全 文 ：天然产物研究与开发 Nat Prod Res Dev 2006, 18:20-24
文章编号:1001-6880(2006)01-0020-05
　
　
　收稿日期:2005-04-05　　　接受日期:2005-05-18
＊通讯作者 E-mail:w l0519@163.com
大孔吸附树脂纯化乌饭树树叶黑色素的研究
王　立＊ ,姚惠源
(江南大学食品学院 ,无锡 214036)
摘　要:利用 11 种大孔吸附树脂对乌饭树树叶黑色素进行纯化分析 , AB-8、NKA-9 和S-8型大孔吸附树脂的静态
吸附量和解吸率较高。由吸附与时间的关系曲线选择 AB-8 型大孔吸附树脂进行动态分析 , 得出最佳的纯化条
件为:pH 为 5.05 左右 ,溶液浓度为 0.68～ 1.33 mg/mL ,吸附流速为 3 mL/min。使用 7 倍体积的 95%乙醇解吸率
可以超过 95%。树脂使用三次后必须进行再生处理。
关键词:树脂;乌饭树;黑色素;纯化
中图分类号:R284.2;Q946.91 文献标识码:A
Purification of Black Pigment from
Vaccinium bracteatum Thunb Leaves by Resin
WANG Li＊ ,YAO Hui-yuan
(School of Food Science and Technology , Southern Yangtze University ,Wuxi 214036 , China)
Abstract:We purified the black pigment from Vaccinium bracteatum Thunb leaves by resin.The adsorption rate and desorption
rate of AB-8 resin were better than others.The optimum conditions were as following:pH 5.05 , concentration 0.68～ 1.33 mg/
mL , flow rate 3 mL/min.The resin should be retextured after using for three times.
Key words:resin;Vaccinium bracteatum Thunb;black pigment;purification
　　有关乌饭树树叶中黑色素的提取 ,已经有多人
进行过研究[ 1-3] ,但只是简单的将总的固型物作为提
取的指标 ,所研究的提取方法没有明确的针对性 。
研究发现在乌饭树树叶黑色素中的主要色素成分为
黄酮类物质 ,所以以总黄酮类物质的提取量作为指
标进行乌饭树树叶黑色素纯化的研究。
大孔吸附树脂因其具有吸附容量大 、吸附速度
快 、选择性好 、再生处理简单等优点 ,而且它在提取
的同时也有一定的纯化作用 ,所以在天然产物的提
取中被广泛使用[ 4-6] 。利用大孔吸附树脂提取黄酮
类化合物的一般方法是:将植物材料的提取溶液上
吸附树脂柱 ,首先用水洗脱去除其中的可溶性多糖
和蛋白质等杂质 ,再用不同浓度的醇溶液洗出其中
所吸附的黄酮类物质 ,最后用浓醇洗尽[ 7] 。本文目
的是寻找一种适合乌饭树树叶黑色素纯化的大孔吸
附树脂 ,并且同时研究合适的分离条件 ,为以后的工
业化研究和开发乌饭树树叶奠定基础。
1　实验材料 、试剂与设备
1.1　实验材料与试剂
乌饭树树叶:2003 年 3 月采摘于江苏溧阳山
区 ,样品风干 ,粉碎 ,过 20目筛 ,备用 。
芦丁:上海试剂一厂生化试剂;大孔吸附树脂:
南开大学化工厂;其它试剂均为分析纯。
1.2　主要仪器与设备
　　旋转蒸发器:RE-52AA(上海亚荣生化仪器厂);水
循环真空泵:SHB-Ⅲ(郑州长城科工贸有限公司);恒温
磁力搅拌器:94-2(上海志威电器有限公司);分光光度
