全 文 ：大孔吸附树脂纯化黑穗醋栗花色苷研究
收稿日期：2010-03-15
基金项目：东北农业大学科技创新专项基金（CXZ005-1）
作者简介：赵晟锌（1984-），女，硕士研究生，研究方向为天然产物化学研究。E-mail: beyondandxinxin@163. com
*通讯作者：徐雅琴，教授，研究方向为天然产物化学的研究。E-mail: xu-yaqin@163. com
赵晟锌1，徐雅琴1*，李兴国2
（1. 东北农业大学理学院，哈尔滨 150030；2. 东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030）
摘 要：文章选择了八种大孔吸附树脂，分别测定它们对黑穗醋栗花色苷粗提液的吸附率及解吸率，确定了
AB-8为最佳树脂。通过 Langmuir及 Freundlich吸附等温方程对 20 ℃条件下的试验数据进行拟合分析，结果表明，
平衡浓度范围在 0.056~1.00 mg·100 mL-1，遵循 Freundlich吸附等温方程；平衡浓度范围在 1.00~7.05 mg·100 mL-1，
遵循 Langmuir吸附等温方程，由 Langmuir吸附等温式拟合结果得到 AB-8大孔吸附树脂在给定试验条件下的单层
饱和吸附量是 15.92 mg·g-1。根据 AB-8大孔吸附树脂吸附特性的研究，得出最佳纯化条件为：选择 pH 1.0~2.0、浓
度 19.15 mg·100 mL-1的黑穗醋栗花色苷粗提液，以 1.0 mL·min-1的流速上样，经 0.1%盐酸溶液洗涤后，用 pH 2.5
的 60%乙醇作为洗脱剂，在洗脱流速为 0.5 BV·h-1的情况下，得到的花色苷产品，纯度约为 91.76%。
关键词：黑穗醋栗花色苷；AB-8大孔吸附树脂；吸附等温方程；纯化条件
中图分类号：TS255.5 文献标志码：A 文章编号：1005-9369（2010）08－0115－06
Study on the purification of anthocyanin of blackcurrant by macroporous
resin/ZHAO Shengxin1, XU Yaqin1, LI Xingguo2 (1. College of Sciences, Northeast Agricultural
University, Harbin 150030, China; 2. College of Horticulture, Northeast Agricultural University, Harbin
150030, China)
Abstract: In this paper, a method of studying adsorption and desorption rate of crude extract of
anthocyanin in blackcurrant through eight types of Macroporous Resin, were determined that AB-8 was the
optimal. At the condition of 20 ℃ , the fitting analys is on test datas were processed by Langmuir and
Freundlich adsorption isotherm equation, respectively, the results showed that equilibrium concentration of
anthocyanin between 0.056 and 1.00 mg·100 mL-1 can be described by Freundlich adsorption isotherm
equation, and 1.00-7.05 mg·100 mL-1 be suited for Langmuir adsorption isotherm equation. Under test
conditions, fitting results processed by Langmuir adsorption isotherm equation demonstrated that mon-
omolecular layersaturated adsorption of AB-8 Macroporous Resin was 15.92 mg·g-1. Through the investiga-
tion for the adsorption and desorption characteristics , the oprimal purification conditions are: at pH 1.0-2.0,
the concentration of anthocyanin solution 19.15 mg·100 mL-1, the flow rate of absorption 1.0 mL·min-1,
washing by 0.1%HCl, then 60% ethanol as eluant, pH 2.5, the flow rate of desorption 0.5 BV·h-1, product
purity was about 91.76%.
