栀子黄色素纯化工艺研究

罗义发，潘 斌，周三女，刘丽清，田妍基，施满容

（宁德职业技术学院，福建 福安 355000）

栀子黄色素主要成分是类胡萝卜素类的藏花素和藏花酸，是从茜草科（Rubiaceae） 栀子（Gardenia jasminoidesEllis） 果实中提取分离得到的天然水溶性黄色素[1]。目前，用于纯化栀子黄色素的方法主要有大孔树脂吸附法[2-3]、膜提取分离法[4]、超临界CO2萃取法[5]、凝胶层析法[6]等，但真正应用于工业化生产的仅有大孔吸附树脂精制方法。研究确立了纯化栀子黄色素的条件，讨论大孔吸附树脂对栀子黄色素的吸附与解析特性，为制备高纯度、低OD 比值的栀子黄色素，并实现工业化生产，提供理论依据和技术支持。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

栀子果（鲜果） 为福建省宁德市福鼎市贯岭乡栀子栽培基地采购，在低温条件下保存备用。

1.2 试剂

吸附树脂型号为AB-8，H103，D101，HPD-100，HPD-100A，HPD-450，沧州宝恩吸附材料科技有限公司提供；其他试剂均为分析纯。

1.3 仪器

BSZ-100 型自动部分收集器；恒流泵；BS210S 型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司产品；UV-1750 型紫外可见分光光度计，岛津仪器（苏州）有限公司产品；HR2827 型飞利浦搅拌机，飞利浦家庭电器有限公司产品；Neofuge 13R 型高速冷冻离心机，上海力申科学仪器有限公司产品。

1.4 试验方法

1.4.1 树脂预处理

将100 g 吸附树脂浸泡在无水乙醇中，静置24 h，过滤，去除上清液，收集树脂，再加入去离子水，反复用去离子水冲洗，直至去除醇溶性杂质备用。

1.4.2 栀子黄色素粗提液制备

按照文献[7] 的方法制备栀子黄色素粗提液。

1.4.3 树脂静态吸附率的测定

称取6 种树脂各1 g，分别置于250 mL 的三角烧瓶中，将50 mL 一定质量浓度的栀子黄色素粗提液量取加入三角烧瓶中，恒温条件下振荡24 h，树脂吸附饱和后，测吸附前和吸附后溶液的A440nm吸光度，并计算静态吸附率（公式1）。

1.4.4 流速对动态吸附的影响

取处理好的HPD100 型树脂，以湿法装柱，栀子黄色素粗提液以不同的流速上柱吸附，以6 mL/管收集流出液，测定流出液A440nm吸光度，当流出液的吸光度为栀子黄色素粗提液吸光度的10%时，停止进样，计算动态吸附率（公式1）。

1.4.5 提取液中栀子黄色素质量浓度对动态吸附的影响

取一定量处理好的HPD100 型树脂，湿法装柱，以1 mL/min 的流速，将不同质量浓度的栀子黄色素粗提液上柱吸附，以6 mL / 管进行收集，于波长440 nm 处测定吸光度，当流出液的吸光度为上样液吸光度的10%时停止进样，计算吸附率（公式1）。

1.4.6 乙醇体积分数对动态解析的影响

取吸附饱和的HPD100 树脂装柱，用2 BV 的蒸馏水冲洗，然后以1 mL/min 的速度，用不同体积分数的乙醇进行洗脱，收集洗脱液，测定其吸光度A440nm，计算洗脱率（公式2）。

1.4.7 流速对动态解析的影响

取吸附饱和的HPD100 型树脂装柱，先用蒸馏水冲洗，然后用体积分数80%乙醇以不同流速进行洗脱，收集流出液，测定其吸光度，计算洗脱率。

1.5 计算

1.5.1 吸附率的计算

利用分光光度法，测定吸附前后溶液的A440nm吸光度，计算树脂的吸附率，公式如下：

1.5.2 树脂洗脱率的计算

定量吸附了栀子黄色素的树脂，用洗脱剂进行洗脱，测定洗脱液中A440nm，计算总A440nm（总A440nm=A440nm×体积数），然后计算洗脱率，计算公式如下：

式中：总A440nm（吸附前） ——树脂已吸附的栀子黄色素量。

1.5.3 栀子黄色素色价和OD 值的测定[8]

式中：E1%1cm——采用1 cm 的比色皿，λ=440 nm，1%

栀子黄色素溶液质量浓度时的色价；

A——栀子黄色素溶液的A440nm值；

V——栀子黄色素溶液的体积，mL；

m——栀子黄色素质量，g。

OD 比值为238 nm 和440 nm 处吸光度的比值。

2 结果与分析

2.1 静态吸附试验筛选合适树脂

不同型号的大孔吸附树脂对同一种物质具有不同的吸附性能，通过测定各树脂对栀子黄色素的静态吸附率，考查树脂对黄色素的吸附容量，从而选择合适的树脂进行色素分离[9]。按照1.4.3 方法进行试验。

