NKA大孔树脂对紫甘薯花色苷动态吸附的研究

区子弁，王丽娟，王琴，*，温其标

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州510225；2.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

NKA大孔树脂对紫甘薯花色苷动态吸附的研究

区子弁1，王丽娟2，王琴1，*，温其标2

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广东广州510225；2.华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

以紫甘薯为原料，研究大孔树脂对紫甘薯花色苷的吸附特性，优化紫甘薯花色苷的动态吸附条件。通过AB-8、NKA、NKA-Ⅱ、NKA-94种大孔树脂对紫甘薯花色苷吸附效果的比较，选用NKA大孔树脂研究其对紫甘薯花色苷的动态吸附情况。紫甘薯花色苷在NKA树脂上的最佳吸附解吸条件为：吸附流速为2 mL/min，上样液浓度16 mg/L，用15倍柱床体积的60%(体积分数)酸性乙醇(pH3.0)作为洗脱液，洗脱流速为1.5 mL/min。

大孔树脂；紫甘薯花色苷；动态吸附

Abstract：Adsorptive characteristics of purple sweet potato anthocyanin and its dynamic adsorption effects are researched used purple sweet potato as raw material.Four kinds of macroporous resin used in purple sweet potato pigments purification are investigated.It is indicated that NKA is a preferable macroporous resin.Dynamic adsorption and desorption of anthocyanins of purple sweet potato with NKA is studied.The results show that adsorption flow rate is 2 mL/min,anthocyanins concentration of sample solution is 16 mg/L,the elution solvent is 15 BV（bed volume）of 60%（v/v）acidified－ethanol（pH3.0）,desorption flow rate is 1.5 mL/min.

Key words:macroporous resin;purple sweet potato anthocyanin;dynamic adsorption

紫甘薯（Ipomoea batatas Poir），又名黑红薯,薯皮紫黑色,肉紫红色，富含紫甘薯花色苷色素、胡萝卜素、黏液蛋白等营养物质。紫甘薯中主要的花色苷为芳香族有机酸酰化的花色苷[1-3]。花色苷(anthocyanin)是一类羟基和甲基化的2-苯基苯并吡喃阳离子（花色素，anthocyanidin)与一个或者多个糖分子通过糖苷键结合而成的化合物[4]，具有抗氧化、抗肿瘤、抗衰老和降低血糖等功效[5-6]。目前国内花色苷色素的纯化主要用大孔树脂法，大孔树脂已广泛应用于天然色素的提取、分离、纯化工作中[7]。与传统纯化工艺比较，大孔树脂吸附层析法具有工艺简单、生产成本低、再生方便，所得提取物纯度高，不吸潮等优点。采用大孔树脂纯化紫甘薯花色苷的研究已有报道[8-9]，但此类研究主要局限在大孔树脂静态吸附条件的选择上，而对树脂动态吸附的研究报道较少。本文以紫甘薯为原料，通过微波辅助提取法的紫甘薯花色苷为样品，研究大孔树脂对紫甘薯花色苷的吸附特性，优化紫甘薯花色苷的动态吸附条件。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂和仪器

选择紫甘薯品种为紫A1：购买于华南理工大学综合楼菜市场；柠檬酸、乙醇、磷酸氢二钠等均为分析纯；AB-8型、NKA型、NKA-Ⅱ型、NKA-9型大孔树脂：南开大学化工厂。

JY92-Ⅱ型超声波细胞粉碎机：宁波新芝科器研究所；NN-V698JS型National微波炉：松下电器产业株式会社；HH-2数显恒温水浴锅：江苏金坛市宏华仪器厂；TU6型紫外-可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；pHS-25型酸度计：上海虹益仪器仪表有限公司；RE-52A旋转蒸发器、SHZ-ⅢD型循环水真空泵：上海亚荣生化仪器厂；Z型层析柱Ф1 cm×20 cm：上海精科实业有限公司；电子天平：湘西衡器公司。

