全 文 ：2 0 0 6年 4月 农 业 机 械 学 报 第 37卷 第 4期
大孔树脂对黑大豆种皮花色苷的纯化研究*
徐金瑞　张名位　刘兴华　孙　玲
　　【摘要】　比较了 10种大孔吸附树脂对黑大豆种皮花色苷的吸附分离效果。 结果表明 , AB 8大孔树脂是最佳
的树脂类型 ;花色苷溶液在 AB 8树脂上吸附属于多分子层吸附模型 ,吸附平衡时间为 140 min,吸附的最适质量浓
度为 800 mg /L ,经其纯化后花色苷含量和总抗氧化能力分别提高约 2倍和 3倍。
关键词: 黑大豆种皮　花色苷　纯化　大孔树脂
中图分类号: TS209 文献标识码: A
收稿日期: 2005 06 16
* 国家自然科学基金资助项目 (项目编号: 30200171)
徐金瑞　西北农林科技大学食品科学与工程学院　博士生 , 712100　陕西省杨凌
张名位　广东省农业科学院生物技术研究所　研究员　通讯作者 , 510610　广州市
刘兴华　西北农林科技大学食品科学与工程学院　教授
孙　玲　广东省农业科学院生物技术研究所　研究员
　　引言
黑大豆是传统的药食兼用的农产品资源之一 ,
其种皮富含花色苷类化合物。在对种皮花色苷的提
取及其抗氧化作用的关系研究中发现 ,黑大豆种皮
的抗氧化作用与其花色苷类物质关系密切 ,二者之
间呈现显著的线性关系 ( P < 0. 01) ,是当前开发天
然抗氧化功效因子极具潜力的植物资源之一 [ 1]。目
前对花色苷类化合物的纯化方法主要有大孔树脂吸
附精制法、超滤法及高速逆流色谱技术法 ,其中大孔
树脂吸附精制法以效率高、质量稳定、成本低且操作
简单易行等特点而成为当前分离纯化天然产物的主
流。尽管对花色苷类物质的纯化分离已有大量报道 ,
但多限于葡萄皮色素、紫甘薯色素、胡萝卜色素等的
分离研究 [2 ] ,而有关黑大豆种皮花色苷类物质的纯
化研究很少。为此本文比较 10种大孔树脂对黑大豆
种皮花色苷的吸附分离效果 ,从中筛选出较为适合
黑大豆种皮花色苷分离纯化的树脂类型 ,并对其吸
附性能进行研究 ,可为类似黑大豆种皮花色苷类天
然抗氧化物质的工业化生产提供技术依据。
1　材料与方法
1. 1　材料及试剂
黑大豆种皮:选用广东省农业科学院生物技术
研究所培育的“粤引黑大豆 1号” ,将其干燥后用粉碎
机粉碎 ,再通过吹风机分离出种皮 ,粉碎过 60目筛 ,备
用。
大孔树脂: X AD7HP和 XAD180购于北京慧德
易公司 ; AB 8、 X 5、 NKA Ⅱ和 NKA 9购于南开
大学化工厂 ; HPD 700、 HPD 100A、 HPD 100和
HPD 300购于沧州宝恩化工有限公司 ,具体型号
及物理参数见表 1。
表 1　 10种大孔树脂的型号及物理参数
编号 树脂型号 外观特征 极性 比表面积
/m2· g- 1
平均孔径
/A°
1 N KA Ⅱ 红棕色球状 极性 160～ 200 145～ 155
2 NKA 9 白色球状 极性 250～ 290 155～ 165
3 XAD7HP 白色球状 弱极性 500 45
4 AB 8 白色球状 弱极性 480～ 520 130～ 140
5 X AD180 白色球状 非极性 700 40
6 X 5 白色球状 非极性 500～ 600 290～ 300
7 HPD 300 白色球状 非极性 800～ 870 50～ 55
8 HPD 700 白色球状 非极性 650～ 700 85～ 90
