全 文 ：第 22卷　第 3期
2006年 7月
福建师范大学学报 (自然科学版 )
Journal of Fujian Normal Univ e rsity ( Na tural Science Edition)
Vo l. 22　 No. 3
Jul. 2006
文章编号: 1000-5277( 2006) 03-0085-05
大孔吸附树脂对高粱泡鲜果红色素的吸附与洗脱性能
吴彩容 , 陈炳华 , 刘剑秋 , 何旭婷
(福建师范大学生命科学学院 , 福建 福州　 350007)
　　摘要: 探讨了高粱泡果实红色素的提取条件及大孔吸附树脂对其吸附和洗脱特性 . 结果表明 , 高粱泡果
实红色素的最适提取剂为酸性 EtOH. 3种大孔树脂中 , X-5型树脂对高粱泡果实红色素的吸附和洗脱性能较
好 , 吸附率达 96. 17% , 解吸率为 94. 40% , 适宜用作高粱泡果实红色素的分离、 纯化 ; 适当的色素液浓度、
流速、 NaCl质量分数及温度均可增大 X-5型树脂对色素的吸附率 , 而用 80% ～ 95% EtO H作为洗脱剂 , 洗脱
效果最好 .
关键词: 高粱泡 ; 红色素 ; 大孔吸附树脂 ; 吸附 ; 洗脱
中图分类号: S565. 1　　　文献标识码: A
　收稿日期: 2005-09-18
　基金项目: 福建省教育厅基金资助项目 ( JB03129)
　作者简介: 吴彩容 ( 1981—　 ) , 女 , 广东江门人 , 硕士研究生 , 研究方向为植物学 .
The Adsorption and Desorption Properties of Macro-porous
Resins for Red Pigment from Fruit of Rubus lambertianus Ser.
WU Cai-rong, CHEN Bing-hua, LIU Jian-qiu, HE Xu-ting
(College of L ife Sciences, Fujian Normal University , Fuzhou 350007, China )
Abstract: The ex traction condi tions, the adso rption and deso rption properties o f macro-porous ad-
sorption resin fo r the red pigment f rom Rubus lambert ianus f rui t w ere analy zed. The results showed
that the best ex t raction solution was acid ethanol. The X-5 resin had a good abi li ty of adsorption and
elution fo r red pigment in 3 macro-po rous adso rption resin. The adso rption rate w as up to 96. 17% ,
and the elution rate was 94. 4% . X-5 macro-po rous adsorption resin w as sui table to iso late and puri fy
the red pigment. At a proper concentration of pigment and NaCl , v eloci ty f low and tempera ture, the
adso rption rate of the X-5 macro-porous may be somewhat increased. The deso rption rate was best
w hen the concentra tion o f Ethano l w as 80% ～ 90% .
Key words: Rubus lambertianus Ser. ; red pigment; macro-porous adso rption resin; adsorption;
deso rption
高粱泡 ( Rubus lambert ianus Ser. )是蔷薇科悬钩子属植物 , 分布广东、 广西、 浙江、 云南、 福建、
台湾等省区 , 生于海拔 500 m左右的山坡灌丛、沟谷和路旁 [1 ] . 福建境内野生资源蕴藏相当大 , 尤其在
闽西北的县、市山区 . 高粱泡为该属中的晚熟型种类 . 其果实 11～ 12月成熟 , 呈橙红色 , 柔软多汁 , 营
养成分丰富 [2 ] , 含稳定性较好的红色素 [3- 4 ] , 适宜加工成果汁、 果酒等 , 提取色素也可作为果汁饮料的
着色剂 , 具有较高的利用价值 . 因此 , 深入分析该色素的提取及精制具有重要的现实意义 .
目前 , 花色苷类红色素的提取、 精制方法主要有溶剂萃取法、超滤法及吸附精制法 3种 [5 ] . 吸附精
制法是用非极性和弱极性大孔吸附树脂吸附萃取液中的色素 ,然后用合适的洗脱剂将色素洗脱下来 ,从
而达到精制色素目的的一种生产工艺 [6 ] . 这种工艺以其耗能少、有机溶剂用量少、吸附量大、吸附速度
快及易于解吸等特征 , 近些年来在花色苷类色素的生产中得到应用并迅速发展 [ 7- 10] . 本文作者研究了
大孔树脂对高粱泡果实红色素的吸附及洗脱特性 , 为该色素的开发利用提供合适的提取和精制条件 .
