用大孔树脂纯化槟榔多酚的工艺条件优化

普义鑫 ，周文化，李 岚 ，周文娟 ，李 可

(1．中南林业科技大学 食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2．哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150076)

用大孔树脂纯化槟榔多酚的工艺条件优化

普义鑫1，周文化1，李 岚1，周文娟 1，李 可2

(1．中南林业科技大学 食品科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2．哈尔滨商业大学，黑龙江 哈尔滨 150076)

采用S-8、D-3520、ADS-8、DM-0301、AB-8五种大孔树脂对槟榔多酚进行纯化，筛选出S-8型号大孔树脂对槟榔多酚进行纯化,其效果最好。通过动态吸附与解析实验，得到S-8型大孔树脂的最佳吸附条件为：上柱液pH为2.0，上柱液浓度为2.05 mg/mL，上柱液体积为6 BV；最佳解析条件为：解析液pH为4.0、乙醇浓度为75%、解析液体积为6 BV。

槟榔；多酚；大孔树脂；纯化；工艺条件

槟榔果是棕榈科植物槟榔(Areca catechu L.)的成熟种子，主要产于我国的海南、广东、广西、云南、福建、台湾以及印度和马来西亚等国，位居我国“四大南药”之首[1]。槟榔中含有生物碱，多种矿物质、氨基酸、挥发油、木质素、甘露糖、半乳糖、γ-儿茶素、β-谷甾醇、无色花青素、槟榔红色素、儿茶精花白素及皂甙、胆碱等[2]。此外，槟榔果中尚含有大约15%的酚类物质(包括缩合鞣质、水解类鞣质及非丹宁类黄烷醇等)[3]。采用溶剂法提取的槟榔多酚为多酚含量较低的粗品，其中含有多糖、槟榔碱等杂质，因此需对槟榔多酚进行纯化，使其更好的发挥生理效用。多酚纯化的方法有很多种，目前使用最多的是大孔树脂吸附法[4-9]。

大孔树脂是一类以吸附为特点，对有机物具有浓缩、分离作用的高分子聚合物，它具有物理化学稳定性高，吸附选择性独特，不受无机物存在的影响、再生简单、解吸条件温和等特点，广泛用于生化物质的分离和纯化[10]，本研究采用大孔树脂吸附法纯化槟榔多酚，研究了最佳吸附和解析条件。

1 材料与方法

1.1 材 料

以海南产鲜槟榔为原料，按文献[11]优化的工艺提取槟榔多酚作为本实验的原料；S-8、D-3520、ADS-8、DM-0301、AB-8型大孔树脂购于长沙裕丰化玻公司；所用药品均为分析纯。

1.2 方 法

1.2.1 多酚含量的计算

多酚浓度的计算采用福林酚比色法[11]。

1.2.2 大孔树脂的预处理

将 S-8、D-3520、ADS-8、DM-0301、AB-8型大孔树脂用无水乙醇浸泡24 h，用蒸馏水洗净，然后用5%的HCl浸泡8 h，用蒸馏水洗至中性，再用5%的NaOH浸泡8 h后，再用蒸馏水洗净待用[12]。

1.2.3 大孔树脂的静态吸附与解析特性研究[13]

准确称取预处理后的5种树脂各5.0 g，先用滤纸吸干水分，分别置于250 mL的具塞磨口三角瓶中，加入50 mL槟榔多酚粗提液，置于25 ℃水浴摇床震荡10 h，每隔2 h测定溶液吸光度。

式(1)、(2)中：C0为吸附前的多酚溶液浓度，mg/mL；C1为吸附后多酚溶液浓度，mg/mL；V0为多酚粗体体积mL。

树脂静态吸附后，过滤，加入无水乙醇50 mL，置于25 ℃水浴摇床振荡10 h，每隔2 h取样，测定样品的吸光度。

式(3)式(4)中：C2为解析后 槟榔多酚溶液浓度，mg/mL；C0为吸附前的多酚溶液浓度，mg/mL；C1为吸附后多酚溶液浓度，mg/mL；V1为吸附多酚溶液体积，mL ；V2为解析后多酚溶液体积，mL。