Key words: anthocyanin of blackcurrant, AB-8 macroporous res in, adsorption isotherm equation,
purification conditions
黑穗醋栗是虎耳科茶 子属（Ribes）的多年生小
灌木，果实富含花色苷，含量约 1 300～1 400 mg·kg-1，
具有抗氧化、抗病毒、抗变异、抗肿瘤、改善血清
胆固醇、改善肝功能的生理功能[1-3]。近年来，大孔
第 41卷 第 8期 东 北 农 业 大 学 学 报 41(8): 115~120
2010年 8月 Journal of Northeast Agricultural University Aug. 2010


吸附树脂作为一类有机高分子聚合物吸附剂，广
泛用于天然产物的分离纯化。目前，采用大孔吸
附树脂对天然植物中的花色苷进行纯化，方法多
见于葡萄果皮、黑大豆种皮、红花芸豆皮、蓝莓
果、紫苏叶等的研究。有关黑穗醋栗果花色苷的
纯化方法尚未见报道。本文主要讨论黑穗醋栗果
花色苷在 AB-8 大孔吸附树脂上的吸附及解吸性
质，确立最佳纯化条件，为工业化生产黑穗醋栗
花色苷提供理论及技术基础。
1 材料与方法
1．1 材料与仪器
成熟的黑穗栗醋果来源于东北农业大学园艺
站，品种为黑丰；大孔吸附树脂：NKA9、D4006
（南开大学化工厂）；D101、D102、D103、AB-8、
D3520（天津市大钧科技有限公司）；DM130（安徽
三星树脂科技有限公司）。
主要试剂：无水乙醇、HCl、乙酸乙酯均为国
产分析纯。
主要仪器设备：T6新悦型可见分光光度计（北
京普析通用仪器有限公司）；旋转蒸发器（上海申
胜生物技术有限公司）；pHS-25型酸度计（上海伟
业仪器厂）；AL104电子分析天平（瑞士梅特勒-托
利多公司）；ZT60-600型蠕动泵（保定兰格恒流泵
有限公司）。
1．2 方法
1．2．1 花色苷粗提液的制备
称取黑穗醋栗果，破碎匀浆后，用 pH约为 2
的 80%乙醇按料液比 1： 8，50 ℃浸提 2 h，收集滤
液，减压浓缩除去乙醇，然后用乙酸乙酯萃取，
水层旋转蒸发除去残留的少量乙酸乙酯，过微孔
滤膜后，得到的粗提液放置冰箱备用。
1．2．2 pH对花色苷粗提液最大吸收波长和吸光度
的影响
相同浓度的花色苷粗提液，在 pH为 1.0、1.5、
2.0、2.5、3.0、4.0、5.0情况下，于 400～700 nm波
长扫描，考查花色苷粗提液在不同 pH处的最大吸
收波长和吸光度，确定最适 pH试验范围。
1．2．3 最佳树脂的筛选
称取经预处理的树脂 [4]各 1.000 g，置于 250
mL磨口三角瓶中，加入 pH 2.0吸光度 A0为 1.700
的花色苷粗提液 100.00 mL，盖紧瓶塞，于 20 ℃、
100 r·min-1振荡 24 h后过滤，最大吸收波长处测
定滤液吸光度 A1，根据（A0－A1）/A0计算吸附率。将
吸附达到平衡的树脂加入 100.00 mL pH 2.0的 70%
乙醇溶液，20 ℃下充分振荡解吸 24 h 后经过滤、
减压浓缩。浓缩液用 pH 2.0 的缓冲溶液定容至
100.00 mL，于最大吸收波长处测定吸光度 A2，根
据 A2/（A0－A1），计算解吸率。
1．2．4 花色苷色价及吸附量的计算[5]
将 AB-8大孔吸附树脂装入柱层析，花色苷粗
提液 pH调至 2，以 1.5 mL·min-1流速进行上柱吸
附，0.1%盐酸溶液洗去水溶性杂质后，以 pH 2.0
的 70%乙醇洗脱，解吸流速为 1.5 BV·h-1，收集花
色苷溶液，减压浓缩后经真空冷冻干燥得花色苷产
品。精确称取此花色苷产品，配制成 pH为 2.0的
溶液 100 mL。适当稀释后，在最大吸收波长处，
于光程 b为 1 cm的比色皿中测定其吸光度。色价
按式（1），花色苷浓度按式（2）计算：
=A×f·m-1 （1）
式中， 为花色苷色价；A为吸光度；f为样
品的稀释倍数；m为花色苷产品质量（g）。
c（mg·100 mL-1）=A×1 000/（ ×b） （2）
吸附量/解吸量=花色苷浓度（mg·100 mL-1）×体
积（mL）/干树脂质量（g）。
1．2．5 AB-8大孔吸附树脂静态吸附动力学研究
