大孔樹脂分離純化文冠果落果總黃酮的工藝研究

石光波，楊素芝，李正娟，孫宜君，李青葉，趙肖榮，李博生（1.北京林業大學生物科學與技術學院，北京10008；2.北京林業大學林業食品加工與安全北京市重點實驗室，北京10008；.赤峰市林業科學研究院，內蒙古赤峰100024；4.北京林業大學螺旋藻研究所，北京10008）

大孔樹脂分離純化文冠果落果總黃酮的工藝研究

石光波1，2，楊素芝3，李正娟1，2，孫宜君1，2，李青葉1，2，趙肖榮1，2，李博生2，4，*
（1.北京林業大學生物科學與技術學院，北京100083；2.北京林業大學林業食品加工與安全北京市重點實驗室，北京100083；3.赤峰市林業科學研究院，內蒙古赤峰100024；4.北京林業大學螺旋藻研究所，北京100083）

以總黃酮吸附量為考察指標，采用分光光度法進行測定，先從D101、AB-8、HPD-400、D001、X-5五種不同類型大孔樹脂中篩選出靜態分離純化文冠果落果總黃酮的最佳樹脂，再對該樹脂進行動態吸附工藝參數研究，以確定其對文冠果落果總黃酮的最優純化方案。結果表明，HPD-400型大孔樹脂對文冠果落果總黃酮分離純化效果最好，優選工藝條件：上樣液濃度0.53 mg/mL，上樣液pH3.0，上樣體積為1.5 BV，上樣流速為3 BV/h；洗脫流速為2 BV/h，去離子水除雜體積2 BV，40%乙醇洗脫液3 BV，產物中總黃酮純度45.79%。上述采用HPD-400型樹脂分離純化文冠果落果總黃酮效果最好，且具有工藝穩定性。

文冠果落果，總黃酮，大孔樹脂，靜態吸附，動態吸附

文冠果（Xanthoceras sorbifolia Bunge）隸屬無患子科（Sapindaceae）文冠果屬（Xanthoceras Bunge）［1］，又名文官果，是我國特有的木本油料樹種，主要分布于北方山西、陜西、內蒙古、遼寧等省份［2］。近年來倍受關注并廣泛種植，現全國有成林約25萬公頃［3］。文冠果全身都是寶，對文冠果的研究目前主要集中于

種仁榨油［4］；種皮香豆素等活性物質提取［5-6］；果殼皂苷生物活性物質研究［7］；樹枝木材的中蒙醫藥開發利用［8］等方面。然而文冠果“千花一果”，座果率極低，落果是導致座果率低的重要原因之一。據筆者在赤峰地區采樣統計，五月末至六月中旬集中有兩次落果，落果率高達90%以上［9］。該部分落果資源量大，且亦是植物有效光合作用產物，對其合理開發利用可極大推動文冠果產業的發展，然而至今對文冠果落果的研究尚未見報道。經前期實驗研究發現，文冠果落果含多糖、多酚、黃酮等生物活性物質，其中黃酮類物質含量高達58.69 mg/g，是沙棘葉黃酮22 mg/g［10］的2.5倍。黃酮類物質是植物的次級代謝產物，具有較高的生物活性如抗氧化、抗腫瘤、治療阿茲海默癥等［11-12］，是部分藥品及保健品的核心成分。目前針對黃酮類物質的純化主要應用高速逆流色譜，聚酰胺樹脂和大孔樹脂等方法，其中大孔樹脂因其高效、穩定、經濟可重復利用等優勢，在總黃酮分離純化中應用最為廣泛，如分離純化刺梨、山香圓葉、鷹嘴豆、肺形草總黃酮等［13-16］。但如何應用大孔樹脂對文冠果落果總黃酮進行分離純化，尚屬該領域研究空白。本研究通過對大孔樹脂類型選擇的探索及最佳工藝參數的設定，旨在為應用大孔樹脂對文冠果落果總黃酮分離純化提供有效方案，亦在為文冠果落果資源的利用開辟一條新途徑，以期提高文冠果綜合開發經濟價值，從而推動文冠果研究與生產的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

