全 文 :!!#
陈红惠!,,彭光华#,
(!华中农业大学食品科技学院,湖北武汉 #%%%;
西藏自治区质量技术监督局,西藏拉萨 )#%%%%) 摘* 要:以雪莲果叶中的酚酸为纯化对象,通过对 + 种大孔吸附树脂对雪莲果叶酚酸的静态吸附性能研究,筛选出,-) 型树脂为适合雪莲果叶酚酸的吸附树脂,并对雪莲果叶酚酸在树脂上的吸附、解吸特性和吸附动力学行为进行了研 究。结果表明:,-) 树脂对雪莲果叶酚酸的静态吸附率为 &&%’.,解吸率为 /!#!.。本实验的纯化工艺条件为:上 样液 01%,上样液浓度 !+#23 4 25,上柱流速 !25 4 267,解吸剂乙醇浓度 )%.,洗脱流速 !25 4 267,解吸率为 /+)’.,采用上述纯化工艺,可将雪莲果叶酚酸纯度提高到 #(+.。 关键词:雪莲果叶,酚酸,纯化,大孔吸附树脂%&’( )* +&,-.(-*/ +,)0122 ). +31*)4-0 50-’
-* (50)* 415612 7( 850,)+),)&2 ,12-*
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中图分类号:C@’%!!* * * * 文献标识码:G* * * * 文 章 编 号:!%%’-%$$
[(]康吟,陶宁萍,王锡昌 喷雾干燥法制取宝石鱼油微胶囊
技术的研究(!)[U]现代食品科技,’%%&,’$(&):)/-(’
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缩鱼油的研究[U]食品研究与开发,’%%(,’&($):#-(
[+]杜彦山 葡萄籽综合利用研究[N]江南大学硕士论
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[!%]程燕峰,杨公明,王娟,等 喷雾干燥工艺对香蕉抗性淀
粉保留率的影响[U]农业工程学报,’%%+,’#(():’+’-’+(
* * 雪莲果(!#$$#%&’() )*%+’,-*$,(),俗名
产于南美洲安第斯山脉[!]。雪莲果含有较高的低聚
果糖和多种活性成分,可预防肥胖、便秘及肠道疾
病,降低血脂和胆固醇,具有提高人体免疫功能等功
效[’-]。研究表明,雪莲果叶酚酸提取物中含有绿原收稿日期:′% !、& % !、’()(、’#*)(、+,# % -、’(.))、/%0、
12’()) 型大孔吸附树脂 三星树脂公司;没食子酸
标准品 &3456 公司;7893:% ;38<69=>? 自制;甲醇、
乙醇、丙酮 均为国产分析纯。
@** 型可见分光光度计,!))* 型电子恒温水浴
锅,ABAC# +%())) 型旋转蒸发仪,&1 实验方法
(G*G( 大孔树脂的预处理与再生[@] 大孔树脂的预
处理:树脂使用前先用 -0H乙醇充分浸泡大孔树脂
*.I,使湿树脂再度水合,从树脂孔中赶走气泡,然后
装柱,用 -0H乙醇淋洗至流出液加水不呈白色混浊,
再用蒸馏水洗至无醇,接着用 FJ0K的0H1;9淋洗并浸泡!I,水洗至中性后用FJ0K 的 0H +6L1
溶液淋洗并浸泡 !I,水洗至中性,然后将大孔树脂倒
入广口瓶中,用蒸馏水浸泡,备用。
大孔树脂的再生:树脂使用后可用含量为 -0H
的乙醇洗脱树脂柱至流出液为无色,用大量水洗去
乙醇,然后在柱上端加入 0H +6L1溶液浸泡 (*I,最
后用水洗至下口流出液为中性即可再用。
(G*G* 上样液的制备 称取一定量雪莲果叶干粉,
用 F)H乙醇溶液,在 -0M预处理 (053:,料液比为
(N.),@)M下提取 * 次,每次 (I,真空浓缩后微孔滤
膜过滤,除去浓缩液中的悬浮物及大分子化合物,得
到雪莲果叶粗提液即吸附样品液。
(G*GF 酚酸的测定[!]
