大孔树脂法纯化红枣色素工艺研究

周业丰+陈小李++乔世玉++玛莎++彭丽桃

摘要：以吸附率和解析率为指标，通过静态吸附研究，从9种不同型号的大孔树脂中筛选出对红枣（Zizyphus jujube）皮红色素选择性良好的材料，并考察工艺参数对树脂吸附及解析枣皮红色素的影响，优化枣皮红色素的纯化条件。结果表明，X-5对红枣皮红色素具有良好的选择性，动态吸附及解析特性研究显示其最佳的纯化工艺参数为上样液浓度1.0 mg/mL，流速1.0 mL/min，pH 3.0，洗脱液采用60%乙醇，流速2.0 mL/min。采用此工艺条件，枣皮红色素的色价从12.8提高到32.4。综上所述，X-5型大孔树脂对枣皮红色素有良好的吸附与解析性能，适用于枣红色素的批量纯化。

关键词：红枣（Zizyphus jujube）；色素；纯化；大孔树脂

中图分类号：TS264.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）10-1924-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.10.031

Purification of Red Pigment from Jujube Fruits Peel by Macroporous Resin

ZHOU Ye-feng1，CHEN Xiao-li2，QIAO Shi-yu2，MA Sha2，PENG Li-tao1，2

（1.College of Food Science &Technology， Huazhong Agricultural University， Wuhan 430070， China；

2.College of Life Science， Tarim University， Alaer 810060， Xinjiang， China）

Abstract： To explore the optimal purification status， nine types of macroporous resins were used to investigate the properties of static absorption and desorption for the pigment purification， one type of macroporous resin was chosen to further investigate the dynamic properties of absorption and desorption for this pigment. The results demonstrated that X-5 was considered the most suitable resin for purification of red pigment from jujube fruit peels. The optimal absorption parameters for the pigment was at the concentration of 1.0 mg/mL with pH at 3.0 and the loading flow rate of 1.0 mL/min， and the optimal desorption conditions were using 60% ethanol as solvent at the flow rate of 2.0 mL/min. The color value of the obtained red pigment by this process reached from 12.8 to 32.4. The results provided the optimal process parameters with macroporous resin X-5 for industrial purification of the red pigment from jujube fruits.

Key words： Zizyphus jujube； red pigment； purification； macroporous resin

红枣（Zizyphus jujube）原产中国，栽培历史悠久[1]。红枣富含多糖、蛋白质、维生素A、B1、B2、C、E、P，有机酸和多种微量元素，具有镇静、催眠、降血压、保肝、抑癌、抗突变等作用，因而长期受到消费者青睐[2]。农业部公布数据，2012年中国红枣产量达到了600余万t。但红枣加工除干制外，仅有红枣饮料等产品，其他精深加工产品开发尚少[3，4]。红枣皮作为加工中的废弃物，有必要进行深入研究，以提高综合利用水平和减少废弃物排放，提高红枣加工的经济效益。

红枣皮中含有大量的色素，是一种非常理想的天然色素资源，其水溶性好、澄清透明、色泽鲜艳、安全性高，在化妆品、食品、染料、飲料等方面有很好的应用前景[5-7]。有关枣皮红色素的提取工艺已有研究报道[6-8]，但对于其纯化工艺目前还较少涉及。超声波提取法可有效加速天然产物有效成分的溶出，但提取物杂质含量多，严重影响色素的品质，需要纯化工艺进行精制[7-9]。大孔吸附树脂法具有性质稳定、选择性好、再生方便、可重复使用等优点，在天然产物分离纯化中被广泛应用[10，11]。一些研究表明，大孔吸附树脂对多种天然色素具有良好的吸附和纯化效果[12，13]。本研究拟采用大孔树脂纯化精制枣皮红色素，为工业化生产工艺的建立和优化奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