9 HPD 100A 白色球状 非极性 650～ 700 95～ 100
10 HPD 100 白色球状 非极性 650～ 700 90～ 100
　　试剂: 三吡啶三吖嗪 ( 2, 4, 6-tripy ridyl-s-
triazine, T PTZ)购自 Fluka公司 ;其他为国产试剂。
1. 2　主要仪器设备
紫外可见分光光度计 ( UV 1700型 ,日本岛津
公司 ) ;全温振荡器 ( HZQ QX型 ,哈尔滨东联电子
技术开发有限公司 ) ;分析天平 ( FA1104型 ,上海天
平仪器厂 ) ;真空冷冻干燥机 ( ZL 1型 ,上海鑫泵真
空设备有限公司 ) ;旋转蒸发仪 ( RZ 52A型 ,上海亚
荣生化仪器厂 )。
1. 3　试验方法
1. 3. 1　黑大豆种皮花色苷粗提物的制备
取一定量预先处理的黑大豆种皮 ,用 60%的乙
醇溶液按 1∶ 20(W /V )的比例混合均匀 ,调溶液 pH
值至 3. 5,于 60℃下浸提 1 h后过滤 ,收集滤液 ;将滤
渣按同样的条件重复浸提 2次 ,过滤 ,合并 3次滤液
于 50℃下减压浓缩得到棕红色粘稠的粗提液。将粗
提液真空冷冻干燥成粉 ,按国标法 [3 ]测得色价为
E1%1 cm= 23. 1。
1. 3. 2　最佳树脂类型的筛选
( 1)树脂预处理: 10种大孔树脂分别用无水乙
醇浸泡 24 h,充分溶胀 ,用无水乙醇淋洗直至洗出液
加适量水无白色浑浊现象为止 ,再用蒸馏水洗至无
醇 ,滤出树脂 ,室温晾干。
( 2)树脂吸附率和解吸率的测定:准确称取预
处理过的树脂各 1 g ,置于 250 mL具塞磨口三角瓶
中。称取黑大豆种皮粗提物 0. 1 g ,用水定容至
100 mL,调 pH值至 3. 5,于 535 nm下测其吸光值
A1。 然后将其分别加入到三角瓶中 ,置恒温振荡器
上于 30℃、 180 r /min振荡 24 h,充分吸附后 ,过滤 ,
测滤液的吸光值 A2。 将滤出的树脂加入到 100 mL、
70%的乙醇溶液中 ,置振荡器上于 60℃、 180 r /min
下振荡 24 h,充分解吸后过滤 ,测滤液的吸光值 Ak ,
将 Ak转化成同质量浓度时水溶液对应的吸光值 A3 ,
计算各树脂的吸附率T和解吸率U
T= ( A1- A2 ) /A1× 100%
U= A3 /( A1- A2 )× 100%
1. 3. 3　 AB 8对黑大豆种皮花色苷吸附性能
( 1)黑大豆种皮花色苷在 AB 8上吸附平衡时
间的测定
将一定量的花色苷粗提物用水分别配制成 A=
0. 510和 A= 1. 720的溶液各 100 mL,调 pH值至
3. 5,加入预处理过的树脂 1 g ,置振荡器上于 30℃、
180 r /min下振荡 ,每 20 min测定溶液的吸光值 A j ,
以 A1- A j /A1表示吸附率 ,对时间作图 ,得到 AB 8
大孔树脂达到吸附平衡的时间。
( 2)黑大豆种皮花色苷在 AB 8上吸附等温线
的测定
准确称取 1 g处理过的 AB 8大孔树脂置于 250
m L三角瓶中 ,加入不同质量浓度的花色苷溶液各
100 mL放入振荡器上振荡 ,待吸附平衡后测溶液的
平衡质量浓度 (以每 100 mL E1%1 cm= 23. 1的花色苷
质量计 ) ,并计算吸附量 (以每 g树脂吸附 E1%1 cm=
23. 1的花色苷计 ) ,以吸附量对平衡浓度作图 ,绘制
吸附等温曲线。
1. 3. 4　 AB 8对黑大豆种皮花色苷的纯化