(G*GFG( 标准曲线的绘制 以没食子酸为标样,准确
吸取浓度为 ())4 O 5C 的没食子酸溶液 )G*0、)G.)、
)G00、)G@)、)G!05C于 ()5C 容量瓶中,分别加蒸馏水
补至 !G))5C,再各加入稀释 () 倍的 7893:%;38<69=>?
试剂 (5C,充分振荡后静置 FJ.53:,分别加入 (5C
()H的 +6*;LF 溶液,摇匀置于 F0M恒温水浴中反应
(053:,同时做空白实验,于 @P):5 下测定吸光度。
以浓度对吸光度进行线性回归,得回归方程:B Q
)G)!.0/ R)G))..,相关系数 S* Q )G---@。
(G*GFG* 样品测定方法 将雪莲果叶提取液过滤并
定容,从中准确吸取 (5C,然后按标准曲线制备进行
显色反应,测定其吸光值,根据回归方程计算提取液
浓度,进一步计算出酚酸提取量。
提取量(以没食子酸计,54 O 4)Q(6(K()O(K*T)
式中:6(:样液中酚酸的含量 54;K(:样液的体积
5C;K*:测定取样液的体积 5C;T:称样量 4。
(G*G. 大孔树脂的选择[-%(F] 分别称取经预处理的
# 结果与分析
#! 树脂的筛选 考察了 ! 种不同型号的树脂对雪莲果叶酚酸的 吸附选择性,经静态吸附和解吸后,得到不同树脂的 静态吸附量、吸附率和解吸率,结果如表 ( 所示。 由表 ( 可看出,&%! 虽然有较高的吸附能力,吸 附率可达 -)G)0H,但是其解吸率很低,为 (.G0FH,很 难将酚酸解吸出来,故 &%! 不适合作为雪莲果叶酚 酸的纯化,在其他相对吸附能力较高的树脂中,虽然 /%0 吸附率比 12’()) 要略低一点,但综合考虑其解 吸能力要高于 12’()) 树脂,故本实验选择 /%0 作 为纯化树脂。 !#
表 ! 不同树脂静态吸附与解吸性能情况
树脂型号
吸附量
(#)
吸附率
(&)
解吸率
(&)
’()* +,-. +/,*. -0,+0
1)* -,!* -2,23 !4,3/
5!2! +,*0 +0,/2 *-,2*
5’02! +,/! +!,0+ *-,.4
67’)- 3,23 44,32 .*,*0
5!422 4,.0 ++,4- *+,+!
8)3 +,!4 ..,20 -!,4!
9:5!22 +,3. .-,!! *4,*3
!!# 树脂静态吸附动力学特性测定
在吸附时间充分时,不同树脂有不同的饱和吸
附量,其吸附动力学过程也是有差异的。本实验考
察了三种树脂的吸附动力学过程。以吸附量对时间
作图,绘制吸附动力学曲线,如图 ! 所示。
图 ! 动力学曲线
由图 ! 可看出,2;4< 内树脂的吸附速率随时间
的增加而迅速下降,然后逐渐趋向饱和,在 4< 左右
能达到饱和吸附,可见树脂对雪莲果叶酚酸的吸附
属快速吸附平衡型。在吸附曲线中,各树脂的静态
吸附量有一定的差别,其中以 9:5!22 的吸附量最
大,达到 -,2.#,8)3 次之,为 .,30#,说明了大
孔树脂对雪莲果叶酚酸的吸附有一定的选择性,其
吸附能力因不同的树脂而有较大的变化。
!# 树脂静态吸附热力学特性测定 研究 03=时 8)3 树脂在不同雪莲果叶酚酸提 取液浓度下的吸附情况,以浓度为横坐标,吸附量为 纵坐标,绘制吸附等温线如图 0 所示。由图 0 可看 出,树脂吸附量随着样液浓度的增加而提高,当达到 一定浓度时吸附量能达到吸附平衡。 图 0 吸附等温线 采用 >?@#ABC和 DCEA@FGBH< 吸附等温式对吸附
等温线进行线性回归,如图 /、图 4 所示,树脂对雪莲
果叶酚酸的吸附方程和 >?@#ABC、DCEA@FGBH< 参数如 表 0 所示。DCEA@FGBH<方程表明 8)3 树脂对雪莲果 叶酚酸表现出良好的吸附行为,其相关系数 2,--4+ 高于 >?@#ABC方程的相关系数 2,-.-0。
图 / >?@#ABC线性回归 图 4 DCEA@FGBH<线性回归 表 0 8)3 树脂对雪莲果叶酚酸 03=吸附方程 吸附等温方程 方程关系式 参数 >?@#ABC I J 4!,!/*3H %(! K 2,/03H) I
# J !0+,3*2
L J 2,/03
DCEA@FGBH< I J /2,00/H2, .*!!
