大孔吸附树脂在植物多酚分离纯化中的应用现状

马　乐，韩军歧，张润光，王小纪，张卫民，杨红军，张有林，*

（1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710119；2.西安市林业技术推广中心，陕西西安710061）

大孔吸附树脂在植物多酚分离纯化中的应用现状

马乐1，韩军歧1，张润光1，王小纪2，张卫民2，杨红军2，张有林1，*

（1.陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710119；2.西安市林业技术推广中心，陕西西安710061）

本文综述了植物多酚特有的化学结构、生物活性及其分离纯化的常见方法，比较了各种方法的优缺点，结果表明大孔吸附树脂法在分离纯化多酚中具有独特的优势；进而重点阐述了大孔吸附树脂的特性、分离原理、吸附机理和解析作用，以及国内外应用大孔树脂分离纯化多酚方面的研究进展，并对其应用前景进行了展望。

植物多酚，分离纯化，大孔吸附树脂，应用前景

近年来，随着生活水平的提高，人们对保健食品的需求与日俱增。植物中含有大量的多酚类物质，这些物质具有抗肿瘤、抗氧化、抗辐射、抗高血糖、降血脂等多种生理功能，是保健食品的重要原料，通过分离纯化能够从植物中获取多酚类物质。然而传统的分离纯化方法如沉淀分离法、溶剂萃取法等，存在纯度低或成本高等缺点，大孔吸附树脂法能够弥补这些缺点，它工艺简单、操作方便、成本低廉，在食品、药品、化妆品行业有着广泛的应用前景。本文对植物多酚的主要结构、提取方法以及大孔树脂分离纯化植物多酚的研究进展、发展前景等方面进行了综合论述。

1　植物多酚

植物多酚（plant polyphenols），又称植物单宁或鞣质（tannins），是一类广泛存在于植物体内的多元酚类化合物［1］。植物多酚的含量仅次于纤维素、半纤维素和木质素，广泛存在于水果、蔬菜等植物中［2-4］。

1.1植物多酚的分子结构

植物多酚是一类复杂的化合物，从结构上讲，它是以苯酚为基本骨架，以苯环的多羟基取代为特征，包含有从分子量较小的简单酚类到分子量大至数千道尔顿的聚合单宁类。大多数植物多酚以复杂的形式存在，按照化学结构特征，Frendenbeerg将其分为水解单宁和缩合单宁两大类。水解单宁主要为聚棓酸酯类多酚，即为棓酸及其衍生物和多元醇，以酯键连接形成。缩合单宁以聚黄烷醇类多酚或原花色素为主，即为羟基黄烷醇类单体的组合物，单体间以CC键连接［5］。按照分子结构，植物多酚可分为类黄酮类、酚酸类、1，2-二苯乙烯类及木脂素类［6］。

1.2植物多酚的生物活性

由于植物多酚独特的功能结构，使其具有特殊的化学性质，据研究报道，植物中的多酚类化合物有很强的清除自由基能力，能够预防多种自由基导致的相关疾病［7-9］，如类黄酮能阻止活性氧引起生物大分子的氧化损伤，对自由基诱发的生物大分子损伤起到保护作用［10］；酚酸类具有抗爱滋病的作用，其作用机制与抑制T细胞中HIV-1糖蛋白120和CD4分子的结合有关［11］；1，2-二苯乙烯类以白藜芦醇最常见，它能抑制TNF-α前体信使RNA（pre-mRNA）的剪接，使其具有抗炎［12］等生理功能；这些活性成分在预防和治疗癌症方面也有着显著功效［13］。

目前，植物多酚在药物、食品、保健品、化妆品、日用化工以及制革等领域发挥着至关重要的作用，随着对天然产物的广泛利用，植物多酚类化合物成为研究与开发的热点。

表1　多酚含量较高的几种常见果蔬Table 1　Several kinds of common fruits and vegetables are higher polyphenols content