文冠果落果 收集于赤峰市林科院苗圃；蘆丁標準品 純度＞98%，東京化成工業株式會社；大孔樹脂D101、AB-8、HPD-400、D001、X-5 北京科百奧生物技術有限公司；亞硝酸鈉、氫氧化鈉、氯 均為分析純，天津津科精細化工研究所；無水乙醇 分析純，北京化工廠。

CP214電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司；722型分光光度計 上海舜宇恒平儀器有限公司；TD5A臺式低速離心機 湖南赫西儀器裝備有限公司；SHZ-Ⅲ循環水式多用真空泵 上海知信實驗儀器技術有限公司；SHA-BA水浴恒溫振蕩器 金壇市榮華儀器制造有限公司；BT-100恒流泵、BS-100A自動部分收集器 上海滬西分析儀器廠有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 文冠果落果粗黃酮提取液的制備 將收集來的文冠果落果清水沖洗去沙土等雜質，烘箱內60℃烘干。粉碎機磨粉，過60目篩，制成文冠果落果粉。稱取一定量文冠果落果粉，按料液比1∶40（g/mL）加入體積分數40%的乙醇水溶液，80℃水浴熱回流提取3 h。將提取液在4000 r/min離心15 min，棄去不溶物。濾液減壓蒸發濃縮（蒸至無醇味浸膏狀），加少量去離子水溶解，作為原液保存備用。

1.2.2 蘆丁標準曲線的制備 精密稱取10 mg蘆丁置于100 mL容量瓶中用去離子水定容，配成濃度為0.1 mg/mL蘆丁標準溶液。分別取0.2、0.6、1.0、1.5、2 mL蘆丁標準溶液，加入0.3 mL質量分數5%亞硝酸鈉溶液，搖勻靜置6 min，加入0.3 mL質量分數10%氯化鋁溶液，搖勻靜置6 min，加入2 mL質量分數4%氫氧化鈉溶液，定容至10 mL，搖勻后靜置15 min，在510 nm處測其吸光值［17］。以蘆丁濃度為橫坐標，溶液吸光值為縱坐標繪制曲線并進行線性回歸，得回歸方程Y=0.9587X+0.0001（R2=0.9999），在0.01～0.1 mg/mL范圍內線性關系良好。

1.2.3 大孔樹脂的預處理 分別取一定量的D101、AB-8、HPD-400、D001、X-5型大孔樹脂，置于錐形瓶內。加入95%乙醇浸泡24 h，充分溶脹后，用去離子水清洗至無醇味，除去破碎及細小樹脂。再用3%鹽酸溶液浸泡3 h，去離子水洗至中性。最后用4%氫氧化鈉溶液浸泡3 h，去離子水洗至中性并浸泡備用。

1.2.4 大孔樹脂的篩選 按照大孔樹脂不同極性及吸附特性，選擇D101、AB-8、HPD-400、D001、X-5五種類型大孔樹脂進行靜態吸附及洗脫實驗，以篩選出最適于文冠果落果黃酮吸附分離純化的大孔樹脂類型。精密稱取預處理好的D101、AB-8、HPD-400、D001、X-5型濕樹脂（濾紙吸干表面水分）各1.0 g，置于50 mL具塞錐形瓶內，加入濃度為2.64 mg/mL文冠果總黃酮提取液20 mL，置于25℃水浴搖床中，振蕩搖勻吸附10 h。用適量去離子水清洗大孔樹脂表面未吸附黃酮至無色，合并濾液并測定其吸光值，計算得出各類型樹脂的靜態飽和吸附量、吸附率。