@ J !,0*2
M J /2,00/
注:式中:H—平衡浓度(# % );I#— 饱 和吸附量(# % );L— 吸附平衡常数;M—平衡吸附系数;@—常 数。 !%# &’( 树脂对酚酸吸附条件的选择 0,4,! 上样浓度对吸附量的影响 将雪莲果叶酚酸 浓缩液加水稀释成不同浓度的上样液,进行动态吸 附实验。结果如图 3 所示,随着酚酸浓度的提高,酚 酸的吸附量也随着增加,当样液浓度为 !,/*4# % #>
时,其吸附量增加至 04,+/# % ,但当样液浓度继续
增加时,吸附量却随着样液浓度的增加而减少,这是
由于随着样液浓度的增加,与总酚酸竞争吸附的杂
质量也随之增加,酚酸等物质在树脂内部扩散能力
降低,导致树脂吸附量有所下降。因此,提高上样质
量浓度有利于提高树脂的使用效率。但上样质量浓
度不宜过高,否则上样液会出现浑浊,对树脂造成污
染和堵塞,降低其吸附能力,由实验结果可知原料液
的初始浓度以 !,/*4# % #>左右为宜。 图 3 上样浓度对树脂吸附的影响 0,4,0 上柱流速对吸附量的影响 取 8)3 树脂 3
上柱,将浓度为 2,!.3# % #> 的雪莲果叶酚酸提取 液,分别以 2,3、!,2、!,3、0,2、0,3#> % #B@的流速进入树 脂柱中进行吸附实验,考察不同进样流速对树脂吸 附量的影响。当流出液吸光值达上样液的 ! % !2 时, !#
认为酚酸已经透过,停止上样,测定流出液酚酸含
量,结果如图 ! 所示。
图 ! 上样流速对吸附量的影响
由图 ! 可看出,流速不同,树脂到达泄漏点时的
吸附量也不同,流速太快,酚酸溶液跟树脂的接触时
间短,溶质分子来不及扩散到树脂的表面,就会提早
泄漏,树脂吸附率降低,从而影响树脂吸附效果。流
速小能使雪莲果叶酚酸物质有足够的时间与树脂的
内表面接触,有利于树脂的吸附,减少酚酸的漏出
量,从而提高其吸附率。但流速过小,会影响生产效
率。从本实验来看,上柱流速为 #%&’ ( &)* 时,树脂 吸附量最大,随着流速加快,达到 +%&’ ( &)* 时,样
液泄漏体积明显提前,吸附量也大大降低,因此,在
实际生产中,综合考虑各方面因素,选择上样流速为
,#&’ ( &)*左右较适当。 +-. 料液 /0 对吸附量的影响 由于雪莲果叶酚 酸呈酚酸结构,其提取液呈弱酸性,要提高吸附效果 必须在弱酸性条件下。用酸调节浓度为 #.!+&1 ( &’
的提取原液采用不同 /0 的溶液,进行动态吸附实
验,结果如图 2 所示。
图 2 /0对吸附量的影响
由图 2 可看出,随着 /0 的降低,树脂对雪莲果
叶酚酸的吸附量先升高后略有降低,当 /0 为 . 时,
34%树脂对雪莲果叶酚酸的吸附量最大达到
