AB－8大孔树脂对黑米花色苷的吸附性能研究

陆海莲，吴 春，刘 宁

(哈尔滨商业大学食品工程学院，哈尔滨150076)

黑米被认为是稻米中的珍品，又称乌米，是禾本科植物，黑米素有“神仙米”、“药米”、“长寿米”之称，是民间滋补佳品.已有研究表明，黑米具有抗氧化、消除自由基、抗炎、抗变异、抗肿瘤、提高免疫力等功能，这些保健功能与其种皮含有丰富的花色苷类物质有很大关系[1－2].花色苷是一种黄酮类的化合物，也是黑米呈现黑色的主要原因.同时黑米花色苷作为一种天然食用色素，安全、无毒、无异味、色彩鲜艳、资源丰富，在食品、医药、化妆品等方面有着较大的应用潜力[3－5].在黑米中提取黑米花色苷时往往有较多的杂质，很难进行鉴定，对其进行分离提纯是非常重要的.目前国内外对黑米花色苷的纯化广泛采用大孔吸附树脂法，具有操作简便、性质稳定、成本低、效率高、容易再生等优点[6－7].本试验以膳食黑米为原料，利用 AB －8 大孔树脂进行分离纯化，研究其纯化最佳条件，旨在为工业化分离纯化黑米花色苷提供理论依据与技术支持.

1 材料与方法

1.1 原料、试剂与仪器

材料:黑米，市售(黑龙江省五常市)，AB－8型大孔树脂(天津市光复精细化工研究所)

试剂:36% ～38%盐酸、无水乙醇、氢氧化钠、石油醚等(均为国产分析纯).

仪器设备:DFY－500型高速万能粉碎机(温岭市林大机械有限公司)、FA2004N电子天平(上海精密科学仪器有限公司)、pHS－25型酸度计(上海伟业仪器厂)、KQ3200DE型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)、LD－2A型离心机(北京医用离心机厂)、721E型可见分光光度计(上海光谱仪器有限公司)、SHZ－A水浴振荡器(上海申胜生物技术有限公司)、SHB－III型循环水式多用真空泵(郑州长城科贸有限公司)、R－205旋转蒸发仪(上海申胜生物技术有限公司)、FDU－1200型真空冷冻干燥箱(东京RIKAKIKAI有限公司)

1.2 试验方法

1.2.1 黑米花色苷粗提液的制备

黑米粉碎后，过60目筛，得到黑米粉.称取一定量的黑米粉，在超声波辅助的情况下，用pH值约为2的80%的乙醇提取剂按料液比为1∶10、60℃超声20 min后，过滤浸提液，用等体积的石油醚萃取3次，下层粗提掖合并得到脱脂粗提液.将粗提液减压浓缩除去乙醇，真空冷冻干燥后，得到黑米花色苷粗提物粉末.

1.2.2 黑米花色苷得率和总花色苷质量比的计算

粗提物得率按下式计算:

纯化后花色苷的得率为:

黑米花色苷质量比的测定:

准确称取一定量的花色苷提取物于100 mL容量瓶中定容，在分光光度计上测定530 nm处的吸光度，按公式(3)计算花色苷质量比[8]:其中:V为花色苷溶液定容体积mL;N为稀释倍数;98.2为花色苷色素在530 nm处的平均消光系数;W为提取物重(g).

1.3 黑米花色苷粗提物的纯化

1.3.1 大孔树脂的预处理

取一定量的AB－8大孔树脂，用95%的乙醇浸泡24 h，然后用蒸馏水洗至洗出液无色、无混浊且无醇为止.

1.3.2 大孔树脂对黑米花色苷的静态吸附—解吸试验1)大孔树脂吸附率和解吸率的测定树脂吸附率和解吸率的计算如下:

其中:A0为提取液在最大吸收波长(530 nm)处的吸光值，A1为大孔树脂充分吸附后溶液的吸光度值;A2为吸附花色苷后的树脂用乙醇洗脱后的溶液吸光度值.

2)吸附平衡时间的确定

取已预处理好的树脂1.0 g，加入黑米花色苷提取液25 mL，调pH值约为2.0，封口置恒温振荡器上于30℃、150 r/min振荡，每隔0.5h测溶液的吸光度值，直到数值稳定.

3)解吸平衡时间的确定

取吸附饱和的树脂1.0 g，加入60%乙醇溶液25 mL，每隔0.5 h测溶液的吸光度值，直到数值稳定.

4)黑米花色苷溶液pH值对吸附效果的影响

准确称取1.0 g预处理过的大孔树脂，加入25 mL 黑米花色苷溶液，调 pH 值 1.0、2.0、3.0、4.0、5.0后，计算吸附率.