大孔樹脂靜態飽和吸附量及吸附率計算公式：

飽和吸附量（mg/g）=（上樣液總黃酮濃度×上樣液體積-濾液總黃酮濃度×濾液體積）/大孔樹脂質量

吸附率（%）=（1－濾液中總黃酮濃度×濾液體積/上樣液總黃酮濃度×上樣液體積）×100

將上述已達飽和吸附的不同類型大孔樹脂分別置于50 mL具塞錐形瓶內，加入40 mL體積分數為60%的乙醇水溶液，在25℃水浴搖床內靜態洗脫，振蕩搖勻解吸附10 h。測定濾液中總黃酮的濃度，計算得出各類型樹脂的解吸率。

不同類型大孔樹脂解吸率計算公式：

解吸率（%）=洗脫液總黃酮濃度×洗脫液體積/靜態飽和吸附量×100

1.2.5 文冠果落果總黃酮吸附純化條件的優化

1.2.5.1 最適上樣液pH的確定 取一定量HPD-400濕樹脂吸干表面水分后，精密稱取2.0 g每份，共5份，分別至于50 mL具塞磨口錐形瓶內，精確加入濃度為2.64 mg/mL文冠果總黃酮原液各20 mL，用鹽酸調節pH至2.0、3.0、4.0、5.0、6.27（原液pH）置于25℃恒溫水浴振蕩器中，振蕩搖勻吸附10 h。過濾，用去離子水沖洗至溶液無顏色。向吸附后大孔樹脂中加入40 mL體積分數為60%的乙醇水溶液，于25℃水浴搖床內靜態洗脫，振蕩搖勻10 h。測定濾液中總黃酮的濃度，計算其吸附率。

1.2.5.2 最適上樣液濃度的確定 將預處理好的HPD-400型大孔樹脂濕法裝柱，層析柱規格20 cm×φ10 mm。將濃度為2.64 mg/mL原液分別稀釋成濃度為：0.26、0.53、1.06、2.18、2.64 mg/mL的溶液，各取20 mL，調節pH為3.0，上樣流速為2 BV/h，以同樣流

速用2 BV去離子水清洗除雜，再用4 BV體積分數40%乙醇溶液洗脫，測定洗脫液中總黃酮的濃度，計算對上樣液中總黃酮的吸附率，得出最適上樣液濃度。

1.2.5.3 最適上樣流速的確定 將20 mL濃度0.53 mg/mL黃酮溶液，調節pH為3.0，分別設置流速為1、2、3、4、5 BV/h進行上樣，以2 BV/h的流速用2 BV去離子水清洗除雜，再用4 BV體積分數40%乙醇溶液洗脫，測定其洗脫液濃度，計算對上樣液中總黃酮吸附率，得出最適上樣流速。

1.2.5.4 黃酮上樣量穿透實驗 將濃度為0.53 mg/mL黃酮溶液，pH調節至3.0進行上樣，流速為2 BV/h，濾液按每管5 mL進行分段收集，測其吸光值，繪制出黃酮泄漏曲線，并計算得出大孔樹脂飽和吸附量。

1.2.5.5 乙醇梯度洗脫實驗 將濃度為0.53 mg/mL黃酮溶液，pH調節至3.0取25 mL進行上樣，上樣流速為2 BV/h，以2 BV去離子水清洗除雜，流速同為2 BV/h，再分別用體積分數為20%、40%、60%、80%、95%乙醇溶液各50 mL進行洗脫，分段收集洗脫液測定吸光值，計算得出各洗脫液中總黃酮的含量百分比。

洗脫液中總黃酮含量百分比計算公式：

總黃酮含量百分比（%）=洗脫液體積×洗脫液中總黃酮濃度/（上樣液總黃酮濃度×上樣液體積-濾液總黃酮濃度×濾液體積）×100

1.2.5.6 乙醇洗脫液濃度的確定 取濃度為體積分數20%、30%、40%、50%、60%的乙醇溶液按1.2.5.5實驗條件再次進行洗脫實驗，并最終確定最適乙醇洗脫液濃度。