1.2 方法

1.2.1 紫甘薯花色苷粗提物的制备

用微波辅助提取法提取紫甘薯花色苷，条件为功率 900 W，提取时间 2 min，料液比 1∶70(g/mL)，pH2.5，得到紫红色的粗提液。

1.2.2 大孔树脂的选择

分别称取1 g经预处理过的AB-8、NKA、NKA-Ⅱ、NKA-9四种类型的大孔树脂与50 mL具塞三角烧瓶中，加入 30 mL 色素溶液（A529＝0.800），30 ℃恒温水浴振荡，每隔10 min取样，比较色素溶液在吸附前后吸光度值的变化，吸附率即为（A0-At)/A0×100%，其中A0为初始溶液吸光度值，At为t时刻溶液的吸光度值。

1.2.3 不同吸附流速对大孔树脂吸附效果的比较

称取一定质量预处理的大孔树脂，装入直径1 cm、长20 cm的层析柱中，使大孔树脂高度为12 cm，用pH3.0的磷酸-柠檬酸缓冲溶液稀释花色苷粗提液，测定其吸光度A0，然后使一定量的(150 mL)稀释粗提液流经树脂柱，分别采用 0.5、1.0、1.5、2.0 mL/min 的流速，待样品液全部通过树脂柱后，测定流出液的吸光值A1，通过(A0-At)/A0×100%计算吸附率。

1.2.4 不同色素浓度对大孔树脂吸附效果的比较

称取一定质量预处理的大孔树脂，装入直径1 cm、长20 cm的层析柱中，使大孔树脂高度为12 cm，将花色苷粗提液稀释成不同浓度，分别测定上样液的吸光度值A0，然后使一定量的花色苷色素溶液150 mL通过树脂柱，流速为1 mL/min，待样品液全部通过树脂柱后，测定流出液的吸光度值A1，计算吸附率。

1.2.5 泄露曲线的测定

称取一定质量预处理的大孔树脂，装入直径1 cm、长20 cm的层析柱中，使大孔树脂高度为12 cm，以上述试验确定的吸附流速和花色苷浓度进行动态吸附，流出液用接收器接收，每10 mL收集一次流分，测定其吸光度值。当流出液的吸光值达到上样液的吸光值的1/10时，认为已经有花色苷类物质透过，停止上样，绘制泄露曲线。

1.2.6 不同乙醇浓度对大孔树脂解吸效果的比较

称取一定质量的吸附饱和NKA大孔树脂，装入直径1 cm、长20 cm的层析柱中，使大孔树脂高度为12 cm，然后分别用浓度为20%（体积分数，以下同）、40%、60%、80%的酸性乙醇溶液 (pH3.0，以下同)洗脱，乙醇体积为100 mL，流速为1 mL/min，取一定量的洗脱液用pH3.0的磷酸-柠檬酸缓冲溶液定容后，测定吸光度值，以吸光度值表示乙醇洗脱花色苷的量。

1.2.7 不同解吸流速对大孔树脂解吸效果的比较

称取一定质量的吸附至饱和的NKA大孔树脂，装入直径1 cm、长20 cm的层析柱中，使大孔树脂高度为12 cm，再用100 mL 60%的酸化乙醇洗脱，分别控制不同的流速（0.5、1.0、1.5、2.0 mL/min），取一定量的洗脱液，定容后测定吸光度值，以吸光值表示乙醇洗脱花色苷的量。

1.2.8 洗脱曲线的测定

称取一定质量预处理的树脂，用一定浓度的花色苷溶液使其吸附饱和，用蒸馏水洗脱除去水溶性杂质，装入直径1 cm、长20 cm的层析柱中，使大孔树脂高度为12 cm，然后用60%的酸化乙醇洗脱，洗脱流速为1 mL/min，每10 mL收集一次流分，测定其吸光值。根据花色苷在60%酸化乙醇溶液中的工作曲线计算流出液中花色苷含量，绘制洗脱曲线。

2 结果与分析

2.1 大孔树脂的筛选

大孔树脂的筛选结果如图1所示。

由图1可以看出，NKA-Ⅱ的吸附率最低，但随着吸附时间的延长，吸附率一直增大，即NKA-Ⅱ达到吸附平衡所需时间较长；而AB-8、NKA-9、NKA达到吸附平衡的时间都在40 min左右，NKA的吸附率最大，为88.89%。因此，本文后续试验均选用NKA大孔树脂研究其对紫甘薯花色苷的动态吸附与解吸情况。