计:UV1100(北京瑞利分析仪器厂);强力电动搅拌机:
JB90-D(上海标本模型厂);恒温水浴锅:HSG-ⅡC4(余姚
江南仪器仪表厂);离心分离机:LXJ-Ⅱ(上海医用分析仪
器厂);热风干燥箱:101-A(通州市通制药设备厂);
FA1104数显电子天平(上海天平仪器厂)。
1.3　实验方法
1.3.1　大孔树脂的选择
吸附树脂的吸附作用不仅和树脂的物理和化学结
构有关 ,而且还和吸附质的性质 、介质的性质及其操作
方法等因素有关 ,而且在不同情况下 ,影响吸附的因素
会随之改变。因此 ,在选择吸附剂时 ,要求吸附剂具有
以下的性质:对被分离物质具有很强的吸附能力 ,即平
DOI :10.16333/j.1001-6880.2006.01.006
衡吸附量大;有较高的选择性;有一定的机械强度 ,再
生容易;性能稳定 ,价廉易得。在本研究中研究了11中
大孔吸附树脂 ,具体的树脂物理性能见表1。
表 1　不同型号的大孔吸附树脂的物理参数
Table 1　Properties of eleven kinds of resin
树脂型号
Resin type
极性
Polarity
粒径
Grain size
(mm)
比表面积
Specific area
(m2·g-1)
AB-8 弱极性 0.3～ 1.25 480～ 520
NKA 极性 0.3～ 1.25- -
NKA ～ 9 极性 0.3～ 1.25- -
NKA-2 极性 0.3～ 1.25 160～ 200
D4020 非极性 0.3～ 1.25 540～ 580
D100 弱极性 0.3～ 1.0 500～ 600
D140 非极性 0.3～ 1.0 500～ 600
DA201-A 非极性 0.4～ 1.25 150～ 500
X-5 非极性 0.3～ 1.25 500～ 600
D3520 非极性 0.3～ 1.0 480～ 520
S-8 极性 0.3～ 1.25 100～ 120
1.3.2　大孔树脂静态吸附实验———吸附量 、解吸率
的测定以及静态吸附动力学曲线的绘制[ 8 , 9]
1.3.2.1　吸附量的测定
准确称取预处理好的树脂 5.0 g ,装入具塞磨口
三角瓶中 ,准确加入已知浓度的乌饭树树叶水提取
物100.0 mL ,恒温水浴振荡 24 h , 充分吸附后 , 过
滤 , 测定溶液中黄酮类物质的浓度 (稀释 100倍),
黄酮浓度的测量方法参照 AlCl3 比色改进方法 , 即
390 nm 比色法 (标准曲线为 Y =30.6X +0.009 ,
R
2=0.9994。其中 X 为吸光度 , 单位;Y 为浓度 ,
单位mg/mL)。同时按照下式计算各种树脂的吸附
量。
吸附量(mg/ g)=
吸附液初始浓度-吸附液最后浓度(mg/mL)
树脂质量(g) ×溶液体积(mL)
1.3.2.2　解吸率的测定
准确称取按照测定吸附量处理好的树脂 5.0 g ,
准确加入100 mL 95 %(V/V)的乙醇 ,恒温水浴振荡
24 h ,过滤 ,测定滤液中黄酮类物质的浓度 ,按照下
式计算各种树脂的解吸率。
解吸率(%)=解吸液体积(mL)×解吸液浓度(mg/mL)树脂质量(g)×吸附率(mg/ g) ×100%
1.3.2.3　静态吸附动力学特性测定
准确称取大孔吸附树脂 5.0 g ,装入具塞三角瓶
中 ,准确加入已知浓度的乌饭树树叶提取物 100
mL ,恒温水浴振荡 ,在 12 h 内 ,每小时取 0.5 mL 测
定其黄酮类含量 ,绘制静态吸附动力学曲线。
1.3.3　大孔树脂动态吸附以及洗脱实验[ 10 ,11]
通过大孔吸附树脂对乌饭树树叶提取物的静态
吸附实验 ,对筛选出的树脂进行动态吸附实验 ,包括
洗脱流速 、上样液体的 pH 值和上样液体的浓度。
将预先处理好的乌饭树树叶提取物装入玻璃层析柱
中 ,将乌饭树树叶提取物上柱 ,控制一定的流速 ,分
