大孔树脂法纯化桃金娘色素的研究

张少敏，赵谋明，陈文芬

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

大孔树脂法纯化桃金娘色素的研究

张少敏，赵谋明*，陈文芬

（华南理工大学轻工与食品学院，广东广州510640）

探讨了9种大孔树脂对桃金娘色素的纯化性能，通过静态、动态吸附和解吸实验，选择了合适的大孔树脂，优化了吸附和解吸条件。研究结果表明，X-5型树脂纯化效果最好，树脂动态饱和吸附率可达94.36%，动态饱和吸附量达到70.12mg/mL湿树脂，色素液纯化后色泽纯正，为紫红色，色价为18.45，较纯化前提高了9倍以上。

桃金娘色素，大孔树脂，吸附，解吸

桃金娘（Rhodomyrtus tomentosa）主要分布于我国南方各省，为桃金娘科药用植物，又称稔子、山稔。桃金娘的果实完全成熟时味甜，略有涩味，汁液呈诱人的紫红色，富含多类营养成分[1-2]，是一种难得的药膳同源新资源，具有较高的开发利用价值。目前对于桃金娘的开发利用主要集中在医药、植物资源、生态学等领域，食品领域中对桃金娘果实在饮料[3-4]方面的研究较多，对其果实中的色素研究主要有钟海雁、贺利民、高永辉[5-7]等对桃金娘色素的提取工艺，性质等做了初步研究，目前大孔树脂对桃金娘色素吸附动力学方面的研究尚未见报道。本文就大孔树脂对桃金娘色素的吸附解吸性能、吸附动力学曲线等进行了研究，旨在为桃金娘色素提取纯化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

全熟的桃金娘果实 采于广东汕尾，装于封口袋，-20℃冻藏保存待用；无水乙醇、乙酸乙酯、甲醇、石油醚、浓盐酸等 均为分析纯；各种大孔树脂 型号、产地、物理性能见表1。

玻璃层析柱 φ1.25×30cm；SHZ-82A恒温振荡器 常州澳华仪器有限公司；GL-21M高速冷冻离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司；pH S-25数显pH计 上海精密仪器有限公司；UV-1800紫外-可见分光光度计 日本岛津公司；UV-2100紫外可见分光光度计 尤尼科（上海）仪器有限责任公司；ALPHA1-4LD plus冷冻干燥机 德国Christ公司。

表1 吸附树脂的物理性能Table 1 Physical property of selected resins

1.2 实验方法

1.2.1 色素提取及工作曲线 将冻藏的桃金娘果实用蒸馏水洗净、沥干、切碎、研磨，再用酸化85%乙醇提取，浸提温度50℃，浸提时间3h，浸提两次，挤压过滤得到粗滤液，8000r/min转速离心20min，抽滤，减压浓缩（＜40℃），用pH3.0的柠檬酸缓冲溶液和酸化80%乙醇（pH3.0）溶液稀释不同倍数，根据比尔定律制作色素在两种溶液中的工作曲线[8]。

1.2.2 桃金娘色素吸收光谱图及色价的测定 将pH3.0的桃金娘色素溶液用紫外-可见分光光度计在400～700nm范围内对色素溶液进行扫描，得到桃金娘色素的吸收光谱图。

色价：精确称取色素浓缩产品0.10g，用pH3.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液稀释，使色素液在最大吸收波长处的吸光值在0.2～0.7之间，用公式=A×r/w计算色价，式中：A-吸光度，w-样品质量（g），r-稀释倍数[9]。

1.2.3 色素的大孔树脂静态吸附与解吸

1.2.3.1 大孔树脂筛选实验 将桃金娘色素膏用pH3.0的缓冲溶液定容，树脂经预处理后，称量9种大孔树脂每份各2.0g于三角瓶中，加入样品液30mL，以A0表示初始516nm处的吸光值，保鲜膜封住，25℃水浴遮光振荡（100r/min），间隔不同时间段，分别吸取上清液于516nm处测吸光度A1，之后重新倒入瓶中继续振荡直至取样结束。以吸附率绘制各种树脂24h内吸附率变化曲线。吸附率[8]：R=（A0-A1）/A0；A0，吸附前所加样品液吸光值，A1，吸附后溶液吸光值。

1.2.3.2 大孔树脂的吸附解吸综合实验 取处理后的树脂2.0g 3份，分别加入30mL色素液（初始浓度为0.334mg/mL），25℃水浴振荡吸附2h（100r/min），过滤，测定色素液的吸光值。用蒸馏水冲洗去表面色素液，沥干，加入酸化80%乙醇15mL振荡洗脱树脂（30min），测定洗脱液吸光值，计算不同树脂的吸附率及解吸率，得率。计算公式如下[10]：

式中：Q1—吸附量，mg·g-1；Co—溶液初始浓度，mg·mL-1；Cr—吸附平衡后的溶液浓度，mg·mL-1；V1—色素溶液体积，mL；W—树脂质量，g；Q2—解吸量，mg·g-1；C2—解吸液浓度，mg·mL-1；V2—解吸液体积，mL；Q—解吸率，%；A—色素得率，%。