称取 1.000 g树脂 3份，分别加入不同浓度的
pH 2.0的花色苷粗提液 100 mL，盖紧瓶塞，20 ℃
100 r·min-1的速度振荡。并在振摇过程中每隔一定
时间从花色苷溶液中取样，于最大吸收波长处测定
吸光度，考查吸附平衡时间。
1．2．6 AB-8大孔吸附树脂纯化条件的选择
1．2．6．1 上样液浓度的选择
将一定量的花色苷粗提液配制成 pH为 2.0的不
同浓度的系列溶液，加入预处理过的树脂 1.000 g，
20 ℃下以 100 r·min-1的速度振荡 15 h，以平衡浓
度为横坐标，吸附量为纵坐标，绘制吸附等温曲
线，并用 Langmuir 公式和 Freundlich 公式对吸附
等温数据进行拟合[7]，由拟合公式得出给定条件下
饱和吸附量，确定最佳上样液浓度。
Langmuir吸附等温线方程：
c
Va =
c
Vam
+ 1Vam·b
式中，b为吸附系数；Va为平衡吸附量（mg·g-1）；
为单分子层饱和吸附量（mg·g-1）；c 为平衡浓度
E1 cm1%
·116· 东 北 农 业 大 学 学 报 第 41卷
E1 cm1%
E1 cm1%
（mg·100 mL-1）。
Freundlich吸附等温线方程：
lnVa=lnk+ 1n lnc
式中，n，k为经验常数，可将 k近似看作与
吸附剂容量有关的参数；n是与吸附分子与吸附剂
表面作用强度有关的参数，数值总大于 1；Va为平
衡吸附量（mg·g-1）；c为平衡浓度（mg·100 mL-1）。
1．2．6．2 最佳 pH的选择
称取经预处理的 AB-8大孔树脂 15份, 分为三
组，分别测定浓度为 5、10、15 mg·100 mL-1花色
苷粗提液在不同 pH下的吸附率，确定最佳 pH。
1．2．6．3 乙醇浓度的选择
准确称取 1.000g树脂 5份，分别加入到 5 份
pH 2.0的等浓度花色苷粗提液中，待树脂吸附花色
苷达到平衡后，过滤分离，将已达到吸附平衡的树
脂中分别加入 pH 2.5不同浓度的乙醇溶液 100 mL，
置振荡器上于 20 ℃、100 r·min-1下充分振荡解吸
24 h。待树脂与解吸液分离后，将减压浓缩除去乙
醇的解吸液用 pH 2.0的缓冲液定容至 250 mL容量
瓶中，测定吸光度，折算成原体积吸光度，计算解
吸率，确定乙醇的最佳浓度。
1．2．6．4 动态吸附确定最佳吸附流速
将等量的花色苷溶液全部通过预先经平衡的装
有 AB-8大孔吸附树脂的层析柱中，树脂床高度为
2 cm，直径为 2 cm，控制吸附流速，每 6 mL收集
一次流份，以流出液浓度为上样液浓度 1/10为泄
露点，记录流出液体积，以（V-V）/V×100%计算吸
附率，其中 V为上样液总体积，V为开始出现泄
露时流出液总体积。
1．2．6．5 动态解吸确定最佳解吸流速
取一定质量浓度的溶液三份分别上装有 AB-8
大孔吸附树脂层析柱，以 1.0 mL·min-1的流速进行
吸附，吸附平衡后，0.1% HCl水溶液洗去水溶性
杂质，然后用 60%的乙醇分别以不同的流速洗脱，
采用分步收集，适当稀释后测定吸光度，描制洗脱
曲线，确定最佳洗脱流速。
1．2．7 产品纯度的检测
按上述最优条件对花色苷粗提液进行 AB-8大
孔吸附树脂纯化，得到的花色苷溶液减压浓缩后，
真空冷冻干燥得花色苷粉末。准确称取一定质量的
花色苷粉末，采用 pH差示法进行定量分析[7－8]（花
色苷浓度用主成分矢车菊素-3-芸香糖苷表示）。
产品纯度（%）＝溶液中花色苷浓度×V×fm ×100%
2 结果与分析
2．1 pH对花色苷粗提液最大吸收波长和吸光度的
影响
如图 1所示，pH为 1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、
4.0、5.0 的花色苷粗提液吸收带强度依次变低，
pH在 1.0~3.0范围呈现出较好的吸收峰，且吸收
峰位置表现出一致性，因此选择 1.0~3.0 为最适
pH试验范围。另外，为避免 pH引起的色差影响
吸光度测定，在同因素试验考查中应严格控制 pH
的一致性。
2．2 最佳树脂的选择
相同浓度花色苷提液先后经历吸附和解吸过
程，结果如表 1所示。由表 1可知，AB-8、D101