5)不同洗脱剂体积分数对解吸效果的影响

称取1.0 g吸附饱和的AB－8树脂5份，分别用20%、40%、60%、80%、95% 的乙醇溶液进行洗脱，计算不同体积分数乙醇溶液对黑米花色苷的解吸率.

1.3.3 大孔树脂动态吸附特性的研究

1)上样液质量浓度对吸附效果的影响

配制质量浓度为 0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5 mg/mL的黑米花色苷溶液，分别通过树脂柱，计算吸附率.

2)上样液流速对吸附效果的影响

改变黑米花色苷溶液流速，分别为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL/min，计算吸附率.

3)洗脱流速对解吸效果的影响

洗脱剂乙醇分别用 0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL/min的流速，通过吸附饱和的树脂柱，计算解吸率.

2 结果与讨论

2.1 大孔树脂对黑米花色苷静态吸附性能的研究

2.1.1 吸附平衡时间的确定

由图1可以看出，随着时间的增加，大孔树脂对黑米花色苷的吸附率增大，当时间为4 h时，吸附率基本无变化，说明大孔树脂已经吸附饱和，所以本实验确定最佳吸附时间为4 h.

图1 吸附平衡时间的确定

2.1.2 解吸平衡时间的确定

由图2可以看出，随着时间的增加，解吸率增大，当时间为1.5 h时，解吸率基本保持不变，说明已经充分洗脱，从时间的角度考虑，本实验最终确定解吸时间为1.5 h.

图2 解吸平衡时间的确定

2.1.3 吸附液pH值的确定

花色苷为黄酮类化合物，具有一定的极性和酸性，所以吸附液pH值对花色苷类化合物的吸附率会有一定影响.由图3可知，当吸附液pH值偏大时，吸附率反而降低，这是因为当pH较大时，黑米花色苷因离子化趋势而不易被吸附，因此选择吸附液pH值为2.0.

图3 吸附液pH值对吸附效果的影响

2.1.4 洗脱剂体积分数的确定

由图4可以看出随着乙醇体积分数的增加，解吸率增大，当乙醇体积分数为60%时，基本可以达到充分解吸，继续增大乙醇体积分数时，解吸率并没有明显增大，所以从节省原料的角度考虑，本实验选择洗脱剂乙醇体积分数为60%.

图4 洗脱剂体积分数对解吸效果的影响

2.2 大孔树脂动态吸附性能的研究

2.2.1 上样液质量浓度的确定

由于花色苷在水中溶解度比较小，所以本实验选择较小的上样液质量浓度，由图5可以看出，随着上样液质量浓度的增大，大孔树脂对花色苷的吸附率呈现先增后降的趋势，这是因为随着花色苷溶液质量浓度的增大，树脂的吸附能力有限并不能将其吸附完全，因此上样液质量浓度选择0.5 mg/mL.

图5 上样液质量浓度对吸附效果的影响

2.2.2 上样液流速的确定

由图6可以看出，随着流速的增加，大孔树脂对花色苷吸附率明显下降，原因是吸附是一个动态平衡的过程，在相同的吸附条件下流速加快必然使吸附的时间减少，流速过快花色苷来不及扩散到树脂的内表面而未吸附，导致吸附率降低，即高流速不利于大孔树脂对花色苷的吸附，流速过低影响试验周期，因此选择1.0 mL/min为最佳上样液流速.

图6 上样液流速对吸附效果的影响

2.2.3 洗脱流速的确定

由图7可以看出，高流速不利于洗脱剂对大孔树脂的解吸，原因是洗脱剂不能与被吸附的花色苷充分作用，进而不能将花色苷从树脂上洗脱下来，本实验选择1.0 mL/min为最佳洗脱流速.

图7 洗脱流速对解吸效果的影响

2.3 黑米花色苷得率及质量比的计算结果

按公式(1)、(2)计算黑米花色苷得率和质量比结果见表1.

表1 黑米花色苷的得率及质量比

3 结语

由静态和动态试验结果可知，AB－8型大孔树脂具有良好的吸附能力，静态试验:当时间为4 h时能完全吸附，当时间为1.5 h、60%乙醇洗脱剂就能将其充分解吸，吸附液pH值为2.0时吸附效果比较好;动态试验:上样液质量浓度为0.5 mg/mL、上样液流速为1.0 mL/min时，解吸流速控制在1.0 mL/min，从时间周期和吸附效果来说比较好.用AB－8型大孔树脂纯化花色苷质量比由原来的16.90 mg/g提高到131.77 mg/g，由此可知 AB －8型大孔树脂对黑米花色苷的纯化效果还是比较理想的.

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