2　植物多酚的分离纯化

常见的植物多酚类化合物分离纯化方法有溶剂萃取法、沉淀分离法、膜分离法、超临界流体萃取法、层析分离法等，下面介绍几种主要的方法。

2.1溶剂萃取法

溶剂萃取法是目前应用最为广泛的植物多酚分离方法，其原理是利用溶质在两种液体中溶解性不同来实现混合物的分离提纯。Devanand等［14］利用不同溶剂和方法提取大豆异黄酮，采用加压溶剂萃取法能显著提高异黄酮的含量。

2.2沉淀分离法

沉淀分离法是利用溶质和溶剂之间溶解性及相态变化的原理，通过添加沉淀剂改变溶质和溶剂的能量平衡，使溶质由液相变成固相而沉淀析出［15］。戴群晶［16］用硫酸锌沉淀纯化茶末和废茶枝叶的水提物，用乙酸乙酯萃取酸溶沉淀物，得到了纯度大于95%的茶多酚。

2.3膜分离法

膜分离法是一种以外界压力差为动力，对酚类提取物进行分离、分级、提纯和浓缩的方法［17］。Li P等［18］使用醋酸纤维素钛复合超滤膜与吸附树脂的联合作用成功提取了绿茶中的茶多酚。

2.4超临界流体萃取法

超临界流体萃取技术是近年来发展起来的一种利用超临界流体（CO2等）特性进行高效萃取的技术［19］。刘杰超等［20］采用超临界CO2萃取枣核中的多酚物质，获得到了最佳提取工艺参数。

2.5层析分离法

层析分离是利用混合物中各组分在固相（吸附剂）和液相（洗脱剂）中具有不同吸附力进行分离纯化的，洗脱与否取决于被分离物与吸附剂表面的活性基团以及被分离物与洗脱剂之间的分子作用［21］。根据固定相的不同，层析分离可分为以下几种：

2.5.1聚酰胺树脂吸附法聚酰胺树脂吸附是利用聚酰胺树脂具有酰胺键，通过氢键结合能力的差异实现化合物的分离［22］。Svedstrom等［23］分别以甲醇-水、乙醇-水为洗脱剂，以Sephadex LH-20柱和聚酰胺柱分离山楂叶及其花中的多酚单体和低聚合体，得到了10种多酚类化合物。

2.5.2大孔吸附树脂法大孔吸附树脂是通过物理吸附方式有选择性地吸附有机物，从而达到分离提纯的目的。Lisha Xi等［24］通过条件优化使AB-8大孔树脂对红薯多酚的吸附和解吸达到了较佳水平。Will等［25］采用XAD-16HP树脂和RP-HPLC制备色谱从苹果汁中分离纯化出2种多酚类化合物。

上述几种植物多酚分离纯化方法优缺点见表2。由表2可知，大孔吸附树脂法在分离纯化植物多酚中具有独特的优势和良好的应用前景，因此本文将对大孔树脂吸附进行详细介绍。

3　大孔吸附树脂

3.1大孔树脂的特性和种类

大孔吸附树脂是一种不能溶于酸、碱及各种有机溶剂（如乙醇、丙酮及烃类等）的高分子聚合物。由于与普通凝胶树脂的合成方法不同，大孔树脂的孔径与比表面积都比较大，它们在树脂内部具有三维空间立体孔结构［26］。大孔吸附树脂通常为白色球状颗粒，根据分子结构可分为非极性和极性两大类，还可根据极性的大小细分为弱极性、中等极性和强极性三类。非极性吸附树脂是由偶极距很小的单体聚合而成，孔表面的疏水性较强，它最适用于从极性溶剂（如水）中吸附非极性物质。中等极性吸附树脂中含有酯基，其表面兼有疏水和亲水部分，既可从极性溶剂中吸附非极性物质，也可从非极性溶剂中吸附极性物质。极性树脂中含有酰胺基、氰基、酚羟基等极性功能基团，它们通过静电作用吸附极性物质［27-28］。

3.2大孔树脂的吸附机理

吸附作用是一种或多种分子较小的物质，附着在另一种物质表面上的过程，按其作用力的差别，可分为物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。

