大孔吸附树脂对莲房黄酮的吸附分离特性研究

陈红梅

(安庆师范学院生命科学学院，安徽安庆 246011)

莲（Nelumbium nuciferum）为睡莲科多年生水生草本植物，在我国有广泛的种植面积。莲房（lotus seed pod,LS）为其干燥成熟花托，具有化瘀止血袪湿功效，可用于尿血、产后瘀阻等治疗[1]。目前莲房除少数被民间作为食物香料使用外，大部分被丢弃，造成了资源浪费，也严重影响了环境。近年来研究报道，莲房中含有槲皮素、槲皮素-3-二葡萄糖苷、金丝桃苷等黄酮类化合物[2]。黄酮类化合物具有抗氧化、抗辐射、抗肿瘤、降血脂等作用[3-4]，有广泛的应用领域。

大孔吸附树脂是一种人工合成的多孔性的有机高分子聚合物[5-6]，因其具有良好的化学稳定性、吸附选择性强、解吸温和、再生容易、价格低廉等优点，而被广泛用于食品、医药等领域物质的分离纯化中[7-9]。目前未见有采用大孔树脂对莲房黄酮进行分离纯化的报道。本实验采用微波辅助提取法对莲房黄酮进行提取，并利用大孔树脂对莲房黄酮类化合物进行纯化，为充分开发利用莲房黄酮提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

莲房，购于农贸市场，烘干粉碎后过50目筛，备用。

大孔树脂：AB-8、NKA-9、S-8、X-5、H103购于南开大学化工厂；D101、HPD-826、HPD-722购于沧州宝恩吸附材料科技有限公司；芦丁标准品购自上海生化制品厂；亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠均为分析纯。

UV-2000型紫外-可见分光光度计，上海尤尼柯公司；FA2004A型电子天平，上海精天电子仪器有限公司；HH-6型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司；RE-52A型旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 莲房黄酮提取工艺及含量测定

准确称取莲房粉末5.0g放入磨口三角烧瓶中，按料液比1∶1的比例加入70%的乙醇溶液，在350W的微波功率下提取100s，减压蒸馏，浓缩液用石油醚脱色2次后再次过滤，滤渣用70%乙醇溶解并定容至50mL，按“1.3”进行操作，根据测定的吸光度计算黄酮含量。

1.2.2 标准曲线的制作

准确称取芦丁标准品20mg，用70%的乙醇溶解并定容至50mL。精密吸取上述溶液0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL于25mL容量瓶中，分别加入5%的亚硝酸钠溶液2mL，混匀后静置6min，再加入10%的硝酸铝溶液2mL，混匀后静置6min，再加入4%的氢氧化钠溶液2mL，最后用70%乙醇定容，在510nm处测定吸光度。以芦丁质量浓度（C:mg·mL-1)为横坐标，所测吸光度(A)为纵坐标，得到回归方程：A=0.2969C-0.2945，R2=0.9994。

1.2.3 树脂的预处理

将树脂置于95%乙醇溶液中浸泡20h以上，使其充分溶胀，湿法装柱，再用乙醇淋洗，观察洗出液加水后是否变澄清液体，澄清后改用蒸馏水淋洗，洗至无醇味，备用。

1.2.4 树脂吸附率和解吸率测定

取250mL的磨口三角瓶，准确称取5.0g预处理的湿树脂放入其中，再加入50mL莲房黄酮水溶液，盖上瓶塞，置于恒温水浴震荡器上，充分震荡24h，待溶液达到吸附平衡后，过滤，收集滤液，测定溶液中黄酮的浓度，按下式计算树脂的吸附率。

式中Q为吸附量（mg·g-1）；C0为黄酮液初始质量浓度（mg·mL-1）；C1为吸附平衡后溶液中的黄酮质量浓度（mg·mL-1）。

取250mL的磨口三角瓶，将上述吸附饱和的树脂，先用蒸馏水洗涤后，再加入95%的乙醇溶液50mL，置于恒温水浴震荡器上，充分震荡24h，过滤，测定滤液中黄酮浓度，按下式计算树脂的解吸率。

式中Ce为洗脱液黄酮浓度（mg·mL-1）；Ve为洗脱液体积（mL）；C0为黄酮液初始质量浓度（mg·mL-1）；C1为吸附平衡后溶液中的黄酮质量浓度（mg·mL-1）；V为吸附溶液体积（mL）。

1.2.5 静态吸附动力学特性测定

取250mL的磨口三角瓶，准确称取5.0g预处理的湿树脂放入其中，再加入50mL莲房黄酮水溶液，置于恒温水浴震荡器上震荡9h，每隔1h吸取一定体积的溶液，测定其中黄酮含量，绘制静态吸附动力学曲线。

1.2.6 动态吸附实验

1.2.6.1 样液浓度对吸附的影响

将预处理的树脂上柱，将10mL浓度分别为0.5、1、1.5、2mg·mL-1的黄酮溶液以2BV/h的流速加入，每5mL收集一管，测定吸附率。

1.2.6.2 流速对吸附的影响

将预处理的树脂上柱，将10mL 1.0mg·mL-1的黄酮溶液分别以1、2、3、4BV·h-1的流速加入，每5mL收集一管，测定吸附率。

1.2.6.3 pH对吸附的影响

将预处理的树脂上柱，分别调节1.0mg·mL-1黄酮溶液pH值至2.5、3.5、4.5、5.5，取10mL以2BV·h-1的流速加入，每5mL收集一管，测定吸附率。

1.2.7 动态洗脱实验

1.2.7.1 乙醇浓度对洗脱的影响

将预处理的树脂上柱，取10mL 1.0mg·mL-1的黄酮溶液加入，用蒸馏水洗涤至流出液近无色，分别用50%、60%、70%、80%、90%的乙醇溶液以2BV·h-1的流速进行洗脱。

