簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于天然產(chǎn)物的分離純化[6-8]。

本研究以黃河三角洲濱海鹽地堿蓬為原料，使用大孔樹脂對(duì)堿蓬色素進(jìn)行提取純化，確定了最佳吸附及解析條件，為鹽地堿蓬及其色素的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料及主要試劑和儀器

堿蓬，2017年9月采于山東濱州港;大孔吸附樹脂，北京索萊寶科技有限公司;無(wú)水乙醇，分析純，煙臺(tái)三和化學(xué)試劑有限公司;皂土，陜西礦物化工研究所;HR2056攪拌機(jī)，飛利浦公司;H2200R冷凍離心機(jī)，長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;TS-200B恒溫振蕩器，上海天呈實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司;UV-2550紫外分光光度計(jì)，島津公司;FD-1A-50冷凍干燥機(jī)，北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;HL-2恒流泵，上海青浦滬西儀器廠;PHS-3C型酸度計(jì)，上海虹益儀器廠;DB08-B層析柱，無(wú)錫天演生物技術(shù)有限公司。

1.2?試驗(yàn)方法

1.2.1?堿蓬中甜菜紅素的提取?將采集的新鮮堿蓬以去離子水清洗3遍，去除泥沙控凈水分后按質(zhì)量比1∶1加去離子水用攪拌機(jī)打漿三層沙布過濾，重復(fù)浸提2次，收集濾液，以5 000 r/min離心15 min，取上清液，按2 g/L添加澄清皂土，搖勻靜置澄清15 min，再以5 000 r/min離心15 min，取紫紅色上清液即為甜菜紅素提取液。

1.2.2?大孔樹脂的預(yù)處理

選取XAD-7、AB-8、D101三種大孔吸附樹脂，各取適量先以去離子水清洗，去除上層破碎樹脂，濾紙濾凈水分后置于無(wú)水乙醇中浸泡24 h，再以去離子水反復(fù)沖洗至無(wú)醇味后以濾紙濾凈水分備用。

1.2.3?大孔樹脂的靜態(tài)吸附、解吸試驗(yàn)?（1）大孔樹脂的篩選：分別稱取XAD-7、AB-8、D101三種大孔吸附樹脂3 g 于三只錐形瓶中，分別加入20 mL甜菜紅素提取液，置于振蕩器中在室溫避光條件下振蕩吸附24 h，振蕩轉(zhuǎn)速120 r/min，吸附完成后于538 nm[9]下測(cè)定上清液的吸光度A?2?（吸附前甜菜紅素提取液的吸光度值為A?1?）。

將吸附飽和的各型號(hào)樹脂以濾紙過濾，分別轉(zhuǎn)移至錐形瓶中，各加入60%的乙醇20 mL，置于振蕩器中在室溫避光條件下振蕩解吸24 h，振蕩轉(zhuǎn)速120 r/min，解吸完成后于538 nm下測(cè)定上清液的吸光度A3。按下式分別計(jì)算吸附率、吸附量及解吸率。

E=（A?1?-A?2?）/A?1?×100?;

G=（A?1?-A?2?）×V?;

D=A?3?/（A?1?-A?2?）×100?。

式中，E：吸附率，%;G：吸附量;D：解吸率，%;V：吸附前甜菜紅素提取液的體積。

（2）靜態(tài)吸附曲線：稱取篩選出的大孔樹脂10 g，加入60 mL甜菜紅素提取液，置于振蕩器中在室溫避光條件下振蕩吸附，振蕩轉(zhuǎn)速120r/min，?每隔0.5 h測(cè)定一次色素溶液的吸光度值，繪制靜態(tài)吸附曲線。

（3）靜態(tài)洗脫曲線：稱取吸附飽和的大孔樹脂10 g，加入60%乙醇60 mL，置于振蕩器中在室溫避光條件下振蕩解吸24 h，振蕩轉(zhuǎn)速120r/min，?每隔0.5 h測(cè)定一次洗脫溶液的吸光度值，繪制靜態(tài)洗脫曲線。

（4）提取液濃度對(duì)吸附效果的影響：分別稱取5份篩選出的大孔樹脂置于錐形瓶中，每份?2.5 g，?分別加入濃度為20%、40%、60%、80%、100%堿蓬甜菜紅素提取液，置于振蕩器中在室溫避光條件下振蕩吸附，振蕩轉(zhuǎn)速120 r/min，5 h后取上清液測(cè)定吸光度值，計(jì)算吸附率及吸附量。

（5）洗脫液濃度對(duì)洗脫效果的影響：分別稱取6份吸附飽和的大孔樹脂置于錐形瓶中，每份3 g，分別加入濃度為20%、40%、60%、80%、90%、100%乙醇10 mL，置于振蕩器中在室溫避光條件下振蕩洗脫，振蕩轉(zhuǎn)速120 r/min，5 h后取上清液測(cè)定吸光度值，計(jì)算解吸率。

1.2.4?大孔樹脂的動(dòng)態(tài)吸附、解吸試驗(yàn)?（1）上樣流速對(duì)甜菜紅素吸附效果的影響：稱取75 g篩選出的大孔樹脂裝柱，將甜菜紅素提取液分別以1、2、3 mL/min的流速上柱進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)，每5 mL收集一次流出液并測(cè)定其吸光度值，當(dāng)流出液吸光度值達(dá)到原提取液的10%時(shí)為吸附的泄露點(diǎn)，以流出液體積對(duì)吸光度值作圖。