将处理好的 AB 8大孔树脂湿法装柱 (玻璃层
析柱规格 35mm× 800 mm) ,将按 1. 3. 1的方法制备
的花色苷的粗提液用水稀释 3倍 ,以 10 mL /min的
流速通过层析柱至吸附达饱和 ,再以水洗吸附树脂
至流出液无混浊现象 ,然后以 70%的乙醇溶液洗脱 ,
收集洗脱液 ,于 50℃下减压浓缩得深红色浆状物质 ,
冻干备用。
1. 3. 5　花色苷的定量
参考董爱文等 [4 ]的方法 ,于 535 nm处测溶液的
A535 nm值 ,其计算公式为
MF=
A535 nmVN
Km
式中　MF—— 花色苷质量分数 , mg /g
A535 nm—— 吸光值
V——定容体积 , mL
N——稀释倍数
K—— 花色苷在 535 nm处的平均消光系数 ,
取 98. 2
m——黑大豆种皮质量 , g
1. 3. 6　总抗氧化能力的测定
采用 FRAP法 [5 ] ,试验以 0. 1～ 1 mmol /L
FeSO4的标准溶液代替样品作标准曲线 ,得到回归
方程 y= 0. 311 7x- 0. 006,相关系数 r= 0. 999 4。样
品的总抗氧化能力以 FeSO4提取物表示 ,单位为
mmol /g。
2　结果与分析
2. 1　最佳吸附树脂的筛选
大孔树脂的吸附作用取决于吸附剂与吸附物质
之间的范德华力和氢键 [ 6] ,本研究所选用的 10种大
孔树脂分为极性、弱极性和非极性 3种类型。数据处
理和统计分析采用 SPSS11. 5软件包进行处理 ,结果
以 X± S表示 (表 2)。多组均数进行方差齐性检验后
发现方差不齐 ,经变量交换达到齐性后作单因素方
差分析 ,各型号树脂间的两两比较用 LSD法。 结果
表明 , 10种树脂的吸附率间差异均达显著水平 ( P <
0. 01) ,而解吸率除 NKA Ⅱ与 X 5之间差异不显
著外 ,其他组间差异也均达显著水平 (P < 0. 01)。由
表 2可以看出 ,不同类型的树脂对花色苷的吸附程
度不同 ,吸附量最大的是弱极性的 AB 8,其次是非
极性的 HPD 100A,究其原因可能在于黑大豆种皮
花色苷类物质属弱极性化合物 ,但又有一定的极性
和亲水性 ,因而有利于弱极性或非极性树脂的吸附。
此外 ,其吸附能力大小还与比表面积等关系密切。花
色苷类物质的平均分子量在 350～ 650,使用与其分
146 农　业　机　械　学　报 2 0 0 6年　
子量相近的比表面积的树脂则更有利于吸附。同时 ,
解吸率也是衡量大孔树脂分离天然产物的重要技术
参数之一。综合吸附率和解吸率两个参数 ,认为 AB
8是最佳的吸附剂 ,故以下试验重点考察 AB 8型
大孔树脂对黑大豆种皮花色苷的纯化效果。
表 2　比较 10种大孔树脂对黑大豆种皮花色苷的
吸附率和解吸率 %
树脂型号 吸附率 解吸率
NKA Ⅱ 39. 1± 0. 25i 85. 0± 0. 50c
N KA 9 37. 3± 0. 55j 91. 7± 0. 06a
X AD7HP 68. 3± 0. 06d 82. 1± 0. 15d
AB 8 72. 8± 0. 06a 85. 6± 0. 10b
XAD180 61. 1± 0. 06g 61. 3± 0. 10i
X 5 58. 0± 0. 12h 85. 0± 0. 15c
HPD 300 63. 1± 0. 12f 75. 9± 0. 06f
HPD 700 66. 6± 0. 06e 76. 3± 0. 21e