1.2.3.3 静态吸附工艺研究

a.温度对吸附的影响：分别称取湿X-5树脂2.0g 3份，加入用pH3.0的缓冲液配制的色素溶液50mL，置于不同温度下（30、40、50℃）恒温振荡吸附，间隔不同时间段取色素上清液测A516nm，绘制吸附动力学曲线[11]。

b.乙醇浓度对解吸的影响：分别取8份吸附色素至饱和的湿树脂各1.0g，放入三角瓶中，加入15mL不同浓度（体积分数为30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%）的乙醇水溶液，25℃水浴振荡30min，充分解吸。将解吸液稀释至乙醇体积分数为30%，测吸光度，折合成相同体积的吸光度。

式中：A1为原体积吸光度；A2为调整乙醇体积后吸光度；V1为调整后样品体积；V0调整前样品体积[12]，计算解吸率。

1.2.4 动态吸附工艺的研究 纯化工艺总体线路：树脂经预处理后，称取一定量乙醇湿法上柱（φ1.25× 30cm），得到的柱高约9cm，柱床体积约11mL，用水冲洗至平衡，上样，用蒸馏水洗脱掉糖、蛋白等黏性杂质，再以酸化80%乙醇洗脱，收集洗脱液，旋转蒸发除去乙醇。

1.2.4.1 色素液浓度对动态吸附的影响 同上，湿法上柱，选择不同的初始浓度料液上柱（初始浓度分别为2.84、4.55、6.04、7.55mg/mL），控制流速均为3mL/min，每5mL一管分部收集，以流出液吸光度为原液的10%时为泄露点，记下吸附时间。

1.2.4.2 上样流速对动态吸附的影响 同上湿法上柱，室温条件下采用恒流泵控制流速，上样流速梯度设为1、3、5、7、10、13mL/min，用5mL试管收集流出液，至流出液A516nm为色素原液的10%时，即认为达到泄漏点[11]。绘制不同流速下的泄漏曲线。

1.2.4.3 洗脱速度对动态解吸的影响 树脂湿法上柱，以一定流速加入定量色素液使吸附饱和，用2BV蒸馏水冲柱，以10BV洗脱剂（酸化80%乙醇）控制不同流速进行洗脱，流速梯度设置为1、3、5、7mL/min，计算不同洗脱流速的解吸率。

1.2.4.4 洗脱剂用量对动态解吸的影响 树脂湿法上柱，以一定流速加入定量色素液使吸附饱和，以80%乙醇（pH3.0）为洗脱剂，洗脱速度控制为1mL/min，洗脱剂用量设置为2、3、4、5、6、7、8、9、10BV，计算不同洗脱剂用量的解吸率。

1.2.5 树脂静态、动态吸附解吸效果的测定 将用pH3.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液配制的桃金娘色素液，取上清液测吸光值确定静态吸附至饱和，浓缩、冷冻干燥，得到紫红色固体，计算色素静态饱和吸附量。

树脂预处理过后，湿法上柱，取桃金娘色素液样以最佳的动态吸附工艺纯化，收集洗脱液至无色，浓缩（＜40℃），冷冻干燥，得到紫红色粉末状固体，计算树脂对色素的动态饱和吸附量。

饱和吸附量=色素重量（mg）/湿树脂体积（g）。

2 结果与分析

2.1 桃金娘色素的吸收光谱、工作曲线及色价测定

图1为桃金娘色素在pH3.0缓冲液和酸化80%溶液乙醇的吸收光谱图。图中可以看出，色素在pH3.0的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液中，可见光处最强吸收峰为516nm，这是花青素的特征吸收峰[9]。在酸化80%溶液乙醇中，可见光处最强吸收峰为525nm，由色素的工作曲线可以看出，色素在两种溶液中吸光值与浓度线性关系较好。纯化前色素的色价测定为2.23。

图1 桃金娘色素的吸收波谱Fig.1 The absorption spectra of R.tomentosa pigment

图2 桃金娘色素的工作曲线Fig.2 The working curve of R.tomentosa pigment

2.2 大孔树脂的筛选实验

图3列出了初始吸光度为0.710的色素溶液经9种大孔树脂吸附达饱和的吸附率，由结果可见X-5、NKA-9、D4006对桃金娘色素的吸附率较高以及色素的吸附能力比较强，其中X-5吸附效果最高，吸附6h后，吸附率可达到93%。故选取X-5、NKA-9和D4006进行吸附解吸综合性能研究。

图3 不同大孔树脂的桃金娘色素的吸附动力学曲线Fig.3 Adsorption kinetics curves of R.tomentosa using different resins

2.3 树脂的吸附、解吸综合性能的比较

通过计算，得到三种树脂对桃金娘色素的静态吸附、解吸综合实验结果见表2。在常温下吸附2h后，X-5树脂的吸附量和吸附率均高于其他2种树脂，分别达到4.578mg/g和91.611%，其解吸量和色素得率均最大，分别达到3.836mg/g和76.630%。因此选用X-5树脂用于纯化桃金娘色素。