两种弱极性树脂，D3520型非极性树脂，中等极性
的 DM130型树脂对花色苷吸附能力较强；NKA-9、
D102型极性树脂、D103型中等极性树脂，D4006
图 1 相同质量浓度的花色苷在不同 pH条件下的光谱扫描
Fig. 1 Spectrum scanogram of anthocyanin at the same mass concentration but different pH
波长（nm）Wave length
1.000
0.750
0.500
0.250
0400.00 430.00 460.00 490.00 520.00 550.00 580.00 610.00 640.00 670.00 700.00
吸
光
度
Ab
s 12
3
4
567
1 pH 1.0
2 pH 1.5
3 pH 2.0
4 pH 2.5
5 pH 3.0
6 pH 4.0
7 pH 5.0
赵晟锌等：大孔吸附树脂纯化黑穗醋栗花色苷的研究第 8期 ·117·
图 2 吸附动力学曲线
Fig. 2 Adsorption dynamics curve
时间（h）Time
100
80
60
40
20
00 2 4 6 8 10 12 14 16 18
吸
附
率
（
%）
Ab
so
rp
tio
n
ra
te
◆
表 1 八种大孔树脂静态吸附及解吸能力的比较
Table 1 Comparison of the absorption and desorption properties of eight different kinds of macroporous resin
树脂型号
Model
解吸率（%）Desorption rate
吸附量（mg·g-1）Absorption amount
NKA-9
83.00
6.16
D102
5.55
76.90
DM130
9.37
77.00
吸附率（%）Absorption rate 51.30 46.20 78.10
解吸量（mg·g-1）Desorption amount 5.11 4.27 7.22
D103
6.80
78.70
56.70
5.35
AB-8
9.75
81.20
7.39
75.80
D101
9.59
79.90
7.17
74.70
D4006
8.29
69.10
6.75
81.40
D3520
9.57
79.70
6.85
71.60
型非极性树脂吸附能力较差，说明树脂对花色苷的
吸附作用不仅与树脂极性有关，还与树脂孔径及比
表面积有关。从解吸效果来看，此过程 AB-8解吸
量最大，综合考虑，选出 AB-8为最佳吸附树脂。
2．3 AB-8大孔吸附树脂静态吸附动力学研究
由图 2可知， 当达到吸附平衡时，AB-8大孔
吸附树脂对低浓度花色苷粗提液吸附率高且达到吸
附平衡的时间较短，15 h后三种浓度的花色苷粗
提液基本都达到平衡。
2．4 AB-8大孔吸附树脂纯化条件的选择
2．4．1 上样液浓度的选择
图 3是 AB-8大孔吸附树脂对花色苷粗提液的
吸附等温线。
由图 3可知，等温线起始阶段斜率较大，吸附
量增加快速；随着平衡浓度的增加，吸附量呈缓慢
增加；当平衡浓度为 6.37 mg·100 mL-1，即起始样液
浓度达到 19.15 mg·100 mL-1时，吸附量基本不再变
化，吸附近于饱和，此时吸附量为 12.78 mg·g-1。
基于单分子层吸附理论的 Langmuir 吸附等温
方程和吸附经验式 Freundlich吸附等温方程分别对
20 ℃试验条件下的吸附等温数据进行拟合分析，
结果如图 4，5所示，由此求得的 Langmuir吸附模
型和 Freundlich吸附模型拟合参数如表 2。
■ ▲
◆◆◆
◆◆ ◆◆◆◆◆
◆
◆
◆◆◆◆◆◆
■ ■
■ ■
■■
■ ■
■ ■ ■
■
■■
■■■
■
■◆▲
▲
▲▲
▲
▲▲
▲
▲▲
▲
▲▲
▲▲▲
▲▲▲
▲
◆
▲
■
A=0.726
A=1.301
A=1.810
平衡浓度 c（mg·100 mL-1）
Average concentration
15.00
10.00
5.00
0
0 2.00 4.00 6.00 8.00
吸
附
量
（
m
g·
g-
1 ）
Ab
so