红枣采于阿拉尔市十二团；无水乙醇、甲醇、NaOH、浓HCl、磷酸氢二钠、柠檬酸均为四川西陇化工有限公司；95%工业乙醇。筛选的大孔树脂类型见表1。

玻璃层析柱（φ2×30 cm）；722可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）；FA2104N电子天平（上海青海仪器有限公司）；HHS电热恒温水浴锅（上海博讯实业有限公司医疗设备厂）；RE-2010旋转蒸发仪；FD-1080冷凍干燥机（北京博医康实验仪器有限公司）；TDL-5-A离心机（上海安亭科技仪器厂）；PHS-3B酸度计（上海虹益仪器仪表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 红枣色素粗提液的制备 红枣剥皮，清洗除去残存的果肉，阴干后用含0.5%HCl的60%乙醇溶液反复提取数次，收集滤液浓缩脱除乙醇后冷冻干燥，样品在离心管中冷藏保存。

1.2.2 树脂的预处理 将大孔树脂用去离子水充分淋洗，然后95%乙醇溶液浸泡24 h，去离子水反复冲洗，然后5%HCl浸泡3 h，去离子水洗至中性，转用2%NaOH浸泡3 h，去离子水洗至中性后备用[12]。

1.2.3 色价测定 精确称取色素粉末0.1 g置于100 mL柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液（pH 3.0）中，再吸取10 mL，缓冲液稀释至100 mL，依据色素溶液全波段扫描结果确定在510 nm处测定其吸光度，按公式计算色价：

式中，A为吸光度，W为样品质量，R为稀释倍数。

1.2.4 筛选大孔树脂静态吸附解析试验 准确称预处理的9种大孔树脂各1 g置于10 mL的试管中，加入5 mL pH 3.0溶液A510 nm为0.512的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲溶液稀释的红枣色素样液，在20 ℃水浴振荡器中，以120 r/min振荡吸收1 h，静置5 min，测定溶液A510 nm；除去母液后，加入5 mL、pH 3.0的95%乙醇溶液在相同条件下振荡解析1 h，静置5 min后再次测定溶液A510 nm。分别选择适合的树脂，用下述方法计算各树脂的吸附率。

式中，A0为色素溶液在吸附前的吸光度；A1为吸附后的吸光度；A2为经吸附后解析液的吸光度；V1为上样液的体积；V2为解析液的体积。

1.2.5 树脂动态吸附解析条件筛选 根据预试验的结果，考察上样液浓度、流速、pH以及解析液浓度和流速等因素对吸附与解析的影响。①上样液pH对吸附影响：配制pH分别为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12的质量浓度为1 mg/mL的色素溶液，以0.5 mL/min速度上样品，每5 mL收集一次流分，测定流出液的吸光度，当流出液浓度达到渗漏点（吸光度达到上样液浓度10%）时，停止上样，根据上样体积与浓度计算吸附率。②上样液浓度对吸附率的影响：配制质量浓度分别为0.5、1.0、2.0、3.0 mg/mL，pH 3.0色素液，以0.5 mL/min速度上样，每5 mL收集一次流分，测定流出液的吸光度，当流出液浓度达到渗漏点时，停止上样，按上述方法计算吸附率。③上样流速对吸附率的影响：配制最佳上样液浓度的色素溶液，分别以0.2、0.5、1.0、2.0 mL/min流速流过树脂，每5 mL收集一次流分，测定吸光度，达到渗漏点时，计算吸附率。④洗脱液pH对大孔树脂解析率的影响：吸附饱和的树脂10 g用70 mL（5BV）蒸馏水冲柱，分别用100 mL不同pH的95%乙醇溶液以1 mL/min的速度进行洗脱，测定流出液的吸光度，计算解析率。⑤洗脱液浓度对树脂解析率的影响：吸附饱和的树脂10 g用70 mL（5BV）蒸馏水冲柱，分别用100 mL浓度分别为20%、50%、70%、80%、95%的酸性乙醇（pH 3.0）溶液进行洗脱，流速为1 mL/min，测定吸光度，计算解析率。⑥洗脱液流速对动态解析率的影响：吸附饱和的树脂10 g用70 mL（5BV）蒸馏水冲柱，以100 mL筛选体积分数的乙醇控制不同流速进行洗脱，流速梯度设置为0.5、1.0、2.0、4.0 mL/min，计算不同洗脱流速的解析率。