步收集(5 mL/试管),当流出液的吸光度达到上样液
的 1/10时 ,认为已经有黄酮类物质透过 ,停止上样 ,
按照下式计算吸附量。
吸附量(mg)=上样液浓度(mg/mL)×流出液体积(mL)
2　结果与讨论
2.1　大孔树脂静态吸附实验结果
利用收集到的 11种大孔吸附树脂对乌饭树树
叶黑色素中的黄酮类物质粗提取液进行处理 ,在初
始浓度为1.78 mg/mL 的条件下 ,测定其吸附后平衡
浓度(即树脂充分吸附或吸附达到平衡后),可以得
到不同树脂对乌饭树树叶黑色素中黄酮类物质的吸
附量。具体结果见表 2。
　　上述方法充分吸附的树脂再利用 95%乙醇在
25 ℃的条件下进行解吸 ,具体的测定结果见表 3。
表 2　几种大孔吸附树脂对乌饭树树叶黑色素中黄酮类物质的吸附量
Table 2　The adsorption rate of flavonoids by resins
树脂型号
Resin type
吸光度
Absorbency
吸附量
Adsorption quantity(mg/ g)
树脂型号
Resin type
吸光度
Absorbency
吸附量
Adsorption quantity(mg/ g)
AB-8 0.050 32.92 D140 0.219 21.87
NKA 0.122 28.21 DA201-A 0.286 17.50
NKA-9 0.086 30.57 X-5 0.133 27.50
NKA-2 0.159 25.80 D3520 0.185 24.10
D4020 0.211 22.40 S-8 0.066 31.87
D100 0.151 26.32 - - -
21Vol.18 王　立等:大孔吸附树脂纯化乌饭树树叶黑色素的研究 　
表 3　几种大孔吸附树脂对乌饭树树叶黑色素中黄酮类物质的解吸率
Table 3　The desorption rate of flavonoids by 95% ethanol
树脂型号
Resin type
吸光度
Absorbency
解吸率
Desorption rate(%)
树脂型号
Resin type
吸光度
Absorbency
解吸率
Desorption rate(%)
AB-8 0.503 98.08 D140 0.214 61.25
NKA 0.346 78.07 DA201-A 0.159 56.04
NKA-9 0.458 96.01 X-5 0.373 86.53
NKA-2 0.326 80.32 D3520 0.171 43.94
D4020 0.199 55.45 S-8 0.464 93.30
D100 0.252 60.35 - - -
　　从表 2可以看出 ,AB-8 、NKA-9以及 S-8三种大
孔吸附树脂的吸附量比较高 ,同时我们从表 1可以
看出三种大孔吸附树脂都是极性或者弱极性树脂 ,
从这些可以说明由于乌饭树树叶黑色素中的黄酮类
物质具有多酚结构 ,所以具有一定的极性和亲水性 ,
生成氢键的能力比较强 ,有利于极性或弱极性的大
孔吸附树脂的吸附 ,而非极性树脂的吸附量则普遍
比较小。从表 3可以看出同样这三种大孔吸附树脂
的解吸率较高 ,主要的原因可能是由于吸附的作用
力不是很强 ,利于解吸 ,而且其中的 AB-8的解吸率
超过了98%。
同时考虑吸附量以及解吸率 ,选择AB-8 、NKA-9
以及 S-8三种大孔吸附树脂进行吸附动力学实验 。
具体结果见图 1。
图 1　三种大孔吸附树脂吸附量与时间关系曲线
Fig.1　Relation between adsorption and time of AB-8、NKA-9
and S-8
　　从图 1可以看出 , 三种大孔吸附树脂在 1 h 内
的吸附速度非常快 , 基本已经超过其吸附量的
70%, 到 5 h 后已经超过了 90%。其中 AB-8 型大
孔树脂在 1 h内吸附量就可以达到 90%左右 , 而且