,,#%&1 ( 1,当 /0 5. 时,随着 /0 的增加,34% 树脂 对雪莲果叶酚酸的吸附量下降,原因可能是 /0 影响 酚酸物质在溶液中的存在状态,雪莲果叶酚酸是弱 酸性物质,其酚羟基上的 0 6解离出来以离子形式存 在于溶液中,而吸附物质以离子形态存在时不易被 树脂吸附,只有以分子态存在时才易被所用的树脂 吸附。结合实验结果来看,/0 为 . 的条件较适于 34%树脂吸附雪莲果叶酚酸。 +-- 温度对吸附量的影响 称取 %1经预处理好的 34% 树脂 - 份,置于 +%#&’的具塞三角烧瓶中,精确 加入浓度为 #,!2&1 ( &’的样品液 %#&’,分别在 +#、
+%、.%、-%7下静态吸附 !8 后,过滤测定溶液中酚酸
含量,比较温度对吸附量的影响,结果如图 9 所示。
由图 9 可看出,随着温度的升高,酚酸的吸附量
图 9 温度对吸附量的影响
略有降低,在 +#7和 +%7时吸附量略高于 .%7和
-%7,但变化不大。结果表明,温度对酚酸的吸附性
能影响较小,故在室温下进行吸附即可。
!# %&# 树脂洗脱条件对洗脱效果的影响 +%, 解吸剂种类的选择 洗脱剂应根据树脂对吸 附成分的吸附能力强弱来决定,一般来说,对非极性 和弱极性大孔树脂,洗脱剂极性越小,洗脱能力越 强;对中等极性大孔树脂和极性较大的化合物来说, 则用极性较大的溶剂较为合适。34% 树脂吸附雪莲 果叶中酚酸后,采用酚酸溶解度较高的溶剂如甲醇、 乙醇、丙酮等作洗脱剂,比较不同溶剂对其洗脱效果 的影响。称取 ,1已吸附饱和的 34% 树脂 - 份,分别 加入相同浓度(9#:)的甲醇、乙醇、丙酮和水溶液作 为解吸剂,室温振荡解吸 -8,测定解吸液的酚酸含 量,计算解吸率,结果如图 ; 所示。 图 ; 不同解吸剂对解吸率的影响 由图 ; 可看出,甲醇、乙醇、丙酮的洗脱效果远 好于水溶液,其中,甲醇的洗脱效果最好,静态洗脱 率可达 ;#%,:,乙醇和丙酮的洗脱效果则稍差一些,
洗脱率分别为 2#%9:和 -2--:,而水的洗脱效果最
差,洗脱率只有 9#;:。考虑到甲醇和丙酮的毒性 较大,用作洗脱剂不安全,对人体有很大危害,而水 的解吸率又太低,故从安全和操作简便性考虑,选用 乙醇作为雪莲果叶酚酸的解吸剂。 +%+ 不同浓度乙醇对洗脱效果的影响 研究不同 浓度乙醇对雪莲果叶酚酸的洗脱效果,称取 %1 已饱 和吸附的 34% 树脂 ; 份,分别用不同浓度的乙醇溶 液进行静态解吸 %8,测定解吸液中酚酸含量,结果如 图 ,# 所示。 由图 ,# 可以看出,随着乙醇浓度增加,洗脱液 中酚酸浓度和洗脱率不断增大,浓度从 ,#:到 %#: 时,酚酸解吸率在逐渐增加,当浓度为 %#:时解吸率 最高,达到 ;%9;:,再增加乙醇的浓度,洗脱液中醇
溶性杂质增加,洗脱液中酚酸浓度和洗脱率反而下
降,当乙醇浓度为 ;#:时,解吸率降低为 2,%.:。 因此,选择 %#:乙醇作为洗脱剂能得到较高的解吸 率和纯度。 !!# 图 !# 解吸剂浓度对解吸率的影响 %&%’# 洗脱流速的确定# 取 &( 饱和吸附的 )*& 树
