大孔树脂纯化枣皮红色素的初步工艺

赵文恩，李 勇

(郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001)

0 引言

作为天然色素，大枣枣皮红色素的开发利用已为国内研究热点.目前的研究报道多侧重于大枣红色素提取、稳定性、抗氧化和物理化学性质方面［1-4］，尤以提取工艺研究较多，如刘蒲等［5］提出碱液适用于提取枣皮红色素;孙灵霞等［6］认为枣皮红皮红色素最佳提取工艺为0.3 mol/L NaOH在85℃下浸提;韩立宏等［7］提出超声波辅助纤维素酶-碱液提取大枣皮红色素的最佳工艺条件:酶用量为底物的1.26%，酶解温度51.90℃，pH 5.19，酶解时间60 min，体积分数1.0%碱液80℃提取;吴绍武等［8］运用响应面分析法得到滩枣枣皮色素最佳提取工艺条件为0.37 mol/L NaOH在85℃浸提;李茜倩等［4］认为大枣枣皮红色素的最佳提取工艺条件为0.2 mol/L NaOH在80℃浸提.从已经发表的文献来看，对枣皮红色素组成和结构的研究报道很少，且很不一致.常世敏等［9］认为冬枣果皮中含有花色苷和黄酮两类色素化合物;夏敦岭等［10］用高效液相色谱法检测冬枣果皮黄酮提取样含有四种黄酮;张琼等［11］用液质联用技术在4种枣果皮中均检测到8种黄烷醇类物质、4～5种黄酮醇类物质，未检测到花色苷类物质;念红丽等［12］用高效液相色谱法在冬枣皮中检测到儿茶素、表儿茶素和香豆酸三种多酚，这些作者从包括冬枣在内的枣果皮中检测到的是黄酮类物质.吴绍武等［8］通过液质联用技术推测山西滩枣枣皮红色素中有3个化合物的分子量分别是 342.2，363.3 和328.1.另一方面，樊君等［13］提出大枣红色素为羟基蒽醌类衍生物;李晓等［14］从枣皮红色素的碳酸钠萃取组分中得到蒽醌类化合物.由之可知，大枣枣皮红色素组成、化学属性及结构至今不明，这严重妨碍到对其的开发利用，为此需要对枣皮红色素进行分离纯化以确定其结构.

大孔树脂吸附能力强，解吸容易，操作简单，洗脱试剂消耗少，因此，选用大孔树脂对枣皮红色素做初步分离.笔者考察大孔树脂AB-8对枣皮红色素的吸附解吸性能，选出性能较优的大孔树脂，并研究确定该树脂对于枣皮红色素的纯化工艺条件，为枣皮红色素初步分离提供依据.

1 实验材料与方法

1.1 材料与仪器

大枣为新疆干红枣.选择饱满完整的红枣，沸水中煮5 min后立即放入冷水中，剥下枣皮，除净粘附的果肉，将枣皮在50℃烘干至恒重，即为实验用大枣皮.

大孔树脂AB-8，购自天津南开大学化工厂;氢氧化钠、甲醇、乙醇、乙酸乙酯均为国产分析纯.

RE-52AA旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂;501型超级恒温水浴，上海浦东荣丰科技仪器有限公司;SHZ-D循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限责任公司;PHS3-3C型精密酸度计，上海大普仪器有限公司;BT423S型电子分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司;HZS-H水浴振荡器，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司;UV-2450紫外-可见分光光度计，岛津公司;DZF型真空干燥箱，北京中兴伟业仪器有限公司.

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备

按照提取枣皮红色素的最佳工艺［4］来提取:NaOH溶液浓度0.2 mol/L，提取温度80℃，提取时间2.5 h，料液比1∶25(料液比单位:g/mL，下同)，提取级数为2级.提取的枣皮红色素过滤后，用盐酸调至pH至5，旋蒸浓缩，然后放入真空烘箱中干燥，得到枣皮红色素粗提物.