1.2.6 实际吸附解析试验 以上述最佳参数上样，每5 mL收集一次流分，测吸光度，当流出液达到渗漏点时，停止上样，然后用70 mL（5BV）的蒸馏水洗柱，再以最佳浓度、流速及洗脱体积洗脱，合并洗脱液，真空浓缩，测定色价。纯化过程红色素回收率按下式计算：

式中，E1为纯化后色素色价；E0为纯化前色素色价；M1为纯化后色素质量；M0为纯化前色素质量。

1.2.7 树脂的循环使用性能 以上述最佳参数上样，每5 mL收集一次流分，测吸光度，当流出液达到渗漏点时，停止上样，计算吸附率，然后用5BV的蒸馏水洗柱，再以最佳浓度、流速及洗脱体积洗脱，合并洗脱液，测定吸光度，计算解析率。树脂用酸性水将乙醇冲洗干净后再生。重复上述操作5次。

1.2.8 数据处理 每个参数重复测定3次。采用统计分析软件SPSS 12.0进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 枣皮红色素标准曲线

由图1可知，枣皮红色素在510 nm处光吸收与色素含量之间存在良好线性相关，其回归方程为y=0.125 3x+0.007 6，R2=0.998 3，表明通过测定溶液510 nm下光吸收能很好的反映枣皮红色素含量。

2.2 枣皮红色素的树脂筛选

试验结果（表1）表明，9种大孔树脂对红枣色素的吸附和解吸性能各不相同，总体来看非极性和弱极性树脂对红枣色素的吸附效果好，而极性树脂效果差。这可能是由于红枣色素主要成分为极性组分，容易被非极性树脂吸附。在筛选的9种树脂中，DA-201的吸附能力最强，AB-8次之，但二者的解吸能力较弱；而X-5的吸附能力虽然不及DA-201、AB-8，但其解析率最高。综合考虑树脂的吸附和解吸性能，选用X-5树脂进行后续试验。

2.3 动态吸附条件筛选

2.3.1 不同pH对色素吸附率的影响 由图2可知，采用不同pH溶液进行吸附试验，在酸性条件下红枣色素更容易吸附，而在中性或碱性条件下，色素的吸附量显著下降，这可能是由于色素分子解离导致的。结合上述结果，采用酸性条件pH 3.0作为上样条件。

2.3.2 不同上样浓度对吸附率的影响 由图3可知，考察不同浓度的上样液对吸附的影响，采用5种浓度吸附，发现吸附率有下降的趋势，主要原因可能是浓度过高，分子之间接触时间短，渗漏点提前，不利于吸附。综合考虑，选择1.0 mg/mL的浓度比较合适。

2.3.3 不同上样流速对吸附率的影响 由图4可知，当横流泵的流速设置为0.5、1.0 mL/min时，吸附效果较好，且0.5 mL/min时，吸附效果最好，但如果处理相同体积的枣皮红色素溶液时，以0.5 mL/min的流速处理所需要的时间是流速1.0 mL/min的2倍，从效率角度考虑，选择以1.0 mL/min为吸附的最佳流速。

2.3.4 不同洗脱溶液pH的影响 选择不同的pH条件，结果发现pH对色素解析率影响不显著，考虑到色素后期浓缩等处理，故选择洗脱溶剂以不调整pH为宜。

2.3.5 不同洗脱剂浓度对色素解析率的影响 由图5可知，随着乙醇体积分数加大，解析率随之增加，在60%时解析率达到较高水平，后续增加乙醇体积分数，效果也不十分显著。综合考虑，采用60%乙醇解析，效果良好。