1　材料与方法
1. 1　材料和仪器
材料: 高粱泡成熟果实采自福建省长汀县童坊镇境内 , X-5型、 AB-8型和 S-8型大孔吸附树脂均
为天津市光复精细化工研究所产品 ,各种树脂物理性能见表 1.其它试剂均为国产分析纯 ,水为蒸馏水 .
主要仪器: 752型紫外光栅分光光度计 (上海精密科学仪器有限公司 ) , RE-52AAA旋转蒸发器 (上海
嘉鹏 ) , 循环水真空泵 (上海嘉鹏 ) , DT系列电子天平 (江苏常熟长青 ) , T HZ-82A恒温振荡器 (国华
企业 ) .
表 1　 3种大孔吸附树脂的物理特性
树脂 极性 粒径范围 /mm 比表面积 / ( m2· g- 1 ) 平均孔径 /nm 孔隙率 /% 孔容 / ( m L· g- 1 )
S-8 极性 0. 3～ 1. 25 100～ 120 28. 0～ 30. 0 0. 78～ 0. 82
AB-8 弱极性 0. 3～ 1. 25 480～ 520 13. 0～ 14. 0 42～ 48 0. 73～ 0. 77
X-5 非极性 0. 3～ 1. 25 500～ 600 29. 0～ 30. 0 50～ 60 1. 20～ 1. 40
1. 2　实验方法
1. 2. 1　高粱泡果实红色素浸提剂的选择
为 了选择合适提 取剂 , 各称取 1. 00 g 的高粱泡果实 分别以 1. 5 mo l /L HCl - 75%
EtO H (V ( HCl )∶ V ( EtOH) = 15∶ 85) 、 1. 5 mo l /L HCl- 95% EtOH溶液 ( V ( HCl )∶ V ( EtO H) =
15∶ 85 )、 1% HCl- 95% EtO H ( V ( HCl )∶ V ( EtO H) = 1∶ 99) 、 0. 2% HCl、 0. 2%柠檬酸、 0. 2%
草酸、 0. 1 mo l /L柠檬酸 -磷酸盐缓冲液 ( pH3. 0) 及蒸馏水各约 50 mL, 浸提 12～ 18 h, 过滤 , 再用相
应的提取剂定容至 50 mL,分别于最大吸收峰测定各自的吸光度 .比较不同色素提取液的吸光值 ,筛选
出合适的提取剂 .
1. 2. 2　红色素的提取
取 200 g高粱泡果实 , 破碎去籽后 , 用 600 mL体积分数为 1% HCl- 95% EtO H溶液 , 在室温下
浸提 4 h , 抽滤 , 将滤液用旋转蒸发仪在 ( 50± 1)℃下真空浓缩 , 得少量红色浓浆 , 再用 75% EtOH除
去果胶后 , 存于 4℃冰箱中备用 .
1. 2. 3　吸附树脂的预处理
装柱之前 , 将 X-5型、 AB-8型和 S-8型的大孔树脂置于 95% EtO H中浸泡 24 h , 除去树脂中的杂
质 . 装好柱后 , 用蒸馏水以 2倍 (柱体积 ) /h的流速冲洗树脂柱 , 直到无 EtO H残留 ; 以 2倍 (柱体
积 ) /h的流速 , 将 5% HCl通过树脂柱 , 2 h后再以蒸馏水洗至中性 ; 以 2倍 (柱体积 ) /h的流速 , 将
2% NaOH水溶液通过树脂柱 , 2 h后再以蒸馏水洗至中性备用 .
1. 2. 4　不同树脂对红色素的吸附和洗脱性能
静态吸附与洗脱: 称取处理好的 3种湿树脂各 3 g分别置于三角瓶中 ,加入 25 m L相同浓度的色素
液 , 室温振荡 1. 5 h, 取上清液 , 测定其吸光值 , 计算静态吸附率 ; 用 1% HCl- 95% EtO H进行洗脱 ,
恒温振荡 1. 5 h, 取上清液 , 测定其吸光值 , 计算静态解吸率 , 比较 3种树脂的吸附率和洗脱率 , 以选
择合适的树脂类型 .
吸附率% = ( A0 - A ) /A0× 100% ,
解吸率% = A1 /A× 100% ,
式中: A0为吸附前的吸光值 , A为吸附后的吸光值 , A1为解吸后的吸光值 .