rp
tio
n
am
ou
nt
◆
◆◆
图 3 吸附等温线（20 ℃）
Fig. 3 Adsorption isotherm
◆◆
◆◆◆
◆
◆◆◆◆
◆◆◆◆◆
◆
图 4 用 Langmuir公式处理的等温线
Fig. 4 Adsorption isotherm processed by
langmuir formula
c（mg·100 mL-1）
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8
c/
Va （
g·
10
0
m
L-
1 ）
◆
◆
◆◆
◆◆
◆
◆
◆◆◆
◆
◆
■
■■■■
■
图 5 用 Freundlich公式处理的等温线
Fig. 5 Adsorption isotherm processed by
Freundlich formula
lnc
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
-3 -2 -1 0 1 2 3
ln
Va ◆
◆◆
◆◆
◆◆
■
■
■
◆◆◆◆
■
■■
■■
■
·118· 东 北 农 业 大 学 学 报 第 41卷
表 2 Langmuir方程和 Freundlich方程回归参数
Table 2 Regression parameter of Langmuir and Freundlich isothermal equation
平衡浓度范围（mg·100 mL-1）
试验数据拟合公式
1.00~7.05
1
Va =
1
15.92 +
1
9.62c V
a=6.74c0.633
0.056~1.000
温度（20 ℃）
Temperature
吸附参数 Langmuir 吸附参数 Freundlich
Vma（mg·g-1）
15.92
b
0.604
R2
0.9993
n
1.58
k
6.74
R2
0.9992
由表 2 可知，当平衡浓度范围在 0.056~1.00
mg·100 mL-1之间，用 Freundlich公式拟合较好；当
平衡浓度范围在 1.00~7.05 mg·100 mL-1之间，用
Langmuir公式拟合能得到良好直线，由此可以看出
Langmuir及 Freundlich吸附等温方程均能较好地描
述给定浓度范围下花色苷在 AB-8树脂上的物理吸
附平衡。由表 2的 Langmuir拟合公式可得到给定操
作条件下花色苷单层饱和吸附量为 15.92 mg·g-1。
上柱吸附时，为使吸附量尽可能达到最大化，
可提高花色苷样品浓度或提高上柱液体积。由 2.3
试验结果可知，花色苷粗提液浓度越高，吸附效
果越差；但增加上样液体积会使上柱时样品区带
太宽，影响分离纯化效果，所以本文选择 19.15
mg·100 mL-1为较合适的上样液浓度。
2．4．2 最佳 pH的选择
pH直接影响着花色苷的分子极性和取代基性
质等方面，间接地反映在花色苷的溶解度大小，在
溶剂中的存在状态等。由图 6可知，不同浓度的花
色苷粗提液，吸附特性保持一致，在 pH为 1.0~2.0
时吸附率基本相同，pH为 2.5 时吸附率最低，所
以上样液 pH选择在 1.0~2.0之间，洗脱液的 pH选
择在 2.5。
2．4．3 乙醇浓度的选择
由图 7可知，随着乙醇浓度的增大，解吸率增
加，当浓度为 60%时，解吸率已经达到 93.8%，再
增加乙醇浓度解吸率变化不明显。从节约成本及减
少浓缩处理时间两方面考虑，选择 60%为最佳乙
醇浓度。
2．4．4 最佳吸附流速的选择
由图 8可知，随着吸附流速的增加，吸附率呈
下降趋势。考虑到时间对纯化流程影响，且 0.5、
1.0 mL·min-1两种流速吸附时吸附率相差不大，选
择 1.0 mL·min-1为最佳吸附流速。
2．4．5 最佳洗脱流速的选择
当洗脱流速分别为 1.5、1.0、0.5 BV·h-1时，
洗脱曲线如图 9所示。由图可知，当洗脱液体积达
到 2.5倍柱体积时，色素都已基本洗脱完全。当以
0.5 BV·h-1流速进行洗脱时，洗脱峰集中，无明显
脱尾现象，确定为最佳洗脱流速。
2．5 产品纯度
最优条件纯化后的花色苷产品，经检测，其纯
度达到 91.76%。
图 6 花色苷吸附率-pH曲线