3.2.1物理吸附大孔树脂具有巨大的表面积，活性尖端没有被同种分子吸引，致使引力无法得到平衡，所以会吸引其他分子，表面积越大，吸附能力越强［29］。吸附作用还与吸附剂和吸附质之间的范德华力和氢键有关。物理吸附和解吸速度很快，容易达到平衡且是可逆的。

3.2.2化学吸附在吸附过程中吸附剂与吸附质之间产生了化学作用，生成了化学键。简单地说，化学吸附不易解吸，吸附与解吸的速率都很小，且不易达到平衡状态［30］。

3.2.3离子交换吸附吸附过程中，吸附质的离子在静电引力的作用下被吸附在吸附剂表面，此为离子交换吸附。当吸附质浓度相同时，离子带电荷多，吸附能力强；电荷相同的离子半径越小，越利于吸附。

3.3大孔树脂的解吸作用

树脂解吸是吸附的逆过程，改变体系中的介质的介电常数、亲水和憎水平衡以及吸附剂和吸附质之间的分子力，使得原来的吸附平衡被打破，吸附质进入溶液，此过程称为解吸。解吸剂要求吸附质的亲和力要小于解吸剂的亲和力。对于在水中吸附的有机物，一般选用低沸点有机溶剂，使洗脱剂容易蒸馏回收。解吸温度一般高于吸附温度，高温有利于解吸过程的进行［31］。

4　大孔吸附树脂在植物多酚纯化分离中的应用

4.1在医药方面的应用

近年来，大孔吸附树脂在中药分离纯化中的应用研究备受关注。李佳彦等［32］通过研究大孔树脂富集泽兰中酚酸类成分，结果表明树脂吸附法可以大量富集有效成分，为药品的开发提供了原材料。陆英等［33］采用大孔树脂静态、动态的吸附解吸实验，分离纯化百合鳞茎中的多酚类化合物，结果表明，NKA-2型树脂具有较佳的分离纯化性能。Songhai Wu等［34］通过研究5种不同大孔树脂对枸杞中类黄酮的吸附、解析实验，筛选出D101具有最佳的分离纯化效果。Lianzhu Lin等［35］通过大孔吸附树脂对溪黄草中多酚的吸附、解吸实验，结果表明，HP-20可将多酚纯化至67.87%，比XAD-7HP法的纯化度高58.81%。以上实验表明，大孔树脂分离纯化植物多酚具有工艺简单，操作方便，吸附容量大等特点，是一种适合于工业化生产的分离提纯技术。

4.2在食品领域的应用

大孔树脂在食品分离纯化中也具有广泛的应用前景。PengCheng Sun等［36］通过研究10种大孔树脂对菊芋叶中绿原酸进行吸附解吸实验，得到ADS-21树脂具有较好的富集效果，为进一步开发天然抗氧化剂提供了理论依据。Qingping Xiong等［37］采用11种大孔树脂进行静态、动态吸附解析实验，分离纯化花生芽中的白藜芦醇，结果表明ADS-5树脂具有最佳的分离纯化效果，为保健食品的开发提供了优良的原料。Lijun Sun等［38］研究了8种不同树脂对苹果幼果多酚的吸附和解析特性，确定了X-5树脂具有较佳的分离纯化效果，克服了传统提取工艺的纯度较低，溶剂用量大，污染环境等不利因素。EM Silva等［39］通过选用XAD-7、XAD-16、EXA-90和EXA-118大孔树脂比较，筛选出XAD-7树脂具有较高的纯化Inga edulis叶中多酚效果。王旭苹等［40］采用大孔树脂从酿造废酒花中分离纯化酒花多酚，得到SP850树脂可以大量富集酒花多酚，且纯度高，为废酒花的再利用奠定了理论基础。

4.3在化妆品领域的应用

随着人们生活观念的改变，市场中出现了一批含多酚类物质的化妆品。大孔树脂因纯化多酚工艺简单、无污染、能耗小等特点，使其为化妆品领域开辟了广阔的前景。茶多酚作为一种新型的天然抗氧化剂，常被作为功能成分添入化妆品中，使其具有防变质、延缓皮肤老化等功效。Zhang Y F等［41］采用9种大孔吸附树脂富集茶多酚中低苦涩味儿茶素，通过静态吸附和解吸实验，筛选出ADS-17为较优树脂。高德艳等［42］通过对8种大孔树脂的静态和动态吸附实验，筛选出HPD100为吸附葡萄籽原花青素的最佳树脂。