从表 2和表 3可以看出 , 这种树脂的吸附量是最高
的 , 而且解吸率也是最高的 , 所以在研究中选用
AB-8型大孔吸附树脂进行乌饭树树叶黑色素的纯
化。
3.2　大孔吸附树脂动态吸附实验结果
3.2.1　大孔树脂动态实验中吸附操作部分研究
在本部分研究中 ,通过改变上样溶液 pH 值 、上
样浓度以及吸附流速对AB-8型大孔吸附树脂进行
吸附研究 ,希望得到理想的上样条件 。
3.2.1.1　上样 pH值对大孔树脂吸附量的影响
将乌饭树树叶提取物调节成不同的 pH 值
(3.10 、4.10 、5.05 、5.95 、7.05 、7.93)上样 ,进行吸附
实验。具体结果见图 2。
图 2　不同上样 pH 对吸附量的影响
Fig.2　Effect of pH on adsorption
　　从图2可以看出 , 在pH值较小的情况下 ,
也就是酸性比较强的时候 , 如图中的 pH 值为 3.10
时 , 大孔吸附树脂的吸附量较低 , 随着 pH 的升
高 , 树脂的吸附量渐渐增加 , 当 pH为 5.05时 , 树
脂的吸附量达到最大值 , 为 32.86 mg/g 树脂。而
随着 pH 的进一步增大 , 树脂的吸附量反而呈现下
降的趋势。造成这种情况的原因是乌饭树树叶提取
物中主要包含的是黄酮类物质 , 而黄酮类物质为多
羟基化合物 , 呈现一定的酸性 , 所以在微酸性条件
下容易被树脂吸附 。而在碱性条件下的吸附量则降
低 。
3.2.1.2　上样浓度对大孔树脂吸附量的影响
将乌饭树树叶提取物原液(1.78 mg 总黄酮/
mL)分别稀释为 0.44 、0.59 、0.68 、0.89 、1.33 mg/mL ,
进行不同上样浓度对树脂吸附量的研究。具体结果
见图3 。
22 天然产物研究与开发　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　Vol.18
图 3　不同上样浓度对吸附量的影响
Fig.3　Effect of concentration on adsorption
　　从图 3可以看出 ,随着上样溶液浓度的增加 ,树
脂的吸附量也增加 ,当溶液浓度达到 0.68 mg/mL
后 ,随着浓度增加 ,树脂吸附量增加较少 ,而到浓度
增加到 1.78 mg/mL 后 ,树脂的吸附量反而有所下
降 ,所以AB-8型大孔吸附树脂的上样溶液浓度应该
控制在0.68 ～ 1.33 mg/mL之间。
3.2.1.3　吸附流速对大孔树脂吸附量的影响
不同的吸附流速 ,物质与树脂的接触时间不同 ,
所以吸附量也可能发生变化。将乌饭树树叶提取物
按照不同的流速上样 ,具体为分别采用 1 、3 、5 、7 、9
mL/min的流速 ,结果见图 4。
　　从图 4可以看出 ,当流速达到 5 mL/min后 ,树
脂的吸附量明显下降 ,到 9 mL/min 后 ,树脂的吸附
量只有在 3 mL/min时的 70%左右。而在流速为 1
mL/min时 ,虽然树脂的吸附量也较高 ,但是导致实
验的循环周期延长 ,所以将吸附流速控制为 3 mL/
min。
图 4　不同吸附流速对吸附量的影响
Fig.4　Effect of flow rate on adsorption
3.2.2　大孔树脂动态实验中洗脱操作部分研究
在本部分研究中 ,通过筛选 ,选择出合适的洗脱
剂 ,并且确定洗脱剂的浓度和用量 。
3.2.2.1　洗脱剂的选择
化合物经树脂柱吸附之后 ,根据吸附力强弱不
同而选用不同的洗脱剂 。一般来说 ,非极性大孔树
脂 ,洗脱剂极性越小 ,洗脱能力越强;对于中极性大
孔树脂和极性较大的化合物 ,则用极性较大的溶剂。
本研究中使用的大孔树脂是弱极性的 ,所以选择极
性较大的洗脱剂 。常用的解吸剂 ,是以最能溶解吸
附质为原则 ,但要求沸点低 ,易于蒸馏回收 ,且同时