1.2.4 大孔树脂的动态吸附与解析

筛选出的树脂采用湿法装柱，装入Ø 3.0 cm× 40.0 cm的玻璃柱中，装柱高度约25 cm，准确量取一定树脂床体积的槟榔多酚粗提液，调节pH后上柱，收集流出液，测定穿透液中多酚浓度，吸附完成后，用无水乙醇解吸树脂上吸附的槟榔多酚，收集洗脱液，测定穿透液中多酚浓度[14]。

2 结果与分析

2.1 大孔树脂静态吸附特性研究

五种大孔树脂对槟榔多酚的吸附量随时间的变化柱形图见图1。由图1可知，D-3520型大孔树脂在4 h时达到最大吸附量5.90 mg/g，超过4 h吸附量显著下降(P＜0.05)并且吸附量随着时间的延长变化不明显，因此该种树脂的最佳吸附时间为4 h；AB-8型树脂在8 h时达到最大吸附量7.71 mg/g，但与4 h、6 h及10 h相比差异均不显著(P＜0.05)因此，从实际操作角度考虑，可将该树脂的最佳吸附时间确定为4 h；S-8型大孔树脂在8 h时达到最大吸附量15.11 mg/g，与其他时间相比差异显著(P＜0.05)因此确定该种型号的树脂最佳吸附时间为8 h；ADS-8型大孔树脂在2 h时达最大吸附量6.27 mg/g，明显高于4 h(P＜0.05)，与6 h、8 h及10 h相比差异不显著，因此确定该树脂的最佳吸附时间为2 h；DM-0301型树脂随着时间的延长吸附量逐渐增加，在10 h时达最大吸附量11.27 mg/g，与8 h相比差异不显著(P＜0.05)但与其他时间相比差异显著(P＜0.05)因此，该树脂的最佳吸附时间为8 h。

图1 大孔树脂静态吸附特性柱形图†Fig.1 Adsorption time of macroporous resin

2.2 大孔树脂静态解析特性研究

五种大孔树脂吸附多酚后对其进行解析，解析率随时间的变化情况见图2，由图2可知，D-3520型树脂在6 h时达到最大解析率90.28%，明显高于2 h、4 h和8 h，(P＜0.05)，与10 h相比差异不显著(P＜0.05)因此该种型号的树脂最佳解析时间为6 h；AB-8型大孔树脂在10 h时达最大解析率89.46%，与2 h的87.70%相比，差异不显著(P＜0.05)，与其它时间相比差异显著(P＜0.05)因此，确定该树脂的最佳解析时间为2 h；S-8型大孔树脂在10 h时达最大解析率88.77%，与2 h的87.18%相比差异不显著，但明显高于4 h、6 h及8 h(P＜0.05)，因此该树脂的最佳解析时间选择2 h；ADS-8型大孔树脂在4 h时达最大解析率94.14%，明显高于其它时间的解析率(P＜0.05)；DM-0301型大孔树脂的解析率随时间的延长而有所下降，并在2 h时达最大解析率92.18%，与其它时间相比差异显著，因此，该型号树脂的最佳解析时间为2 h。

图2 大孔树脂静态解析Fig. 2 The elution of macroporous resin

从图1和图2中可以看出，五种大孔树脂中，S-8型树脂的吸附量和解析量均最大，树脂筛选的目的为筛选出同时具有高吸附量和解析量的树脂，因此本实验选择S-8型树脂为最佳树脂，对槟榔多酚进行纯化。

2.3 大孔树脂动态吸附实验

2.3.1 上柱液pH对大孔树脂吸附率的影响

将处理好的S-8大孔树脂，采用湿法装柱，用水洗平衡后上柱，上柱液浓度为 1.92 mg/mL，上柱液体积100 mL，设定上柱液pH分别为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，分别测定流出液的多酚含量，考察不同上柱液pH对吸附率的影响，结果见图3。