5　展望

大孔吸附树脂技术的广泛应用给医药、食品、化妆品行业带来了可观的经济效益。在近十几年中，由于大孔吸附树脂技术不断发展，不仅使吸附解吸工艺得到进一步优化，而且不断涌现出新型树脂。相比于其他分离纯化技术，它具有高选择性、操作简单、可重复使用、成本低廉等优点［43］。随着基础理论和应用研究的不断深入，这项技术将会在植物多酚分离纯化中得到更加广泛的应用。

大孔吸附树脂的发展趋势：a.提高树脂使用安全性。由于树脂大多数为化工合成，一般含有未聚合成的单体、致孔剂、引发剂等，在生产过程中会使一些有机残留物被混入到产品中，影响产品的安全性［44-45］，因此需要对树脂进行前处理，尽可能除去有机残留物或开发安全高效的新型树脂。b.大力推广树脂联用技术。虽然大孔吸附树脂技术具有很多优点，但是在生产过程中，单独使用此技术可能无法达到预期的分离纯化效果，因此可采用大孔吸附树脂技术与其他新技术如超临界流体萃取、微滤法等相结合，从而达到预期效果，也能够进一步提高产品的纯度和产率。

［1］陈亮，李医明，陈凯先，等.植物多酚类成分提取分离研究进展［J］.中草药，2013，44（11）：1501-1506.

［2］ALK Faller，E Fialho.Polyphenol content and antioxidant capacity in organic and conventional plant foods［J］.Journal of Food Composition and Analysis，2010（23）：561-568.

［3］Ewa Cieslik，Anna Gre’da，Wiktor Adamus.Contents of polyphenols in fruit and vegetables［J］.Food Chemistry，2006（94）：135-142.

［4］范金波，周素珍，郑立红，等.果蔬中酚类成分及其与蛋白质相互作用的研究进展［J］.食品工业科技，2013，34（19）：352-356.

［5］左丽丽，王振宇，樊梓鸾，等.植物多酚类物质及其功能研究进展［J］.中国林副特产，2012，120（5）：39-42.

［6］Ioana Ignat，Irina Volf，Valentin I Popa.A critical review of methods for characterisation of polyphenolic compounds in fruits and vegetables［J］.Food Chemistry，2011（126）：1821-1835.

［7］B O M baebie，H O Edeoga，A J Afolayan.Phytochemical analysis and antioxidants activities of aqueous stem bark extract of Schotia latifolia Jacq［J］.Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine，2012，2（2）：118-124.

［8］Yang J Y，Li Y，Wang F，et al.Hepatoprotective Effects of Apple Polyphenols on CCl4-Induced Acute Liver Damage in Mice［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，2010，58（10）：6525-6531.

［9］Francisco Cabello Hurtado，Morgane Gicquel，Marie Andrée Esnault.Evaluation of the antioxidant potential of cauliflower（Brassica oleracea）from a glucosinolate content perspective［J］. Food Chemistry，2012，132（2）：1003-1009.

［10］R Tsao，R Yang.Optimization of a new mobile phase to know the complex and polyphenolic composition：towards a total phenolic index using high-performance liquid chromatography［J］. Journal of Chromatography A，2003，1018（1）：29-40.

［11］Williamson MP，McCormick TG，Nance CL，et al. Epigallocatechin gallate，the main polyphenol in green tea，binds to the T-cell receptor，CD4：Potential for HIV-1 therapy［J］.J Allergy Clin Immunol，2006，118（6）：1369-1374.

［12］Leiro JM，Varela M，Piazzon MC，et al.The anti-inflammatory activity of the polyphenol resveratrol may be partially related to inhibition of tumour necrosis factor-α（TNF-α）pre-mRNA splicing［J］.Mol Immunol，2010，47（5）：1114-1120.