1.2.2 枣皮红色素标准曲线的绘制

精确称取0.4000 g枣皮红色素粗提物，充分溶于500 mL蒸馏水中，静置2 h后取上清液，以蒸馏水做空白对照，用紫外-可见分光光度计扫描在200～600 nm波长范围内的上清液吸光度，得到枣皮红色素在紫外-可见区间的波谱图，确定最大吸收波长λmax=289 nm.在λmax=289 nm波长下，该上清液吸光度A=1.567 0，静置24 h后，吸光度保持不变，表明该上清液性质非常稳定，可作为枣皮红色素标准溶液.

精确量取枣皮红色素标准溶液置于7个50 mL容量瓶中，以蒸馏水定容、摇匀，以蒸馏水为空白对照，在λmax=289 nm波长下测定吸光度.以枣皮红色素浓度C(mg/mL)为横坐标，吸光度A为纵坐标绘制标准曲线图(如图1)，用最小二乘法作线性回归，得回归方程:

A=0.012 68+2.050 18C，R2=0.999 65，SD=0.016 12.

回归方程表明，枣皮红色素吸光度与浓度在0.053 4～0.800 0 mg/mL范围内线性关系良好.

下面研究所分析的“抽滤液”通过紫外-可见分光光度计扫描的波谱图与标准物的波谱图一致，最大吸收波长都是在λmax=289 nm，这表明与标准物的成分是基本一致的，相对误差在1% ～3%，相对于初步分离条件，误差是允许的，因此下面实验可用该标准曲线.

1.2.3 大孔树脂吸附率和解吸率测定

吸附率测定:精确称取预处理好的树脂，分别加入稀释的枣皮红色素溶液40 mL，放入恒温水浴振荡器(振速为66 r/min，温度25℃)，吸附12 h后取出过滤，测量滤液体积V1，并测定滤液在λmax=289 nm波长下吸光度A1，过滤后含色素的树脂留下备用.

解吸率测定:将过滤后的树脂放入锥形瓶中，加入20 mL体积分数为50%的乙醇水溶液，放入恒温水浴振荡器(振速与温度同上)，解吸12 h后取出过滤，测定滤液体积 V2，并测定滤液在λmax=289 nm波长下吸光度A2.

根据上述标准曲线回归方程求出相对应的浓度C，计算各树脂的吸附率和解吸率，由此筛选出枣皮红色素吸附与解吸最适的大孔树脂.

吸附率和解吸率的计算公式如下:

吸附率=(V0C0-V1C1)/V0C0×100%;

解吸率=V2C2/(V0C0-V1C1)×100%.

图1 吸光度与浓度的标准曲线Fig.1 The standard curve of the absorbance and the concentration

2 结果与讨论

2.1 单因素法确定影响吸附的因素

2.1.1 吸附体积浓度的确定

精确称取3 g预处理好的树脂，分别加入0.1，0.2，0.4，0.6，0.7，0.8，0.9，1.2 mg/mL 枣皮红色素溶液40 mL，放入恒温水浴振荡器(振速为66 r/min)，在25℃恒温吸附5 h后过滤，测定滤液的吸光度，计算静态吸附率，考察溶液质量浓度对树脂AB-8吸附的影响.静态吸附率分别为12.1% 、15.2% 、17.1% 、18.1% 、18.7% 、19.2% 、18.8%、17.7%.结果表明:随着溶液浓度的增加，静态吸附率增加，当体积浓度为0.8 mg/mL时，静态吸附率最大(19.2%)，若质量浓度继续增加，静态吸附率开始下降，因此，选择体积浓度为0.8 mg/mL.

2.1.2 料液比的确定

精确称取预处理好的树脂，分别按3∶40、6∶40、10∶40、20∶40、30∶40、50∶40、70∶40、90∶40、150∶40(料液比单位:g/mL，下同)的比例加入体积浓度为0.8 mg/mL枣皮红色素溶液，放入恒温水浴振荡器(振速为66 r/min)，在25℃恒温吸附5 h后过滤，测定滤液的吸光度，计算静态吸附率，考察料液比对树脂AB-8吸附的影响.静态吸附率分别为13.8%、27.6%、32.3%、41.4%、53.9%、62.0%、65.1%、65.6%、65.8%.结果表明:随着料液比的增加，静态吸附率增加，当料液比达到90∶40时，静态吸附率增长趋向稳定，因此选择料液比为90∶40.