由图3可知，随着pH的增加，S-8型大孔树脂对槟榔多酚的吸附率逐渐下降，在pH为2.0时达最大吸附率81.64%，这可能是由于槟榔多酚中含有一定的酚酸类物质，如绿原酸，果酸、没食子酸、鞣酸等，使粗提液呈现弱酸性，酸性物质在酸液中吸附，在碱液中解析，碱性物质在碱液中吸附，在酸液中解析[15]，因此选择pH＝2.0为最佳吸附pH。

图3 上柱液pH对吸附率的影响Fig. 3 The effect of pH of polyphenols on the adsorption rate

2.3.2 上柱液浓度对大孔树脂吸附率的影响

在pH＝2.0条件下，上柱液体积100 mL，设定上柱液浓度分别为：1.42、1.74、2.05、2.90、3.82 mg/mL，采用S-8型大孔树脂对槟榔多酚粗提液进行吸附，考察不同上柱液浓度对大孔树脂吸附槟榔多酚的影响，结果见图5。由图5可知，在槟榔多酚粗提液浓度小于2.05 mg/mL时，吸附率随着浓度的增加而增大，在2.05 mg/mL时达最大值66.73%，当继续提高槟榔多酚粗提液浓度时，槟榔多酚吸附率反而有所下降，这可能是由于，浓度低时增加槟榔多酚的浓度，有利于增加与树脂接触的多酚分子的数量，吸附率增大，当达到2.05 mg/mL时，树脂达到吸附饱和状态，过量的多酚分子无法被吸附，直接穿透大孔树脂，导致穿透液多酚含量增加，吸附率降低。

图4 上柱液浓度对大孔树脂吸附槟榔多酚的影响Fig. 4 The effect of concentration of polyphenols on the adsorption rate

2.3.3 上柱液体积对大孔树脂吸附率的影响

在pH＝2.0，上柱液浓度为2.05 mg/mL的条件下，选择上样液体积为50、100、150、200、250 mL相当于2、4、6、8、10倍树脂床体积(2 BV、4 BV、6 BV、8 BV、10 BV)进行上柱，考察不同上样体积对多酚吸附率的影响，结果见图5。

图5 上柱液体积对大孔树脂吸附率的影响Fig. 5 The effect of volume of polyphenols on the adsorption rate

由图5可知，当上样液体积小于6 BV时，S-8大孔树脂对槟榔多酚的吸附率随着上样液体积的增加而增大，但当上样液体积超过6 BV时，大孔树脂对槟榔多酚的吸附率反而明显下降，而且，漏出液多酚的质量浓度超过了上样液浓度的10%，这说明，在槟榔多酚质量浓度为2.05 mg/mL时，当上样液体积为6 BV时，大孔树脂对槟榔多酚的吸附达到了饱和状态，因此选择6 BV为最佳吸附体积。

2.4 大孔树脂动态解析实验

2.4.1 解析液pH对解析率的影响

采用95%的乙醇溶液对吸附的槟榔多酚进行洗脱，固定洗脱体积为4 BV，用1 mol/L的HCl溶液分别调节pH值为2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、考察不同洗脱液pH对大孔树脂解析率的影响，实验结果见图6。

图6 解析液pH对解析率的影响Fig. 6 The effect of elution liquid pH on the elution rate

由图6可以看出，在较低的pH范围内，随着pH的增加，解析率逐渐增加，当pH值为4.0时，解析率达最大值87.50%，继续升高pH值，解析率反而有所下降，并且维持在较低水平，这可能是由于酸性物质在偏碱性条件下有较好的解析率，但pH过高，多酚类物质会发生氧化，导致解析率降低，因此选择pH＝4.0为最佳解析pH。