1.2.5.7 乙醇洗脫液用量的確定 將濃度為0.53 mg/mL黃酮溶液，pH調節至3.0進行上樣，流速為2 BV/h，以2 BV去離子水清洗除雜，流速同為2 BV/h，用40%乙醇溶液進行洗脫，洗脫流速不宜過快，應使被吸附的黃酮在大孔樹脂內部充分解吸出來，使洗脫干凈徹底，參照文獻報道［18-21］，確定為2 BV/h。每管5 mL收集洗脫液，分別測其吸光值，計算總黃酮含量，繪制不同體積洗脫曲線，確定洗脫液用量。

1.3 數據處理

應用SPSS 18.0進行實驗數據處理。

2 結果與分析

2.1 不同類型大孔樹脂對總黃酮吸附和解吸的影響

不同類型大孔樹脂對總黃酮的吸附量，吸附率及解吸率具有一定差異，結果如表1所示，HPD-400型大孔樹脂分離純化黃酮，吸附率及解吸率均高于其他類型。其吸附率高于AB-8型約10%，解吸率是D001型的1.46倍，綜合考慮5種樹脂的吸附與解吸性能，選擇HPD-400型樹脂為研究對象，進一步優化其對文冠果落果總黃酮的純化工藝。而在大孔樹脂的極性上分析，不同極性代表不同的表面電性，即對被吸附物質的氫鍵作用力不同，具有相似相吸原理。強極性樹脂從非極性溶液中吸附極性物質，中等極性樹脂從溶液中吸附極性與非極性物質，而非極性或弱極性樹脂從極性溶液中吸附非極性物質。因此可以初步判斷，文冠果落果總黃酮類物質既有極性類，又有非極性類，推測黃酮及黃酮醇類物質含量較多。

表1 大孔樹脂不同類型篩選實驗結果Table1 Experimental results of different types of macroporous resins

2.2 不同上樣液pH對總黃酮吸附率的影響

隨著上樣液pH的升高，HPD-400大孔樹脂對總黃酮吸附率呈下降趨勢，吸附率變動范圍為80.29%～67.28%，pH為2.0～3.0時，吸附率下降趨勢緩慢，只下降了1.46%，而pH3.0～6.27時吸附率下降較明顯，累計下降了11.55%。而目標pH越低，鹽酸添加量越多，考慮到擴大化生產時鹽酸添加量較大等因素，選擇最適上樣液pH為3.0。

圖1 不同上樣液pH對吸附率的影響Fig.1 Effect of sample pH on adsorption capacity of HPD-400 resin

2.3 不同上樣液濃度對總黃酮吸附率的影響

總黃酮吸附率隨著上樣液濃度的升高而降低，實驗結果如圖2所示。分析原因，可能是由于高濃度黃酮溶液堵塞了大孔樹脂顆粒中的液體通路，導致吸附不完全，使得吸附率下降。但上樣液濃度為0.26 mg/mL與0.53 mg/mL時無顯著差異（p＞0.05），考慮

到上樣液濃度越小即原液稀釋倍數越大，上樣量總體積也越大，實驗所需的時間越長，為提升實驗效率選擇0.53 mg/mL為最佳上樣濃度，進行后續實驗研究。

圖2 不同上樣液濃度吸附率圖Fig.2 Effect of different sample concentration on adsorption capacity of HPD-400 resin Results of

2.4 不同上樣流速對總黃酮吸附率的影響

總黃酮吸附率隨上樣流速增大總體呈下降趨勢，結果如圖3所示，吸附率依次由89.89%降至85.34%。1～3 BV/h時下降趨勢平緩，而3～4 BV/h時吸附率下降趨勢明顯。通常情況下，被吸附物質通過樹脂柱速度越慢，越能和樹脂充分接觸，從而更好地被吸附。流速過大時，沖擊效果明顯，黃酮類物質不能充分流經大孔樹脂內部而從樹脂表面間隙中快速通過，導致吸附效果較差。由實驗結果可知3 BV/h比2 BV/h吸附率只下降了0.02%，綜合考慮時間因素，兼顧提升工作效率，選擇3 BV/h為最適上樣流速。