HPD 100A 71. 4± 0. 06b 73. 2± 0. 06g
HPD 100 70. 3± 0. 06c 71. 4± 0. 05h
　　注:数值旁字母不同时 ,表示组间有显著差异 , P < 0. 01。
2. 2　黑大豆种皮花色苷在 AB 8上吸附平衡时间
图 1为吸附过程中 AB 8树脂对花色苷的吸附
率随时间的变化规律。从图可知 ,在起始的一段时间
内 , AB 8树脂对于不同浓度花色苷溶液的吸附率
都在逐渐增大。随着时间的延长 ,吸附量逐渐达到饱
和 ,当吸附时间达到 140 min时 ,树脂对其吸附基本
达到平衡 ,吸附率不再增加。因此 ,在测定吸附等温
线时 ,选用吸附时间为 140 min较为适宜。
图 1　 AB 8大孔树脂对不同浓度黑大豆种皮花色
苷溶液随时间的吸附趋势线
　
2. 3　黑大豆种皮花色苷在 AB 8上的吸附等温线
图 2是黑大豆种皮花色苷在大孔吸附树脂上的
吸附等温线。从吸附等温线可以得知 , 花色苷溶液
在大孔吸附树脂上的吸附等温线上有明显的拐点 ,
这属于多分子层吸附模型的一种 [ 7]。随着溶液质量
浓度的增高 ,大孔吸附树脂上花色苷的吸附量逐渐
增大。在低质量浓度下 ,花色苷在 AB 8大孔吸附树
脂上是单分子层吸附 ,由于花色苷的分子中存在大
量羟基 ,当花色苷分子在吸附树脂表面吸满一层后 ,
溶液中花色苷分子还可通过分子间作用力与吸附树
脂表面吸附的花色苷分子结合 ,从而表现为多分子
层吸附。由此表明大孔树脂在对花色苷进行吸附时 ,
溶液质量浓度对吸附影响较大 ,从图 2可知 ,最适的
质量浓度应为 800 mg /L。
图 2　黑大豆种皮花色苷在 AB 8大孔树脂上
的吸附等温线
　
2. 4　 AB 8对黑大豆种皮花色苷的纯化效果
将纯化前、后冻干的黑大豆种皮花色苷物质均
用 pH值为 3. 0、 40%乙醇 盐酸溶液 [3 ]配成相同质量
浓度的溶液 ,扫描其在可见区的图谱 (见图 3)。 由
图 3可知 , AB 8大孔吸附树脂主要是对花色苷进行
吸附。同时按 1. 3. 5和 1. 3. 6的方法分别测定其花色
苷的含量及其总抗氧化能力 ,结果见图 4。可以看出 ,
黑大豆种皮花色苷经 AB 8大孔树脂纯化后花色苷
图 3　黑大豆种皮花色苷经 AB 8大孔树脂
纯化前后的扫描图谱
　
图 4　黑大豆种皮花色苷经 AB 8纯化前后花色苷
含量和总抗氧化能力比较
　含量和总抗氧化能力明显提高 ,分别是纯化前的 2
倍和 3倍 ,而且总抗氧化能力比花色苷含量有较大
程度的提高。说明 AB 8大孔树脂适宜于类似黑大
豆种皮花色苷等天然抗氧化物质的分离纯化 ,由此
得到的结果可以为工业化生产中黑大豆种皮花色苷
的纯化提供一定的理论参考。
147　第 4期 徐金瑞 等: 大孔树脂对黑大豆种皮花色苷的纯化研究
3　结论
( 1) AB 8大孔树脂是分离纯化黑大豆种皮花
色苷较为适宜的树脂类型 ;其对花色苷的吸附属多
分子层吸附 ,吸附平衡时间为 140 min,吸附的最适
质量浓度为 800 mg /L。
( 2)黑大豆种皮花色苷粗提物经 AB 8大孔树
脂纯化后 ,其花色苷含量和总抗氧化能力分别可提
高约 2倍和 3倍 ,尤其适宜于分离纯化天然的抗氧化
物质。
参 考 文 献
1　徐金瑞 ,张名位 ,刘兴华 ,等 . 黑大豆种皮花色苷的提取及其抗氧化作用研究 [ J].农业工程学报 , 2005, 21( 8): 161～
164.