［13］AthanasiosValavanidis，ThomaisVlachogianni.Plant polyphenols：Recent advances in epidemiological research and other studies on cancer prevention［J］.Studies in Natural Products Chemistry，2013（39）：269-295.

［14］Devanand L Luthria，Ronita Biswas，Savithiry Natarajan. Comparison of extraction solvents and techniques used for the assay of isoflavones from soybean［J］.Food Chemistry，2007（105）：325-333.

［15］田子卿，邓红，韩瑞，等.沉淀分离技术及其在生化领域中的应用［J］.农产品加工，2010（3）：32-34.

［16］戴群晶.用茶末及废茶枝叶提取高纯茶多酚的研究［J］.现代食品科技，2007，23（1）：45-48.

［17］庞道睿，刘凡，廖森泰，等.植物源多酚类化合物活性研究进展及其应用［J］.广东农业科学，2013（4）：91-94.

［18］Li P，Wang Y H，Ma R Y，et al.Separation of tea polyphenol from Green Tea Leaves by a combined CATUFM-adsorption resin process［J］.Journal of Food Engineering，2005，67（3）：253-260.

［19］Nejia Herzi，Jalloul Bouajila，Severine Camy，et al.Comparison of different methods for extraction from Tetraclinis articulata：Yield，chemical composition and antioxidant activity［J］.Food Chemistry，2013（141）：3537-3545.

［20］刘杰超，张春岭，刘慧，等.超临界CO2萃取枣核多酚工艺优化及其生物活性［J］.食品科学，2013，34（22）：64-69.

［21］朱立才.植物多酚的高速逆流色谱分离及特性研究［D］.广州：华南理工大学，2010.

［22］刘丹.亲水性多酚分离纯化技术研究［D］.大连：大连理工大学，2010.

［23］Svedstrom U，Vuorela H，Kostiainen R，et al.Isolation and identification of oligomerlic procyanidins from crataegus leaves and flowers［J］.Phytochemistry，2002，60（8）：821-825.

［24］Lisha Xi，Taihua Mu，Hongnan Sun.Preparative purification of polyphenols from sweet potato（Ipomoea batatas L.）leaves by AB-8 macroporous resins［J］.Food Chemistry，2015（172）：166-174.

［25］Will F，Zessner H，Becker H，et al.Semi-preparative isolationandphysicochemicalcharacterizationof4-coumaroylquinic acid and phloretin-20-xyloglucoside from laccase-oxidized apple juice［J］.LWT-Food Sci Technol，2007（40）：1344-1351.

［26］Yong feng Liu，Jun xi Liu，Xiao fen Chen，et al.Preparative separation and purification of lycopene from tomato skins extracts by macroporous adsorption resins［J］.Food Chemistry，2010（123）：1027-1034.

［27］汪洪武，刘艳清.大孔吸附树脂的应用研究进展［J］.中药材，2005，28（4）：353-356

［28］Kammerer D R，Carle R，Stanley R A，et al.Pilot-scale resin adsorption as a means to recover and fractionate apple polyphenols［J］.J Agric Food Chem，2010（58）：6787-6796.

［29］Cristina Garcia-Diego，Jorge Cuellar.Application of cluster analysis and optimization to determine the synthesis conditions of macroreticular poly（styrene-co-divinylbenzene）microparticles with enhanced structural and adsorption properties［J］.Chemical Engineering Journal，2008（139）：198-207.

［30］耿天啸.高选择性吸附树脂结构设计及在中药复方活性成分提取中的应用［D］.天津：南开大学，2010.

［31］顾锡慧.大孔树脂吸附-生物再生法处理高盐苯胺/苯酚废水的研究［D］.大连：大连理工大学，2008.［32］李佳彦，聂波，张壮，等.大孔树脂富集泽兰中酚酸类成分［J］.中国实验方剂学杂志，2010，16（6）：22.

［33］陆英，仲伟茂，张盛，等.大孔吸附树脂纯化百合磷茎中多酚类化合物［J］.食品工业科技，2013，34（11）：223-226.