表2 大孔树脂对桃金娘色素静态吸附及解吸性Table 2 Macroporous resin static adsorption and desorption property of R.tomentosa pigment

2.4 静态吸附工艺研究

由图4可知，随着温度的上升，在相同的时间内树脂的吸附率显著提高。30℃下吸附5h，树脂的吸附率为86.4%，而50℃下吸附5h，树脂的吸附率为92.3%，饱和吸附量达到10.03mg/g湿树脂。因此，在不影响色素稳定性的条件下提高树脂吸附的温度，可获得较高的吸附率。

洗脱剂具有使大孔树脂溶胀，减弱被吸附物质与树脂之间吸附力的作用，并可溶解被吸附物质，同时考虑到食品生产安全性的要求，本实验使用乙醇作为洗脱剂，由图5可知，随着洗脱剂中乙醇浓度的增大，色素洗脱量也增大，从降低成本的角度确定洗脱剂乙醇浓度为80%。此外，洗脱剂pH在1.0～3.0范围内对解吸亦无明显影响，故洗脱剂定为pH3.0的80%乙醇溶液。

图4 温度对色素吸附的影响Fig.4 Influence of temperature on the desorption property

图5 洗脱剂浓度对色素解吸的影响Fig.5 Influence of eluent concentration on the adsorption property

2.5 动态吸附解吸工艺研究

2.5.1 流速和上样浓度对动态吸附的影响 由图6可知，上样浓度对吸附也有明显影响，在初始吸光值为0.50～1.06即浓度为2.84～6.04mg/mL的范围内，泄露现象不明显，当初始浓度为7.75mg/mL时，泄露得较快。因此，本实验选择上样液吸光值为0.5。在上样流速为3mL/min，上样液吸光值为0.5时，饱和吸附量达到70.12mg/g湿树脂。由图7可知，随着上样液流速加大，从柱中泄露出的色素液吸光值不断加大，树脂的吸附能力下降，不利于吸附。因此，本实验选择流速为3mL/min。

图6 上样浓度对吸附的影响Fig.6 The influence of sample concentration on the adsorption property

2.5.2 洗脱流速和解吸剂浓度对动态解吸的影响 图8为不同洗脱流速对树脂解吸的影响。由图8可见，随着流速的下降，洗脱液的吸光值显著下降，表明洗脱流速低有助于桃金娘色素的解吸。但洗脱流速的降低，将导致洗脱时间的延长。本实验为了确保解吸效果，选择洗脱流速为1mL/min。由图9可知，随着洗脱剂用量的增加，桃金娘色素的解吸率逐渐提高，在洗脱剂用量为6BV达到平衡，解吸率达92%。纯化后色素的色价达到18.45，是纯化前的9倍多。

图7 上样流速对吸附的影响Fig.7 The influence of flow rate on the adsorption property

图8 洗脱流速对树脂解吸的影响Fig.8 The influenceof elution flow rate on desorption

图9 洗脱剂用量对树脂解吸的影响Fig.9 The influence of eluent consumption on desorption

3 结论

3.1 各种大孔树脂由于物理化学性质的差异，对不同物质表现出选择吸附性。静态吸附解吸实验结果证实，非极性的X-5大孔树脂可能易与桃金娘色素形成牢固的氢键，对色素的选择吸附性优于弱极性的AB-8树脂及一些极性树脂等。

3.2 X-5树脂静态饱和吸附量约为10.03mg/g湿树脂。

3.3 X-5树脂动态吸附、解吸工艺参数确定为：上样流速3mL/min，洗脱速度1mL/min，洗脱剂用量6BV，解吸率可达到92%以上。

3.4 X-5树脂用于纯化桃金娘色素，在优化工艺参数下，得到动态饱和吸附量达到70.12mg/g湿树脂，色素液纯化后色价达到原来的9倍多。

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Study on purification of Rhodomyrtus tomentosa pigment by macroporus resin colum chromatography

ZHANG Shao-min，ZHAO Mou-ming*，CHEN Wen-fen
（College of Light Industry and Food，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

The adsorption and desorption performance of nine macroporus adsorbent resin for separation pigments from Rhodomyrtus tomentosa，a suitable resin was chosen and the adsorption and desorption condition were optimized.The results showed that X-5 had higher capacity at pH3.0，which dynamic adsorption rate was 94.36%，and adsorption capacity was 70.12mg/mL resin.The pigment produced by this method was dark purple power，and its color value was 18.45 which was nine times of before.

Rhodomyrtus tomentosa pigment；macroporus resin；adsorption；desorption

TS264.4

B

1002-0306（2012）07-0240-04

2011－04－20 *通讯联系人

张少敏（1987-），女，硕士研究生，研究方向：食品生物技术。

国家863计划重点项目（2007AA100404）；广东省科技计划项目（2008A010900003）。