（2）洗脫液流速對(duì)甜菜紅素洗脫效果的影響：稱取75 g吸附飽和的樹脂裝柱，用60%乙醇流動(dòng)洗脫，分別控制流速為1、2、3 mL/min，每5 mL收集一次流出液并測(cè)定其吸光度值，以流出洗脫液體積對(duì)吸光度值作圖。

1.2.5?甜菜紅素的制備?稱取一定量的新鮮堿蓬，在上述最佳分離純化條件下進(jìn)行吸附、洗脫，收集洗脫液，置于70℃水浴鍋中進(jìn)行濃縮，再經(jīng)冷凍干燥制得粉末狀甜菜紅素，計(jì)算甜菜紅素得率。

D=m?1?/m?2?×100?。

式中，D：甜菜紅素得率，%;m?1?：所得甜菜紅素的質(zhì)量，g;m?2?：所用堿蓬質(zhì)量，g。

2?結(jié)果與分析

2.1?大孔樹脂的篩選

由圖1可以看出，鹽地堿蓬中甜菜紅素經(jīng)三種類型樹脂24 h振蕩吸附后，弱極性樹脂AB-8的吸附率、吸附量及解吸率顯著高于極性樹脂XAD-7，稍優(yōu)于非極性樹脂D101，吸附率及解吸率可達(dá)84.8%和64.1%，說明AB-8樹脂更適于鹽地堿蓬中甜菜紅素的分離純化。

2.2?靜態(tài)吸附、洗脫曲線

由圖2可以看出，1.5 h之內(nèi)，提取液的吸光度值隨時(shí)間延長(zhǎng)而迅速降低，在2 h時(shí)基本趨于平衡，可見樹脂AB-8對(duì)甜菜紅素的吸附能力速度快，穩(wěn)定性高，吸附時(shí)間以2 h為宜。以60%乙醇對(duì)樹脂中的甜菜紅素進(jìn)行振蕩洗脫，1 h后洗脫液的吸光度值便趨于穩(wěn)定，說明洗脫過程達(dá)到平衡，因此，從AB-8樹脂上用乙醇對(duì)甜菜紅素的洗脫時(shí)間以1 h為宜。

2.3?提取液濃度對(duì)吸附效果的影響

由圖3可以看出，隨提取液濃度增大，樹脂AB-8對(duì)甜菜紅素的吸附率及吸附量都呈顯著增加趨勢(shì)，說明提取液的濃度越大，樹脂AB-8對(duì)甜菜紅素的吸附率越高，因此可對(duì)甜菜紅素提取液澄清后直接進(jìn)行吸附分離，以達(dá)到最高的吸附率。

2.4?乙醇濃度對(duì)洗脫效果的影響

由圖4可以看出，洗脫液中乙醇濃度對(duì)甜菜紅素的洗脫效果影響較大，由于乙醇濃度不同改變了洗脫液的極性，乙醇濃度由低到高解吸率呈先增大后降低的趨勢(shì)， 在乙醇濃度為60%時(shí)洗脫效果最好。

2.5?上樣流速對(duì)甜菜紅素吸附效果的影響

由圖5可以看出，1 mL/min上樣流速洗脫液的吸光度值最小，說明以1 mL/min的上樣流速，大孔樹脂對(duì)甜菜紅素的吸附效果最徹底，但時(shí)間最長(zhǎng)、效率最低。2 mL/min與3 mL/min的上樣流速在各時(shí)間段流出液的吸光度值非常接近。由于上樣流速的確定一般通過吸附泄露點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)判斷[10]，3 mL/min的上樣流速吸附的泄露點(diǎn)出現(xiàn)在50 mL流出時(shí)間點(diǎn)上，而2 mL/min的上樣流速吸附的泄露點(diǎn)出現(xiàn)在65 mL流出時(shí)間點(diǎn)上，所以綜合吸附效率與吸附效果，以2 mL/min的上樣流速進(jìn)行吸附比較利于堿蓬中甜菜紅素的分離純化。

2.6?洗脫液流速對(duì)甜菜紅素洗脫效果的影響

由圖6可以看出，用60%乙醇對(duì)甜菜紅素吸附飽和的樹脂進(jìn)行流動(dòng)洗脫效果比較徹底， 2 mL/min的洗脫流速出峰時(shí)間較早，且收尾比較平緩集中，1 mL/min及3 mL/min在105 mL至155 mL洗脫范圍內(nèi)都有明顯起伏，說明較快和較慢的洗脫速度都不利于甜菜紅素的集中洗脫，因此，以?2 mL/min?的洗脫速度為最佳，洗脫體積為165 mL。

2.7?甜菜紅素的得率

利用以上最佳吸附、解吸條件，通過AB-8大孔樹脂從新鮮鹽地堿蓬中分離純化甜菜紅素的得率為0.85%，產(chǎn)品呈紫紅色，易溶于水，色澤艷麗。

3?結(jié)論

對(duì)弱極性樹脂AB-8、極性樹脂XAD-7、非極性樹脂D101三種不同類型樹脂的吸附率、吸附量及解吸率的分析研究表明，弱極性樹脂AB-8對(duì)鹽地堿蓬中甜菜紅素的分離純化效果最好。將新鮮堿蓬與去離子水按質(zhì)量比1∶1打漿過濾，重復(fù)浸提2次，混合甜菜紅素水提液進(jìn)行澄清后，可在室溫下直接上柱吸附，上樣流速2 mL/min，上樣體積為65 mL。吸附飽和后，用乙醇濃度為60%的洗脫液以2mL/min的速度進(jìn)行洗脫解吸，洗脫液用量165 mL，在此條件下甜菜紅素的得率為0.85%。

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