柱上动态洗脱: 称取 5 g已经吸附饱和的 AB-8型和 X-5型树脂 , 1% HCl- 95% EtO H作为洗脱剂
进行洗脱 , 每管收集 5 mL, 共收集 7管 . 测定每管收集液的吸光值 , 计算动态吸附率 , 选择最合适的
树脂类型 .
1. 2. 5　 X-5型树脂对红色素的吸附和洗脱性能
流速对柱上吸附性能的影响: 各取适量活化 X-5树脂装柱 ,采用不同流速 ,将高粱泡果实红色素提
86 福 建 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 　　　　　　　　　　　 2006年　
取液上柱吸附 , 考察不同流速对 X-5型树脂吸附高粱泡果实红色素的影响 .
温度对树脂吸附的影响: 分别称取湿的树脂各 0. 5 g , 加入用 pH3. 0缓冲液调成的果实色素液 25
m L, 在不同温度下恒温振荡吸附 60 min, 测定吸附后的吸光值 , 计算吸附率 .
色素液浓度对柱上吸附性能的影响: 分别称取湿的树脂各 4. 0 g, 配置不同浓度色素液各 50 mL过
柱 , 流速 1 mL /min, 于 500 nm处测其吸附前后吸光值 , 计算吸附率 .
添加 NaCl的质量分数对树脂吸附性能的影响:称取 X-5树脂 6份 ,各 1. 0 g,配置同一浓度色素各 10
m L,加入一定量的 0% 、 1%、 3%、 5%、 8%和 10% NaCl溶液 ,分别测其吸附前后的吸光值 .
4种不同溶剂对洗脱效果的影响: 各取 6. 0 g已吸附红色素的 X-5型树脂 , 分别加入 25 mL的蒸馏
水、 甲醇、 EtOH或丙酮 , 振荡 3 h后过滤 , 取滤液 , 在最大吸收峰处测定其吸光值 .
EtO H体积分数对洗脱的影响: 各取 6. 0 g已吸附红色素的 X-5树脂 ,分别加入 20% 、 40% 、 60% 、
80%、 95%和 100% EtO H 20 mL, 于 30℃恒温振荡器振荡使色素从树脂上解吸 , 测定洗脱液的吸光度
值 , 计算洗脱率 , 以选择适宜体积分数 EtO H作为洗脱剂 .
2　结果与讨论
2. 1　最适提取剂的选择
表 2　高粱泡果实红色素不同提取剂提取效率
编号 提取剂 稀释倍数 溶液色泽 在各自最大吸收峰 A值
1 1. 5 mol /L HCl- 95% EtOH 1 红色 0. 505
2 1. 5 mol /L HCl- 75% EtOH 1 红色 0. 518
3 1% HCl- 95% EtOH 1 红色 0. 598
4 0. 2% 草酸 1 橘红色 0. 367
5 0. 2% HCl 1 浅红色 0. 329
6 柠檬酸 -磷酸盐缓冲液 0 橘红色 0. 249
7 0. 2%柠檬酸 0 橘红色 0. 213
8 蒸馏水 0 橘红色 0. 212
　　用不同溶剂对高粱泡果实进行浸取 , 表 2结果表明 , EtO H溶液的浸出率高于其他提取剂 , 1号、 2
号、 3号的提取剂的提取率接近 , 3号最佳 , 所以选取 3号为浸提剂 , 即 1% HCl- 95% EtO H为
V ( HCl)∶V ( EtO H) = 1∶ 99的混合液 .
2. 2　树脂的筛选
通过静态法 , 研究了 3种树脂对高粱泡果实红色素的吸附率和解吸率 , 结果见图 1. 由图 1可知 , 3
种树脂红色素的吸附率均在 85%以上 , 其中非极性的 X-5型树脂的吸附率最高 , AB-8型次之 . 从解吸
率看 , 以 X-5型树脂最高 , 达 94. 4% ; 另外 , 柱上动态洗脱曲线 (见图 2) 表明 , 前 3管 X-5型树脂洗
脱速度比 AB-8型的快 , 从第 3管后两者的洗脱速度基本一致 . 故本实验重点考察 X-5型树脂对高粱泡
果实红色素的吸附和洗脱特性 .