不同吸附树脂对栀子黄色素的吸附率见图1。

图1 不同吸附树脂对栀子黄色素的吸附率

由图1 可知，HPD100 型树脂对栀子黄色素的吸附率最佳，后续试验选择HPD100 型树脂。

2.2 不同流速对树脂动态吸附的影响

按照方法1.4.4 进行试验。

流速对树脂吸附效果的影响见图2。

图2 流速对树脂吸附效果的影响

由图2 可知，当进样速度为1.0 mL/min 时，吸附效果最佳，吸附率达到最大；当速度大于1.0 mL/min时，树脂对栀子黄色素的吸附率逐渐下降；流速大于2.0 mL/min 后，吸附率下降明显。同时， 在实际生产过程中，流速还影响到生产效率的高低，且流速过小时，吸附时间延长，树脂寿命容易降低，树脂再生难度增大。因此，选择进样流速为1.5 mL/min。

2.3 提取液中栀子黄色素质量浓度对动态吸附的影响

将处理好的树脂按一定量进行装柱，将不同质量浓度的栀子黄色素粗提液，以1.5 mL/min 流速上柱吸附，饱和吸附后，测定树脂的吸附率，考查不同质量浓度栀子黄色素粗提液对吸附率的影响。

不同栀子黄色素质量浓度对树脂吸附效果的影响见图3。

图3 不同栀子黄色素质量浓度对树脂吸附效果的影响

由图3 可知，栀子黄色素原液中栀子黄色素的A440nm达到11.190 时，吸附率最大；当大于11.190时，吸附率依次下降。因此，选择栀子黄色素A440nm为11 的溶液为上柱溶液。

2.4 不同乙醇体积分数对栀子黄色素洗脱的影响

HPD-400 树脂在吸附栀子黄色素的同时，也会吸附一定量的栀子苷和绿原酸。因此，先用蒸馏水对吸附饱和的树脂进行冲洗，将未吸附的栀子黄色素溶液和其他杂质除净，然后用不同体积分数乙醇溶液进行洗脱。

不同体积分数乙醇对栀子黄色素洗脱的影响见图4。

图4 不同体积分数乙醇对栀子黄色素洗脱的影响

由图4 可知，蒸馏水和低于40%乙醇溶液对栀子黄色素的洗脱率低，可作为去除其他杂质的洗脱剂。当乙醇体积分数大于50%时，栀子黄色素解析率处于上升趋势；乙醇体积分数达到80%时，吸附率达到最大，解析效果最好；乙醇体积分数大于80%后，引起树脂孔隙缩小，其他物质也同时被解析出来，洗脱效率开始降低，洗脱效果变差。因此，采用体积分数为80%的乙醇溶液作为洗脱溶液。

2.5 洗脱速度对栀子黄色素洗脱的影响

以体积分数为80%的乙醇作为洗脱剂，洗脱速度分别为0.5，1.5，2.0，2.5 mL/min。以6 mL /管进行洗脱液收集，测定A440nm吸光度，根据公式（2）计算洗脱率。

不同洗脱速度对栀子黄色素洗脱的影响见图5。

图5 不同洗脱速度对栀子黄色素洗脱的影响

由图5 可知，洗脱流速在0.5 mL/min 时，洗脱率最大，当流速增大时，洗脱率逐渐下降，这是因为流速增大，洗脱剂与树脂和栀子黄色素作用的时间降低，考虑到生产效率。因此，选择流速1.0 作为洗脱流速。

2.6 HPD100 型树脂对栀子黄色素的分离纯化效果

栀子果实中除含有大量的黄色素外，还含有栀子苷、绿原酸等成分，在实际应用时，与食品中的蛋白质等成分作用，容易发生绿变现象，影响产品质量。利用试验分离条件对栀子黄色素粗提液进行纯化，经纯化后所得的栀子黄色素OD238/440比值由1.86 降到0.27，色价达到510。初步测定，经纯化后的栀子黄色素，能避免绿变现象的发生。

3 结论

结果表明，HPD-400 型大孔吸附树脂对栀子黄色素吸附率高、容易从树脂上解析，可作为栀子黄色素的精制树脂。最佳柱纯化条件为洗脱流速1.0 mL/min，洗脱剂乙醇体积分数80%，经纯化后所得黄色素OD238/440比值由1.86 降到0.27，色价达到510。该方法确立了纯化栀子黄色素的大孔吸附树脂方法，得到的栀子黄色素色价高，OD 比值低，是一种简单实用的纯化方法。