圖3 不同上樣流速吸附率圖Fig.3 Effect of different sample flow rate on adsorption capacity of HPD-400 resin

2.5 總黃酮吸附泄漏曲線繪制

按上述所確定條件，上樣液pH為3.0，上樣液濃度為0.53 mg/mL，上樣流速為3 BV/h，進行動態吸附實驗。分段收集流出液，每份5mL，共收集29管。以流出液中總黃酮濃度為檢測指標，繪制泄漏曲線，結果如圖4所示。從圖4中可知，1～5號收集管中隨著流經大孔樹脂的上樣液增多，流出液中黃酮濃度不斷增高，在5號管內即上樣液達1.5倍柱床體積時泄漏量達上樣液濃度的1/5，達到了泄漏點質量濃度。繼續增加上樣液體積，流出液中黃酮大量泄漏，且呈現不規則曲線，可能為上樣量過多將部分大孔樹脂堵塞，黃酮流經通路混亂所致。為避免上樣量過大造成泄漏使得黃酮提取液的浪費，因此上樣液體積確定為1.5 BV。

圖4 黃酮吸附泄露曲線Fig.4 Flavonoid adsorption leakage curve

2.6 不同濃度乙醇洗脫液對大孔樹脂洗脫的影響

2.6.1 乙醇梯度洗脫實驗結果 分別用體積分數為20%、40%、60%、80%、95%乙醇溶液各50 mL的進行洗脫，測定其吸光值，按標曲計算得出各部分總黃酮含量分別為37.62%、33.38%、6.62%、6.07%、3.86%累積達到總上樣量中黃酮的87.56%，當乙醇濃度為20%～60%時，吸附在大孔樹脂上的黃酮被大量洗脫出來，洗脫率達到總洗脫量的88.66%，因此選取20%～60%乙醇洗脫液做重復實驗以確定最適洗脫液乙醇濃度。

2.6.2 不同濃度乙醇洗脫液對總黃酮含量的影響

分別用乙醇濃度為20%、30%、40%、50%、60%的洗脫液對上樣吸附后的大孔樹脂柱進行洗脫，測定洗脫液吸光值，計算洗脫溶液總黃酮百分含量。由圖5可見，隨著洗脫液中乙醇濃度的增大，洗脫液中黃酮含量呈現先增大后減小的趨勢，當乙醇濃度為40%時為最適洗脫液濃度，對總吸附黃酮的洗脫率達91.71%。推測原因可能為總黃酮中有部分為水溶性的，當乙醇濃度增大時，該部分水溶性黃酮未被充分洗脫出來，影響最終得率，因此，確定乙醇洗脫液濃度為40%。

圖5 不同乙醇濃度洗脫液洗脫黃酮含量百分比Fig.5 Result of different ethanol concentration elution

2.7 不同體積洗脫液對總黃酮得率的影響

由圖6可知，洗脫體積達45 mL后洗脫液中黃酮含量很少，可視為洗脫終點，累計洗脫黃酮總量95.59%，因此確定洗脫液體積為45 mL即3 BV。

圖6 洗脫液不同體積黃酮含量曲線Fig.6 Concentration curve of different volume of elution

2.8 最佳工藝參數驗證性實驗

根據上述實驗結果，按最佳工藝條件進行操作，取質量濃度為0.53 mg/mL的文冠果落果黃酮提取液

1.5 BV，調節pH為3.0，以3 BV/h流速上樣，洗脫流速2 BV/h依次用去離子水2 BV清洗表面未吸附黃酮及雜質，40%乙醇水溶液3 BV進行洗脫。收集洗脫液，測定總黃酮的含量。濃縮干燥，并計算干粉中總黃酮的質量分數。重復實驗3次，結果分別為44.97%、45.82%、46.58%，RSD值為1.76%，穩定性好。總黃酮含量由原凍干粉中270 mg/g提升為458 mg/g，質量分數由27.01%提升為45.79%（均值），HPD-400可以有效純化文冠果落果總黃酮。