2.3.6 洗脱流速对色素解析的影响 由图6可知， 解吸剂流速较低时，解吸曲线的峰形尖而窄，解吸效果好，当解吸剂流速较高时，峰形宽且拖尾严重，解吸效果较差。比较不同流速下的色素解析率，2.0 mL/min洗脱流速与0.5、1.0 mL/min流速相比，差异不显著，兼顾生产效率，解吸时采用2.0 mL/min的流速较好。解吸剂用量为80～90 mL时解析较为充分。

2.4 树脂吸附解析循环使用效果

由图7可以看出，树脂在纯化枣皮红色素中使用5次，树脂的吸附率和解析率差异不显著，说明用该树脂纯化色素时，可反复使用数次。同时也表明，采用盐酸乙醇法提取的枣皮红色素干扰物质相对较少。

2.5 纯化前后色素的色价与回收率比较

纯化前的色素色价为12.8，经过纯化后色价达到32.4，纯化倍数为2.54倍，精制纯化对色素色价有明显的提高，色素回收率达到了70%以上，表明X-5大孔吸附树脂能有效富集枣皮红色素。

3 結论

筛选的9种大孔吸附树脂中，X-5树脂对枣皮红色素具有较好的吸附率和解析率，综合性能表现最好。X-5对枣皮红色素的纯化条件为上样液浓度，1.0 mg/mL，pH 3.0，流速1.0 mL/min，解析液为60%乙醇，流速2.0 mL/min。材料反复使用5次，吸附解析率均维持较高水平。经过纯化后的色素为红黑色粉末，色价达到32.4，为未纯化的2.54倍。表明通过X-5大孔树脂纯化枣皮红色素能达到较好的纯化效果。

参考文献：

[1] 曲泽洲，王永惠.中国枣树志·枣卷[M].北京：中国林业出版社，1993.

[2] 鲁周民，刘 坤，闫忠心，等.枣果实营养成分及保健作用研究进展[J].园艺学报，2010，37（12）：2017-2024.

[3] 纪 晴，石倩倩，徐世宏，等.枣产品开发现状及未来趋势研究[J].农村经济与科技，2015，26（7）：11-12.

[4] 王 洁，葛文光，马立然.我国北方枣产业发展的制约因素分析[J].安徽农业科学，2012，40（4）：2411-2413.

[5] 游 凤，黄立新，张彩虹，等.红枣红色素的研究进展[J].中国食品添加剂，2012，23（4）：223-230.

[6] 邵佩兰，徐 明.正交试验优化红枣色素提取工艺[J].食品科技，2014，39（3）：232-235.

[7] 吴进菊，梅 果，于 博，等.微波法提取红枣红色素的工艺研究[J].食品研究与开发，2015，36（23）：43-46.

[8] 岳 丽，敬思群.黑曲霉液体发酵法助提红枣红色素工艺优化[J].食品工业，2015，36（12）：105-108.

[9] 游 凤，黄立新，张彩虹，等.减压法提取长枣枣皮中的天然色素[J].食品与发酵工业，2012，38（12）：169-174.

[10] ZHANG Y，LI S F，WU X W.Macroporous resin adsorption for purification of flavonoids in Houttuynia cordata Thumb[J].Chinese Journal of Chemical Engineering，2007，15（6）：872-876.

[11] JING Y，JING R Q，REN Y.Study on the separation and purification the total flavonoids in the stigma maydis by AB-8 macroporous absorption resins[J].Acta Chinese Medicine Pharmacy，2010，38（1）：75-78.

[12] 宋珊珊，吴天祥，朱 威，等.大孔树脂纯化火龙果果皮色素工艺研究[J].食品科技，2014（39）：242-245.

[13] 吕晓玲，陈泽芳，齐 浩.大孔吸附树脂法纯化红米红色素的工艺研究[J].食品工业，2012（1）：45-48.