［34］Songhai Wu，Yanyan Wang，Guili Gong，et al.Adsorption and desorption properties of macroporous resins for flavonoids from the extract of Chinese wolfberry（Lycium barbarum L.）［J］. Food and Bioproducts Processing，2014：465-472.

［35］Lianzhu Lin，Haifeng Zhao，Yi Dong，et al.Macroporous resin purification behavior of phenolics and rosmarinic acid from Rabdosia serra（MAXIM.）HARA leaf［J］.Food Chemistry，2012（130）：417-424.

［36］PengCheng Sun，Ying Liu，YueTao Yi，et al.Preliminary enrichment and separation of chlorogenic acid from Helianthus tuberosus L.leaves extract by macroporous resins［J］.Food Chemistry，2015（168）：55-62.

［37］Qingping Xiong，Qianghua Zhang，Danyan Zhang，et al. Preliminary separation and purification of resveratrol from extract of peanut（Arachis hypogaea）sprouts by macroporous adsorption resins［J］.Food Chemistry，2014（145）：1-7.

［38］Lijun Sun，Yurong Guo，Chengcheng Fu，et al.Simultaneous separation and purification of total polyphenols，chlorogenic acid and phlorizin from thinned young apples［J］.Food Chemistry， 2013（136）：1022-1029.

［39］E M Silva，D R Pompeu，Y Larondelle，et al.Optimisation of the adsorption of polyphenols from Inga edulis leaves on macroporous resins using an experimental design methodology［J］. Separation and Purification Technology，2007（53）：274-280.

［40］王旭苹，杨磊，杨小兰，等.大孔树脂纯化酒花多酚及其组成分析［J］.食品科学，2013，22（9）：1-11.

［41］Zhang Y F，Wang P.Enrichment of low bitter and low astringent catechins from green tea polyphenol by macroporous adsorption resin［J］.Food and Fermentation Industries，2010，36（7）：193-196.

［42］高德艳，胡文效，魏彦峰，等.葡萄籽中原花青素的提取与分离［J］.中外葡萄与葡萄酒，2013（5）：6-11.

［43］Judith Kammerer，Reinhold Carele，Dietmar R Kammerer. Adsorptionandionexchange：Basicprinciplesandtheir application in food processing［J］.J Agric Food Chem，2011（9）：22-42.

［44］Min H Z，Meng S X，Feng Y Q，et al.Determination of organic residues in macroreticular resin［J］.Chemical Industry and Engineering，2010，27（3）：229-232.

［45］Huang L F，Liu Y P，Chen H P，et al.Analysis of the organic residues in tea polyphenols by headspace-GC［J］.Lishizhen Medicine and Materia Medica Research，2010，21（2）：313-315.

Application progress of macroporous adsorption resin in separation and purification of plant polyphenols

MA Le1，HAN Jun-qi1，ZHANG Run-guang1，WANG Xiao-ji2，ZHANG Wei-min2，YANG Hong-jun2，ZHANG You-lin1，*
（1.Shaanxi Normal University College of Food Engineering and Nutritional Science，Xi’an 710119，China；2.Forestry Technology Promotion Center of Xi’an，Xi’an 710061，China）

The special chemical structure，bioactivity，separation and purification method of polyphenols from plant were introduced in this paper.After the advantages and disadvantages of different methods were compared，the results showed that macroporous adsorption resin method had a unique advantage in purification of polyphenols.The characteristics，separation principal，mechanism of adsorption，and desorption of macroporous adsorption resin were emphatically introduced in the paper.The present application progress in domestic and international researches of macroporous adsorption resin in the separation and purification of plant polyphenols was also described and its application was prospected too.

plant polyphenols；separation and purification；macroporous adsorption resin；application prospect

TS201.1

A

1002-0306（2015）12-0364-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.12.069

2014－08－15

马乐（1990-），女，硕士研究生，研究方向：农产品加工及贮藏。

张有林（1956-），男，博士，教授，研究方向：农产品加工及贮藏。

中央财政林业科技推广示范跨区域重点推广示范项目（2011TK109）；西安市现代农业推进计划项目（NC1203.3）；西安市现代农业创新计划项目（NC1317.3）。