2.2 吸附流速对大孔树脂吸附效果的影响

吸附流速对大孔树脂吸附效果的影响如图2所示。

从图2可以看出，随着吸附流速的增加，树脂对紫甘薯花色苷的吸附性能下降。当流速＞2 mL/min时，树脂的吸附率明显下降，而在流速<2 mL/min时，虽然树脂的吸附率也较高，但是导致试验的循环周期延长，所以将吸附流速控制为2 mL/min。

2.3 上样浓度对大孔树脂吸附效果的影响

上样浓度对大孔树脂吸附效果的影响见图3。

由图3得，在上样浓度为20 mg/L前，随着上样溶液浓度的增加，树脂的吸附率开始没有明显变化，在上样浓度达到20 mg/L后，随着浓度的继续增大，吸附效率明显下降，说明大孔树脂对紫甘薯花色苷的吸附已达到饱和。从充分利用树脂和节约紫甘薯花色苷两方面考虑，NKA型大孔树脂的上样浓度为16 mg/L。

2.4 泄露曲线的测定

吸附泄露曲线见图4。由图4可以看出，随着上样体积的增加，流出液中花色苷色素的含量增加，即树脂对花色苷的吸附效果随上样体积的增加而下降。当流出液中花色苷吸光度达到上样液花色苷色素的吸光值的1/10时，认为已经出现泄露，此时上样液体积达到200 mL。

2.5 乙醇浓度对解吸效果的影响

乙醇浓度对解吸效果的影响如图5所示。

由图5可以看出，在一定范围内，随着乙醇浓度增加，紫甘薯花色苷的吸光值也随之增加，当乙醇的浓度达到60%时，花色苷色素的吸光值也达到最大，再增加乙醇浓度，花色苷吸光值的变化并不显著。因此，从经济角度考虑，选用60%的酸性乙醇进行洗脱。

2.6 解吸流速对解吸效果的影响

流速对解吸效果的影响见图6。

从图6可得，随着解吸流速的增加，树脂对花色苷色素的解吸性能呈下降趋势，说明流速增加不利于树脂对花色苷的解吸，可能是若流速过快，洗脱剂不能与被吸附的花色苷充分作用而将其从树脂上洗脱出来。但若流速过低，将导致整个生产周期的延长，本试验选择1.5 mL/min。

2.7 解吸曲线的测定

解吸曲线如图7所示。

由图7可以看出，采用体积分数为60%的酸性乙醇，能够较好的解吸被树脂吸附的花色苷。当达到洗脱高峰时，40 mL洗脱液洗脱出占总量67.28%的花色苷；洗脱液用去80 mL时，洗脱出占总量98.16%的花色苷，洗脱液用去90 mL时，洗脱出占总量99.11%的花色苷；因此，90 mL洗脱液基本上可以将花色苷洗脱下来。

3 结论

比较 AB-8、NKA、NKA-Ⅱ、NKA-9 对紫甘薯花色苷的吸附效果，研究表明经用微波辅助法提取紫甘薯花色苷，所得的粗提取液经NKA大孔树脂过柱纯化，吸附效果最好。紫甘薯花色苷在NKA树脂上的最佳吸附解吸条件为：吸附流速为2 mL/min，上样液浓度16 mg/L，用15倍柱床体积的60%酸性乙醇作为洗脱液，洗脱流速为1.5 mL/min。纯化后的紫花色苷液再经蒸发浓缩、冷冻干燥即得紫红色粉末状紫甘薯花色苷。

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Research on Dynamic Adsorption of Purple Sweet Potato Anthocyanins by NKA Macroporous Resin

OU Zi-bian1,WANG Li-juan2,WANG Qin1，*,WEN Qi-biao2
（1.College of Light Industry and Food，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，Guangdong,China；2.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong,China）

2009-08-11

广东省科技攻关项目（2006B20401019）

区子弁（1985—），男（汉），硕士研究生，研究方向：天然活性物质提取与纯化。

*通讯作者：王琴，副教授，博士，主要从事天然活性物质研究与开发。