要考虑环境保护等问题 。黄酮类化合物易溶于甲
醇 、乙醇 、丙酮等有机溶剂中 ,考虑到甲醇的毒性和
丙酮的挥发性以及经济性 ,而且考虑利用大孔树脂
只是进行初步的纯化 ,所以在本试验中使用工业乙
醇作为洗脱剂。
3.2.2.2　洗脱剂浓度对大孔树脂解吸率的影响
使用乙醇进行洗脱 ,不同的浓度洗脱效果也不
一样 ,所以需要选择一个合适的浓度 。在实验中分
别使用了 30%、50%、70%以及 95%的乙醇进行洗
脱 ,具体结果见图 5。
图 5　洗脱剂浓度对解吸率的影响
Fig.5　Effect of eluent concentration on desorption
　　从图5可以看出 ,随着乙醇的浓度增加 ,树脂的
解吸率随之增加 ,当乙醇的浓度增加到 95%时 ,树
脂的解吸率超过 96%,所以在实验中选择使用 95%
的乙醇进行洗脱。
3.2.2.3　洗脱剂用量对大孔树脂解吸率的影响
图 6　不同洗脱剂用量对解吸率的影响
Fig.6　Effect of eluent dosing on desorption
选择 95%乙醇进行洗脱 ,从理论上讲 ,使用的洗脱
剂越多 ,洗脱的效果越好 。但是使用过多的洗脱剂
对后续的产品浓缩会起到负面的作用 ,因此洗脱剂
用量的选择也尤为重要。在实验中 ,采用了不同量
的乙醇进行洗脱 ,乙醇与树脂的比值分别为 3∶1 、5∶
23Vol.18 王　立等:大孔吸附树脂纯化乌饭树树叶黑色素的研究 　
1 、7∶1和 9∶1(v/w),具体结果见图 6。
　　从图6可以看出 ,当乙醇体积是树脂的 7倍和9
倍时 ,树脂的解吸率基本一样 ,只有略微的上升。考
虑到增加两倍的体积 ,对后续的浓缩工作带来负担 ,
所以在研究中采用乙醇与树脂的比值为 7∶1(v/w)。
3.2.3　树脂的再生实验
化合物经树脂柱吸附之后 ,在树脂表面或内部
还残存着许多非极性成分 ,或吸附性成分 ,这些杂质
会堵塞树脂孔道 ,或使某些官能团失去吸附性能 ,即
毒化树脂 ,因此必须在下一次使用时再生树脂 。通
常再生树脂的方法是根据吸附物质的性质和树脂本
身的性质决定的 。本试验中使用的再生方法是先用
4%NaOH 浸泡一天 ,用蒸馏水冲洗至中性;再用 4%
HCl浸泡一天 ,用蒸馏水冲洗至中性 ,最后用无水乙
醇浸泡2 d ,用蒸馏水冲洗至无醇味 。实验中我们将
树脂连续使用了 5次 ,具体吸附量见表 4。
　　从表 4可以看出 ,树脂在使用了三次以后 ,吸附
量只有原先的 80%左右 ,所以树脂在使用了三次以
后必须进行再生处理 。
表 4　树脂使用次数对吸附量的影响
Table 4　Effect of resin s using times on adsorption
使用次数
Using times
吸光度
Absorbency
吸附量
Adsorption quantity(mg/g)
1 0.050 32.92
2 0.064 32.03
3 0.087 30.48
4 0.131 27.63
5 0.208 22.58
4　小结
4.1　通过对11种大孔吸附树脂的静态吸附研究 ,得
出AB-8型大孔吸附树脂是一种比较理想的树脂 ,吸
附量大 ,解吸率高 ,较适合于乌饭树树叶黑色素中黄
酮类成分的初步纯化 。
4.2　通过对AB-8型大孔树脂的动态吸附研究 ,确
定了乌饭树树叶黑色素中黄酮类成分的初分条件:
pH为 5.05左右 ,溶液浓度为 0.68 ～ 1.33 mg/mL ,吸
附流速为 3 mL/min ,此时树脂对其中的黄酮类物质
吸附量最大。
4.3　通过对吸附后的树脂进行洗脱研究 ,发现采用
95%的乙醇 ,与树脂的比值为 7∶1(v/w)时进行洗
脱 ,解吸率可以超过 95%。
4.4　树脂使用3次后必须进行再生处理 ,这样才能
保证树脂的高效。
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