脂 + 份,用蒸馏水冲洗至无色后,分别在不同的流速
下用 &,- &.乙醇溶液洗脱,收集洗脱液,测定洗
脱液的酚酸含量,由此获得流速对大孔树脂解吸效
果的影响,结果如图 !! 所示。
图 !!# 洗脱剂流速对洗脱效果的影响
由图 !!可看出,流速对洗脱效果有明显影响,解
吸剂流速越快,酚酸解吸率越低,流速为 %&,- / ,01时
解吸率最高,为 2%3.,当流速增加到 ,- / ,01 时, 解吸率降低到 3&%&.。可见,随着洗脱流速的加快,
洗脱剂未能与被解吸的树脂充分作用,使得洗脱出来
的酚酸物质含量减少,而且流速过快,洗脱性能差,洗
脱带宽,拖尾严重,但流速过慢又会影响生产效率,延
长作业周期,因此解吸流速控制在 !,- / ,01为宜。
%&%+# 洗脱剂最大洗脱体积的确定# 取 &( 饱和吸附 的 )*&树脂上柱,用 &.的乙醇洗脱,流速 !,- / ,01, 每隔 &,01分步收集,紫外观察酚酸的洗脱情况,直 到无酚酸洗脱出来为至,由此获得解吸液的最大体 积,结果发现,当解吸液为 !,- 时,雪莲果叶酚酸 几乎被完全洗脱下来,因此,&( )*& 树脂用 &.乙 醇洗脱宜以 !,-的用量进行洗脱。 %&%&# 动态洗脱曲线# 将已知浓度的雪莲果叶酚酸
提取液以 !,- / ,01的速度进样,吸附饱和后,先用少
量水洗去树脂表面的糖类及杂质,再用 !,- &.
乙醇洗脱,洗脱速度为 !,- / ,01,分步收集洗脱液,
测定洗脱液中的酚酸含量,绘制洗脱曲线如图 ! 所示。 图 !# )*& 树脂动态洗脱曲线
# # 由图 ! 可以看出,)*& 树脂在动态条件下极易 洗脱,只需少量的洗脱剂就能将树脂中的酚酸洗脱 下来,酚酸物质的洗脱峰窄且集中,无拖尾,被解吸 的酚酸主要集中在 !4’,- 体积范围,洗脱液中的 雪莲果叶酚酸含量较高,!,- 的解吸剂能将吸附 的酚酸基本洗脱下来,解吸率达 23%&.。
! 结论
# # 本实验以大孔吸附树脂对醇提得到的雪莲果叶
酚酸进行分离纯化,从 3 种树脂中筛选出 )*& 型大
孔吸附树脂适合用于分离雪莲果叶酚酸,并对影响
树脂吸附分离的各种因素进行分析,得到最佳分离
条件:在上样液酚酸浓度为 !%’3+,( / ,-,上样液 56
为 ’,流速为 !,- / ,01条件下进行吸附,用 &.乙醇
以 !,- / ,01的流速进行洗脱可基本将雪莲果叶酚酸
完全从树脂上洗脱下来,洗脱峰集中无明显拖尾现
象,洗脱解吸率为 23%&$.,通过此纯化工艺雪莲果叶
酚酸纯度可达 +7%3.。通过本实验,雪莲果叶经过
醇提工艺后,采用大孔吸附树脂选择性吸附雪莲果
叶酚酸,效率高,得率大,可为雪莲果叶的资源开发
提供技术参考。
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