2.1.3 静态吸附平衡时间的确定

精确称取预处理好的AB-8树脂于锥形瓶中，按料液比90∶40加入体积浓度为0.8 mg/mL的枣皮红色素溶液40 mL，放入恒温水浴振荡器(振速为66 r/min，温度25℃)吸附，每隔30 min从上清液中取样测定吸光度，观察吸附率的变化，以吸附率为纵坐标，时间为横坐标做树脂AB-8静态吸附曲线，确定静态吸附平衡时间.

图2 大孔树脂AB－8的吸附平衡曲线Fig.2 The adsorption equilibrium curve ofmacroporous resin AB－8

由图2可以看出，在开始的一段时间内，AB-8树脂对枣皮红色素的吸附率在逐渐增大.随着时间的延长，吸附率增加趋缓，在3.5 h时吸附率不再增加，表明树脂对色素的吸附达到饱和，即达到吸附平衡.看来，用AB-8树脂柱对枣皮红色素纯化时，上样后吸附静置的时间应不低于3.5 h，以使枣皮红色素被充分吸附，再用溶剂进行洗脱.

2.1.4 验证试验

按上述单因素优选出的纯化工艺:吸附体积浓度为0.8 mg/mL，料液比为90∶40，静态吸附时间为3.5 h进行了3次试验，吸附率分别为65.8%、65.3%、65.6%，说明具有良好的重复性.在此条件下，大孔树脂AB-8对枣皮红色素的吸收率为65.6%.

2.2 洗脱剂的确定

精确称取已吸附色素饱和的AB-8树脂30 g，分别用20 mL蒸馏水、体积分数为50%甲醇水溶液、体积分数为50%乙醇水溶液、体积分数为50%乙醇+体积分数为50%乙酸乙酯混合液洗脱色素，放入恒温水浴振荡器(振速为66 r/min，温度25℃)洗脱5 h后过滤，测滤液吸光度值，计算解吸率，考察洗脱剂对解吸率的影响.解吸率分别为 20.6%、74.2%、81.1%、51.7%，结果表明50%乙醇水溶液的解吸效果最佳，解吸率达到81.1%，乙醇水溶液无毒，价格较便宜，可以回收，因此，选择乙醇水溶液对AB-8树脂进行洗脱.

2.3 洗脱剂浓度的确定

精确称取已吸附色素饱和的AB-8树脂30 g，分别用20 mL体积分数为10%、30%、50%、70%、90%的乙醇水溶液洗脱，并与依次用10 mL体积分数为10%，20%，…，90%的乙醇水溶液梯度洗脱作对比，放入恒温水浴振荡器(振速为66 r/min，温度25℃)洗脱5 h后过滤，测滤液吸光值，计算解吸率，依解吸率大小确定洗脱剂的浓度.如表1所示.

表1 洗脱剂浓度对AB－8树脂解吸枣皮红色素的影响Tab.1 The effect of eluent concentration on AB －8 desorption of jujube skin haematochrome

由表1可以发现，梯度洗脱比单个浓度洗脱效果有明显优势，梯度洗脱解吸率为98.2%，树脂上的色素几乎完全洗脱，因此选择依次用体积分数为10%，20%，…，90%的乙醇水溶液梯度洗脱.

3 结论

AB-8型大孔吸附树脂是苯乙烯型非极性共聚体，具有较大的比表面积，适于天然产物的初步纯化.大孔树脂AB-8对于枣皮红色素吸附的最佳工艺:吸附体积浓度0.8 mg/mL、静态吸附时间3.5 h、料液比90∶40，在该工艺条件下，静态吸附率最大，为65.6%;大孔树脂AB-8的洗脱工艺:依次用体积分数为10%，20%，…，90%乙醇水溶液梯度洗脱，洗脱率98.2%.大孔树脂AB-8对于枣皮红色素有较优的吸附率与解吸率，选择大孔树脂AB-8用于枣皮红色素的初步分离.

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