Fig. 6 Anthocyanin adsorption rate-pH curve
100
80
60
40
20
0
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
pH
吸
附
率
（
%）
Ab
so
rp
tio
n
ra
te
5 mg·100 mL-1 10 mg·100 mL-1
15 mg·100 mL-1
图 7 乙醇浓度对花色苷解吸率的影响
Fig. 7 Effects of various concentrations of ethanol on the
desorption rate of anthocyanin
100
80
60
40
20
0
0 20 40 60 80 100
解
吸
率
（
%）
De
so
rp
tio
n
ra
te
乙醇浓度（%）
Ethanol concentration
◆
◆ ◆
◆
◆
赵晟锌等：大孔吸附树脂纯化黑穗醋栗花色苷的研究第 8期 ·119·
3 结 论
本文选用八种大孔吸附树脂对黑穗醋栗花色苷
的吸附及解吸效果进行考查，结果表明，AB-8型
树脂吸附率最高，从解吸角度上讲，AB-8型树脂
的解吸量最大，因此本试验选择 AB-8型树脂为最
佳吸附树脂。用 Langmuir及 Freundlich吸附等温方
程对 20 ℃下试验数据进行拟合分析，在处理吸附结
果时，忽略吸附时因溶剂吸附而引起的溶液浓度变
化，因此试验结果具有一定经验性。通过 AB-8大
孔吸附树脂对黑穗醋栗花色苷吸附及解吸性能的研
究表明：选择上样液浓度为 19.15 mg·100 mL-1（pH
1.0~2.0）的花色苷粗提液，以 1.0 mL·min-1的流速上
柱吸附，2.5倍柱床体积的 60%乙醇（pH 2.5）作为
洗脱剂，在洗脱流速为 0.5 BV·h-1的情况下，得到
纯度约为 91.76%的花色苷产品。
[ 参 考 文 献 ]
[ 1 ] Clifford M N. Anthocyanins-nature, occurrence and dietary burden
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actions. a new mathematical approach to account for the remarkable
colorant properties of the pigments extracted frommatthiola incana[J].
Journal of the American Chemical Society, 1996, 118: 4788-4793.
图 8 流速对花色苷吸附率的影响
Fig. 8 Effects of flow rate on absorption
rate of anthocyanin
75
70
65
60
55
50
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
流速（mL·min-1）
Velocity
◆
◆
◆
◆
◆
吸
附
率
（
%）
Ab
so
rp
tio
n
ra
te
图 9 流速对花色苷解吸效果的影响
Fig. 9 Effects of flow rate on desorption of anthocyanin
柱床体积（BV）
Bed volume
6.000
5.000
4.000
3.000
2.000
1.000
00 1.00 2.00 3.00
吸
附
度
Ab
so
rb
an
ce ◆
◆
◆
■
■
▲▲▲
▲
◆
▲
■
0.5 BV·h-1
1.0 BV·h-1
1.5 BV·h-1
▲
■▲▲▲▲▲▲▲▲▲
■
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■
■
■
■
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◆
▲
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·120· 东 北 农 业 大 学 学 报 第 41卷