NKA大孔樹脂對紫甘薯花色苷動態吸附的研究

區子弁，王麗娟，王琴，*，溫其標

（1.仲愷農業工程學院輕工食品學院，廣東廣州510225；2.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

NKA大孔樹脂對紫甘薯花色苷動態吸附的研究

區子弁1，王麗娟2，王琴1，*，溫其標2

（1.仲愷農業工程學院輕工食品學院，廣東廣州510225；2.華南理工大學輕工與食品學院，廣東廣州510640）

以紫甘薯為原料，研究大孔樹脂對紫甘薯花色苷的吸附特性，優化紫甘薯花色苷的動態吸附條件。通過AB-8、NKA、NKA-Ⅱ、NKA-94種大孔樹脂對紫甘薯花色苷吸附效果的比較，選用NKA大孔樹脂研究其對紫甘薯花色苷的動態吸附情況。紫甘薯花色苷在NKA樹脂上的最佳吸附解吸條件為：吸附流速為2 mL/min，上樣液濃度16 mg/L，用15倍柱床體積的60%(體積分數)酸性乙醇(pH3.0)作為洗脫液，洗脫流速為1.5 mL/min。

大孔樹脂；紫甘薯花色苷；動態吸附

Abstract：Adsorptive characteristics of purple sweet potato anthocyanin and its dynamic adsorption effects are researched used purple sweet potato as raw material.Four kinds of macroporous resin used in purple sweet potato pigments purification are investigated.It is indicated that NKA is a preferable macroporous resin.Dynamic adsorption and desorption of anthocyanins of purple sweet potato with NKA is studied.The results show that adsorption flow rate is 2 mL/min,anthocyanins concentration of sample solution is 16 mg/L,the elution solvent is 15 BV（bed volume）of 60%（v/v）acidified－ethanol（pH3.0）,desorption flow rate is 1.5 mL/min.

Key words:macroporous resin;purple sweet potato anthocyanin;dynamic adsorption

紫甘薯（Ipomoea batatas Poir），又名黑紅薯,薯皮紫黑色,肉紫紅色，富含紫甘薯花色苷色素、胡蘿卜素、黏液蛋白等營養物質。紫甘薯中主要的花色苷為芳香族有機酸酰化的花色苷[1-3]。花色苷(anthocyanin)是一類羥基和甲基化的2-苯基苯并吡喃陽離子（花色素，anthocyanidin)與一個或者多個糖分子通過糖苷鍵結合而成的化合物[4]，具有抗氧化、抗腫瘤、抗衰老和降低血糖等功效[5-6]。目前國內花色苷色素的純化主要用大孔樹脂法，大孔樹脂已廣泛應用于天然色素的提取、分離、純化工作中[7]。與傳統純化工藝比較，大孔樹脂吸附層析法具有工藝簡單、生產成本低、再生方便，所得提取物純度高，不吸潮等優點。采用大孔樹脂純化紫甘薯花色苷的研究已有報道[8-9]，但此類研究主要局限在大孔樹脂靜態吸附條件的選擇上，而對樹脂動態吸附的研究報道較少。本文以紫甘薯為原料，通過微波輔助提取法的紫甘薯花色苷為樣品，研究大孔樹脂對紫甘薯花色苷的吸附特性，優化紫甘薯花色苷的動態吸附條件。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

選擇紫甘薯品種為紫A1：購買于華南理工大學綜合樓菜市場；檸檬酸、乙醇、磷酸氫二鈉等均為分析純；AB-8型、NKA型、NKA-Ⅱ型、NKA-9型大孔樹脂：南開大學化工廠。

JY92-Ⅱ型超聲波細胞粉碎機：寧波新芝科器研究所；NN-V698JS型National微波爐：松下電器產業株式會社；HH-2數顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市宏華儀器廠；TU6型紫外-可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；pHS-25型酸度計：上海虹益儀器儀表有限公司；RE-52A旋轉蒸發器、SHZ-ⅢD型循環水真空泵：上海亞榮生化儀器廠；Z型層析柱Ф1 cm×20 cm：上海精科實業有限公司；電子天平：湘西衡器公司。