3 結論與討論

通過對五種不同類型大孔樹脂靜態吸附、解吸性能的比較研究，篩選出了文冠果落果最適總黃酮分離純化的樹脂類型，即HPD-400，其靜態飽和吸附量為15.82 mg/g，吸附率為66.89%，解吸率59.45%。經過對HPD-400型樹脂動態吸附解吸條件的研究，確定了其對文冠果落果總黃酮最佳分離純化條件：上樣液濃度0.53 mg/mL，pH3.0，流速3 BV/h，上樣體積1.5 BV，去離子水2 BV清洗表面除雜，洗脫液流速2 BV/h，乙醇洗脫液濃度40%，洗脫液體積3 BV。經大孔樹脂純化后，黃酮得到精制，由原來凍干粉中含量270 mg/g提升至純化后的458 mg/g，純度達45.79%，且重復實驗3次結果穩定。

劉愛敬等用大孔樹脂純化黃秋葵黃酮后純度為40.89%［22］，胡月等用大孔樹脂純化費菜總黃酮得到產物純度為47.98%［23］，王曉琳等用大孔樹脂法純化錦燈籠宿萼總黃酮得到45.56%［24］。本研究中HPD-400型大孔樹脂分離純化文冠果落果總黃酮同比上述效果較好，且回收的樹脂未變色殘留物少，便于循環再生利用。目前市售銀杏黃酮保健品中黃酮純度為88.51 mg/g［25］而文冠果落果粗提總黃酮即為該標準3倍，直接可適用于黃酮保健品研發。經該工藝處理后文冠果落果總黃酮含量高純度大，便于黃酮類單體物質的分離純化，可為藥用單體黃酮的制備提供一種新的便捷的材料。

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Purification of the total flavonoids from cast fruit of Xanthoceras sorbifolia Bunge by macroporous resin

SHI Guang-bo1，2，YANG Su-zhi3，LI Zheng-juan1，2，SUN Yi-jun1，2，LI Qing-ye1，2，ZHAO Xiao-rong1，2，LI Bo-sheng2，4，*
（1.College of Biological Sciences and Technology，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；2.Key Laboratory of Forestry Food Processing and Safety，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China；3.Chifeng Research Institute of Forestry Science，Chifeng 100024，China；4.Institute of Spirulina，Beijing Forestry University，Beijing 100083，China）

In this study D101，AB-8，HPD-400，D001，X-5 five models of the macroporous resins were selected to compare their static adsorption ability of total flavonoids valued by spectrophotometry in purification of the total flavonoids from cast fruit of Xanthoceras sorbifolia Bunge.And the optimized one was used in the following dynamic adsorption tests.Result shows that HPD-400 was the best.The optimum purification technology was as follows：sample concentration of 0.53 mg/mL，sample pH3.0，sample volume of 1.5 BV，sample velocity of 3 BV/h，eluted with 2 BV deionized water and abandoned elute，then eluted with 3 BV 40%ethanol at the speed of 2 BV/h，and the elute was collected.The yield of total flavonoids was 45.79%.As a result HPD-400 macroporous resin with optimized conditions could purify the total flavonoids from the cast fruit of Xanthoceras sorbifolia Bunge effectively and with process stability.

cast fruit of Xanthoceras sorbifolia Bunge；total flavonoids；macroporous resin；static adsorption；dynamic adsorption

TS202.1

B

1002-0306（2016）08-0252-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.044

2015－10－22

石光波（1990-），女，碩士研究生，研究方向：天然產物開發與利用，E-mail：sgb90hou@163.com。

*通訊作者：李博生（1956-），男，教授，研究方向：螺旋藻綜合開發利用，文冠果綜合開發利用，E-mail：Libs7321@126.com。

林業公益性行業專項（201304605）。