2.4.2 乙醇浓度对解析率的影响

在pH为4.0，洗脱体积为4BV的条件下，设定乙醇浓度分别为55%、65%、75%、85%、95%，分别测定流出液中多酚含量，考察不同乙醇浓度对解析率的影响，实验结果见图7， 由图8可以看出，随着乙醇浓度的增加，从55%到75%，大孔树脂的解析率不断增加，在75%时达最大解析率87.30%，继续增加乙醇浓度，解析率反而有所下降，这可能是由于在一定范围内，乙醇浓度增加，槟榔多酚的溶解性也不断增加，因而解析率提高，但由于槟榔中的多酚既含醇溶性成分，同时又含有水溶性成分，过高的浓度导致水溶性多酚溶解性降低，同时，高浓度的醇溶液会导致醇溶性杂质的流出，因此解析率会有所下降。因而，选择75%的乙醇为最佳洗脱浓度。

图7 乙醇浓度对大孔树脂解析率的影响Fig. 7 The effect of elution liquid concentration on the elution rate

2.4.3 解析液体积对解析率的影响

采用75%的乙醇，在pH为4.0的条件下，分别选择洗脱体积为2 BV、4 BV、6 BV、8 BV、10 BV进行洗脱，分别测定洗脱液中多酚的含量，考察不同洗脱体积对解析率的影响，实验结果见图8，由图8可以看出，70%的乙醇溶液对大孔树脂的解析率随着洗脱体积的增加而不断增加，当洗脱体积为2 BV时，解析率只有47.74%，当洗脱体积增加到6 BV时，解析率达到75.71%，之后随着洗脱体积的增加，解析率增加不明显，趋于稳定，这可能是由于洗脱体积增大，槟榔多酚与溶剂接触充分，因而解析率增加，当达到6 BV时，槟榔多酚趋于完全解析，因而解析率趋于恒定，因而最佳解析体积为6 BV。

图8洗脱液体积对解析率的影响Fig. 8 The effect of elution liquid volume on the elution rate

3 结 论

采用大孔树脂吸附法对槟榔多酚进行纯化，通过静态吸附实验，得到D-3520、AB-8、S-8、ADS-8、DM-0301五种大孔树脂的最佳吸附时间分别为为4 h、4 h、8 h、2 h、10 h；通过静态解析实验得到 D-3520、AB-8、S-8、ADS-8、DM-0301五种大孔树脂的最佳解析时间分别为6 h、2 h、2 h、4 h、2 h。试验得到S-8大孔树脂对槟榔多酚的吸附率和解析率最大。

通过动态吸附实验得到，pH为2.0，上柱液浓度为2.05 mg/mL、上柱液体积为6 BV时，吸附效果最好；通过动态解析实验得到，解析液pH为4.0、乙醇浓度为75%、解析液体积为6 BV时解析效果最好。

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Purification of poly-phenols from Areca catechu L. nut by five kinds of macroporous resin

PU Yi-хin1, ZHOU Wen-hua1, LI Lan1, ZHOU Wen-juan1, LI Ke2
(1. School of Food Science & Engineering, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China；2.Harbin University of Commerce, Harbin 150076, Heilongjiang, China )

The poly-phenols of Areca catechu L Nut was purified by macroporous resin and the process conditions were optimized. The results show that AB-8 had a better purification rate of of Areca catechu Nut polyphenols among S-8,D-3520,ADS-8,DM-0301,AB-8 macroporous resin,and the best adsorption conditions were as follows: column liquid pH2.0,column liquid concentration 2.05 mg/mL,column liquid volume 6 BV. The best elution conditions were: elution pH4.0,elution concentration 75%,elution volume 6BV. The best adsorption conditions and the best elution conditions make up the optimal process to purify poly-phenols of Areca catechu.

Areca catechu L. nut；poly-phenols；macroporous resin；purification

S792.91

A

1673-923X(2012)02-0100-05

2011-10-1

国家科技支撑项目(2007BAD76B03)

普义鑫(1986—)，男，黑龙江漠河人，硕士研究生，主要从事食品加工方面的研究

周文化(1969—)，男，湖南省澧县人，教授，博士，主要从事食品科学方面的研究

[本文编校：文凤鸣]