1.2 方法

1.2.1 紫甘薯花色苷粗提物的制備

用微波輔助提取法提取紫甘薯花色苷，條件為功率 900 W，提取時間 2 min，料液比 1∶70(g/mL)，pH2.5，得到紫紅色的粗提液。

1.2.2 大孔樹脂的選擇

分別稱取1 g經預處理過的AB-8、NKA、NKA-Ⅱ、NKA-9四種類型的大孔樹脂與50 mL具塞三角燒瓶中，加入 30 mL 色素溶液（A529＝0.800），30 ℃恒溫水浴振蕩，每隔10 min取樣，比較色素溶液在吸附前后吸光度值的變化，吸附率即為（A0-At)/A0×100%，其中A0為初始溶液吸光度值，At為t時刻溶液的吸光度值。

1.2.3 不同吸附流速對大孔樹脂吸附效果的比較

稱取一定質量預處理的大孔樹脂，裝入直徑1 cm、長20 cm的層析柱中，使大孔樹脂高度為12 cm，用pH3.0的磷酸-檸檬酸緩沖溶液稀釋花色苷粗提液，測定其吸光度A0，然后使一定量的(150 mL)稀釋粗提液流經樹脂柱，分別采用 0.5、1.0、1.5、2.0 mL/min 的流速，待樣品液全部通過樹脂柱后，測定流出液的吸光值A1，通過(A0-At)/A0×100%計算吸附率。

1.2.4 不同色素濃度對大孔樹脂吸附效果的比較

稱取一定質量預處理的大孔樹脂，裝入直徑1 cm、長20 cm的層析柱中，使大孔樹脂高度為12 cm，將花色苷粗提液稀釋成不同濃度，分別測定上樣液的吸光度值A0，然后使一定量的花色苷色素溶液150 mL通過樹脂柱，流速為1 mL/min，待樣品液全部通過樹脂柱后，測定流出液的吸光度值A1，計算吸附率。

1.2.5 泄露曲線的測定

稱取一定質量預處理的大孔樹脂，裝入直徑1 cm、長20 cm的層析柱中，使大孔樹脂高度為12 cm，以上述試驗確定的吸附流速和花色苷濃度進行動態吸附，流出液用接收器接收，每10 mL收集一次流分，測定其吸光度值。當流出液的吸光值達到上樣液的吸光值的1/10時，認為已經有花色苷類物質透過，停止上樣，繪制泄露曲線。

1.2.6 不同乙醇濃度對大孔樹脂解吸效果的比較

稱取一定質量的吸附飽和NKA大孔樹脂，裝入直徑1 cm、長20 cm的層析柱中，使大孔樹脂高度為12 cm，然后分別用濃度為20%（體積分數，以下同）、40%、60%、80%的酸性乙醇溶液 (pH3.0，以下同)洗脫，乙醇體積為100 mL，流速為1 mL/min，取一定量的洗脫液用pH3.0的磷酸-檸檬酸緩沖溶液定容后，測定吸光度值，以吸光度值表示乙醇洗脫花色苷的量。

1.2.7 不同解吸流速對大孔樹脂解吸效果的比較

稱取一定質量的吸附至飽和的NKA大孔樹脂，裝入直徑1 cm、長20 cm的層析柱中，使大孔樹脂高度為12 cm，再用100 mL 60%的酸化乙醇洗脫，分別控制不同的流速（0.5、1.0、1.5、2.0 mL/min），取一定量的洗脫液，定容后測定吸光度值，以吸光值表示乙醇洗脫花色苷的量。

1.2.8 洗脫曲線的測定

稱取一定質量預處理的樹脂，用一定濃度的花色苷溶液使其吸附飽和，用蒸餾水洗脫除去水溶性雜質，裝入直徑1 cm、長20 cm的層析柱中，使大孔樹脂高度為12 cm，然后用60%的酸化乙醇洗脫，洗脫流速為1 mL/min，每10 mL收集一次流分，測定其吸光值。根據花色苷在60%酸化乙醇溶液中的工作曲線計算流出液中花色苷含量，繪制洗脫曲線。

2 結果與分析

2.1 大孔樹脂的篩選

大孔樹脂的篩選結果如圖1所示。

由圖1可以看出，NKA-Ⅱ的吸附率最低，但隨著吸附時間的延長，吸附率一直增大，即NKA-Ⅱ達到吸附平衡所需時間較長；而AB-8、NKA-9、NKA達到吸附平衡的時間都在40 min左右，NKA的吸附率最大，為88.89%。因此，本文后續試驗均選用NKA大孔樹脂研究其對紫甘薯花色苷的動態吸附與解吸情況。