2　张晴 ,陈勇 . AB 8大孔吸附树脂对紫苏色素的吸附性能的研究 [ J]. 食品与发酵工业 , 1999, 25( 3): 16～ 19.
3　 GB 9992— 88　食品添加剂- 黑豆红 [ S].
4　董爱文 ,向中 ,李立君 ,等 . 爬山虎红色素的定性定量分析 [ J]. 无锡轻工大学学报 , 2003, 22( 6): 99～ 102.
5　 Iris F F Benzie, Strain J J. The ferric reducing ability o f pla sma ( FRAP ) a s a measure of “ antiox idant pow er”: the
FRAP assay [ J]. Analy tical Bio chemistry , 1996, 239: 70～ 76.
6　吴梧桐 . 生物制药工艺学 [M ]. 北京: 中国医药科技出版社 , 1998.
7　何炳林 ,王文强 . 离子交换与吸附树脂 [M ]. 上海:上海科技教育出版社 , 1995.
(上接第 144页 )
3　结束语
3% Kev la r浆粕、 4%冰晶石和 35%沉淀硫酸钡
的加入 ,均能不同程度降低摩擦材料的硬度 , Kev lar
浆粕的作用不明显 ,而冰晶石和沉淀硫酸钡的作用
稍明显些。 3种材料均能不同程度地提高摩擦材料
的冲击强度 ,其中 35%硫酸钡的作用较为明显。 3种
材料的加入使摩擦材料各温度阶段的摩擦因数均有
所提高且比磨损速率有所降低 ,其中 Kev lar浆粕和
冰晶石的混合使用能很好地改善摩擦材料的高温摩
擦磨损性能 ,在盘温为 350℃时 ,摩擦因数可保持在
0. 33左右 ,硫酸钡则能较好地控制摩擦因数随温度
的波动。摩擦材料的磨损机理以粘着磨损、疲劳磨损
和磨粒磨损为主。
参 考 文 献
1　 Nicho lson G. 100 yea rs o f brake lining & clutch facing s— fac ts about friction [M ]. P& W Price Ente rprise , Inc. ,
1995.
2　 Mclnty re G, Ho linski R. Improvement of f riction brake lining per fo rmance [ C]∥ 21s t Annua l Brake Colloquium and
Exhibition. Pennsy lv ania: Society of Automotiv e Enginee rs, Inc. , 2003.
3　 Cho M H, Bae E G , Jang H. The ro le of r aw material ing redients of brake lining s on the fo rma tion o f tr ansfe r film
and fric tion cha racte ristics [ C ]∥ Interna tional Spring Fuels & Lubricants Meeting & Exhibition. Pennsylv ania:
Society of Automo tiv e Eng ineer s, Inc. , 2001.
4　 Handa Y , Ka to T. Effec t o f Cu pow der, BaSO4 and cashew dust on th e wear and friction char acteristics of
automo tiv e brake pads [ J]. T ribo log y Transactions, 1996, 39( 2): 346～ 353.
5　 Klaus F. Friction and w ea r o f po lymer composites [ M ]. The Netherlands: Elsev ier Science Publishe r B V , 1986.
6　 Melcher B, Faullant P. A comprehensiv e study o f ch emical and phy sical pr oper ties of me ta l sulfides [C ]∥ SAE 2000
World Cong r ess, Pennsy lv ania: Society of Automo tiv e Eng ineer s, Inc. , 2000.
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