1.2.7.2 洗脱速率对洗脱的影响

将预处理的树脂上柱，取10mL1.0mg·mL-1的黄酮溶液加入，用蒸馏水洗涤至流出液近无色，用75%的乙醇溶液分别以1、2、3、4BV·h-1的流速进行洗脱。

1.2.7.3 动态洗脱曲线

将处理好的树脂装柱后，取黄酮溶液5mL上柱，用蒸馏水洗涤至流出液近无色，再用75%的乙醇溶液以2BV/h的流速洗脱，第1BV收集一管，测定每管中黄酮的浓度，绘制动态洗脱曲线。

2 结果与讨论

2.1 不同大孔树脂的吸附和解吸附效果

在相同条件下对8种大孔树脂进行吸附和解吸附能力测定，结果如表1所示。其中AB-8、X-5、HPD-826、HPD-722具有较高的吸附率，都在80%以上，其中以AB-8的吸附率最大；AB-8、NKA-9、D101、X-5、HPD-722、H103具有较高的解吸率，其中以NKA-9的解吸率最高，达到92.7%，但其吸附率只有73.1%。在选取的8种树脂中，以AB-8、X-5、HPD-722这3种树脂同时表现出较好的吸附效果和解吸附效果。综合考虑，初选AB-8、X-5、HPD-722作吸附动力学特性测定。

表1 大孔树脂吸附率与解吸率比较

2.2 静态吸附动力学特性测定

对AB-8、X-5、HPD-722树脂进行吸附动力学测定，结果如图1所示。从3种树脂的静态吸附动力学曲线可知，AB-8、X-5和HPD-722均为吸附快速平衡型，三者在4h左右基本达到吸附平衡，但AB-8的吸附率始终要高于X-5和HPD-722树脂，表现出更好的吸附动力学特性，因此选择AB-8树脂作进一步的研究。

图1 大孔树脂吸附动力学曲线

图2 黄酮浓度对吸附效果的影响

2.3 AB-8树脂动态吸附试验

2.3.1 样液浓度对AB-8树脂吸附效果的影响

不同样液浓度对AB-8树脂吸附效果的影响见图2。随着样液浓度的增加，树脂对黄酮的吸附率也随之升高。但当样液浓度达到1.5mg·mL-1时，继续增加样液浓度，吸附率呈缓慢增加趋势。考虑到样液浓度太大时有可能会使树脂堵塞，故选择样液浓度为1.5mg·mL-1。

2.3.2 流速对AB-8树脂吸附效果的影响

不同上样流速对AB-8树脂吸附效果的影响见图3。随着上样流速的增加，树脂的吸附率呈下降趋势。流速慢，样液能与树脂充分结合，树脂的吸附率增加。当流速为1BV·h-1时，树脂的吸附率为77.8%。流速的增加可以提高工作效率，当流速增加到3BV·h-1时，树脂的吸附率为73.5%；而当流速增加到43BV·h-1时，树脂的吸附率下降较多。综合考虑树脂吸附率和工作效率，选取上样流速为3BV·h-1较为合适。

2.3.3 样液pH值对AB-8树脂吸附效果的影响

pH的影响主要与溶质的酸碱性质相关，黄酮类化合物属弱酸性化合物，根据“相似相溶”的规则，宜选择在酸性溶液中进行吸附。样液pH值对AB-8树脂吸附效果的影响见图4。由图4可知，pH值为3.5时，树脂的吸附率最高。

图3 流速对AB-8树脂吸附效果的影响

图4 pH对AB-8树脂吸附效果的影响

2.4 动态洗脱试验

2.4.1 乙醇浓度对洗脱效果的影响

乙醇浓度对洗脱效果的影响如图5所示，由图5可知，随着乙醇浓度的增加，洗脱率也呈增加趋势。这可能是因为乙醇浓度增加，减弱了黄酮类物质与树脂之间的吸附作用。当乙醇浓度为70%时，洗脱率达81.4%，而当乙醇浓度继续增加，洗脱率呈缓慢增加趋势。因此，考虑到试剂成本，选择70%的乙醇溶液作为洗脱液，也可以有较好的洗脱效果。

图5 乙醇浓度对洗脱效果的影响

图6 流速对洗脱效果的影响

2.4.2 流速对洗脱效果的影响

流速是影响洗脱效果的重要因素之一，流速慢，洗脱效果好，分辨率高，但洗脱时间长，耗时；流速快，洗脱效果变差，分辨率低，但节约工作时间。因此，选择合适的洗脱流速也至关重要。如图6所示，当流速为1BV·h-1时，洗脱率为86.2%；当流速为2BV·h-1时，洗脱率为79.4%；当流速进一步加快，此时洗脱率也呈快速下降趋势。考虑到洗脱效果和洗脱效率，选择流速为2BV·h-1比较合适。

2.4.3 洗脱曲线的测定

黄酮洗脱曲线如图7所示，以2BV·h-1的流速洗脱时，所得的洗脱曲线峰型较集中，几乎没有拖尾现象。当洗脱体积为3BV时，洗脱液中黄酮浓度达到最高值3.041mg·mL-1，当洗脱液用量在7BV时基本可以将黄酮洗脱完全。

图7 动态洗脱曲线

3 结论

在所选的AB-8、NKA-9、D101、S-8、X-5、HPD-826、HPD-722、H103树脂中，AB-8树脂在对莲房黄酮液的吸附效果和解吸效果方面均有较好的改良，操作简单，可以用于莲房黄酮的纯化。

AB-8树脂对莲房黄酮的最佳层析条件为：上样液浓度为1.5mg·mL-1，上样流速3BV·h-1，样液pH为3.5，乙醇浓度70%，洗脱流速2BV·h-1。

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