2.2 吸附流速對大孔樹脂吸附效果的影響

吸附流速對大孔樹脂吸附效果的影響如圖2所示。

從圖2可以看出，隨著吸附流速的增加，樹脂對紫甘薯花色苷的吸附性能下降。當流速＞2 mL/min時，樹脂的吸附率明顯下降，而在流速<2 mL/min時，雖然樹脂的吸附率也較高，但是導致試驗的循環周期延長，所以將吸附流速控制為2 mL/min。

2.3 上樣濃度對大孔樹脂吸附效果的影響

上樣濃度對大孔樹脂吸附效果的影響見圖3。

由圖3得，在上樣濃度為20 mg/L前，隨著上樣溶液濃度的增加，樹脂的吸附率開始沒有明顯變化，在上樣濃度達到20 mg/L后，隨著濃度的繼續增大，吸附效率明顯下降，說明大孔樹脂對紫甘薯花色苷的吸附已達到飽和。從充分利用樹脂和節約紫甘薯花色苷兩方面考慮，NKA型大孔樹脂的上樣濃度為16 mg/L。

2.4 泄露曲線的測定

吸附泄露曲線見圖4。由圖4可以看出，隨著上樣體積的增加，流出液中花色苷色素的含量增加，即樹脂對花色苷的吸附效果隨上樣體積的增加而下降。當流出液中花色苷吸光度達到上樣液花色苷色素的吸光值的1/10時，認為已經出現泄露，此時上樣液體積達到200 mL。

2.5 乙醇濃度對解吸效果的影響

乙醇濃度對解吸效果的影響如圖5所示。

由圖5可以看出，在一定范圍內，隨著乙醇濃度增加，紫甘薯花色苷的吸光值也隨之增加，當乙醇的濃度達到60%時，花色苷色素的吸光值也達到最大，再增加乙醇濃度，花色苷吸光值的變化并不顯著。因此，從經濟角度考慮，選用60%的酸性乙醇進行洗脫。

2.6 解吸流速對解吸效果的影響

流速對解吸效果的影響見圖6。

從圖6可得，隨著解吸流速的增加，樹脂對花色苷色素的解吸性能呈下降趨勢，說明流速增加不利于樹脂對花色苷的解吸，可能是若流速過快，洗脫劑不能與被吸附的花色苷充分作用而將其從樹脂上洗脫出來。但若流速過低，將導致整個生產周期的延長，本試驗選擇1.5 mL/min。

2.7 解吸曲線的測定

解吸曲線如圖7所示。

由圖7可以看出，采用體積分數為60%的酸性乙醇，能夠較好的解吸被樹脂吸附的花色苷。當達到洗脫高峰時，40 mL洗脫液洗脫出占總量67.28%的花色苷；洗脫液用去80 mL時，洗脫出占總量98.16%的花色苷，洗脫液用去90 mL時，洗脫出占總量99.11%的花色苷；因此，90 mL洗脫液基本上可以將花色苷洗脫下來。

3 結論

比較 AB-8、NKA、NKA-Ⅱ、NKA-9 對紫甘薯花色苷的吸附效果，研究表明經用微波輔助法提取紫甘薯花色苷，所得的粗提取液經NKA大孔樹脂過柱純化，吸附效果最好。紫甘薯花色苷在NKA樹脂上的最佳吸附解吸條件為：吸附流速為2 mL/min，上樣液濃度16 mg/L，用15倍柱床體積的60%酸性乙醇作為洗脫液，洗脫流速為1.5 mL/min。純化后的紫花色苷液再經蒸發濃縮、冷凍干燥即得紫紅色粉末狀紫甘薯花色苷。

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Research on Dynamic Adsorption of Purple Sweet Potato Anthocyanins by NKA Macroporous Resin

OU Zi-bian1,WANG Li-juan2,WANG Qin1，*,WEN Qi-biao2
（1.College of Light Industry and Food，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，Guangdong,China；2.College of Light Industry and Food Sciences，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong,China）

2009-08-11

廣東省科技攻關項目（2006B20401019）

區子弁（1985—），男（漢），碩士研究生，研究方向：天然活性物質提取與純化。

*通訊作者：王琴，副教授，博士，主要從事天然活性物質研究與開發。