图 1　 3种大孔树脂对高梁泡红色素
吸附和洗脱效果比较 图 2　 2种树脂的动态洗脱曲线
2. 3　X-5型树脂对色素的吸附和洗脱特性
87　第 3期　　　　　　　　　吴彩容: 大孔吸附树脂对高粱泡鲜果红色素的吸附与洗脱性能
2. 3. 1　流速对吸附性能的影响
由图 3可知 , 色素液通过树脂的流速快慢直接影响到树脂对色素的吸附 . 流速为 1～ 3 mL /min时 ,
随流速的增加 , 树脂色素的吸附率下降 , 但降幅较小 , 当流速达 5 mL /min或 10 m L /min时 , 大量的
红色素未被树脂吸附而流出树脂床 , 致使吸附率大幅下降 . 但流速过小 , 吸附时间过长 , 树脂再生困
难、 寿命降低 , 而且效率低 , 综合考虑建议流速以 2. 0 mL /min为宜 .
图 3　不同流速对 X-5型树脂
吸附率的影响
图 4　不同温度下 X-5型树脂对高梁泡
红色素吸附率的影响
2. 3. 2　色素液浓度对吸附率的影响
由表 3可知 ,提取液中红色素浓度是影响树脂吸附性能的重要因素之一 ,树脂的吸附率随色素液浓
度的增大而增大 ,但在生产上 ,如果色素液浓度过低 ,则工作效率低下 ,树脂吸附杂质量增大 ,加大了色
素与杂质分离的难度 .因此 ,上柱时色素液的浓度 (以吸光值计 )应控制在 0. 5～ 0. 8之间较为合适 .
表 3　不同色素浓度对 X-5型树脂性能的影响
吸附前色素液 A值 吸附后色素液 A值 吸附率 /%
1. 655 0. 225 86. 4
1. 066 0. 125 82. 3
0. 746 0. 066 91. 2
0. 546 0. 053 90. 3
0. 276 0. 017 93. 8
0. 131 0. 003 97. 7
2. 3. 3　温度对吸附性能的影响
在 4℃、 15℃、 25℃和 45℃温度条件下 , X-5型树脂对高粱泡果实红色素吸附率的变化情况见图 4.
由图 4可知 ,温度过高或温度过低 ,树脂的吸附率均下降 . 这是由于大孔吸附树脂的吸附过程一般为放
热过程 [9 ] ,因而升高温度会降低吸附量 ; 低温时色素的溶解性降低 ,影响树脂对色素的吸附 ,导致吸附
效果下降 . 另外 , 在 15℃温度条件下 , X-5型树脂的吸附性能最好 , 吸附率为 91% , 在室温 ( 25℃ ) 条
件下吸附率为 89. 6% , 两种条件下吸附率相差不大 . 综合考虑 , 处理时选择在常温下进行吸附即可 .
2. 3. 4　 NaCl质量分数对吸附性能的影响
由表 4可知 ,在一定范围内 ,提取液中 NaCl质量分数增高 ,有助于 X-5型树脂对红色素的吸附 ,但
增大到一定范围后 ,吸附量反而有所下降 ,结果与 NaCl质量分数 HPD100对栀子黄色素的吸附性能 [10 ]
基本一致 . 由此可见 , 在提取剂中添加一定质量分数的食盐 , 能促进树脂对色素的吸附 , 提高大孔树
脂的吸附效率 .
表 4　不同 NaCl质量分数对 X-5型树脂吸附性能的影响
NaCl质量分数 /% 吸附后吸光值 吸附率 /% 增大率 /%
0 0. 151 82. 54 0
1 0. 133 84. 62 2. 45
3 0. 126 85. 43 3. 38
5 0. 175 79. 76 - 3. 47
8 0. 186 78. 49 - 5. 15
10 0. 267 69. 13 - 19. 39
2. 3. 5　不同溶剂对洗脱效果的影响
88 福 建 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) 　　　　　　　　　　　 2006年　
由图 5可知 , 蒸馏水洗脱能力最差 , 甲醇、 无水 EtO H、 丙酮的静态洗脱效果差不多 , 都具有良好
的洗脱能力 , 考虑到食用色素的安全性 , 因此 , 选用一定体积分数的 EtO H作为洗脱剂 .
2. 3. 6　 EtO H体积分数对洗脱率的影响
分别采用不同体积分数的 EtO H水溶液作为洗脱剂 ,对已达到吸附饱和的树脂进行洗脱 ,结果见图
6. 由图 6可知 , 随 EtO H体积分数增大 , 洗脱液的吸光值增大 , 当 EtO H体积分数达到 95%时 , 吸光
图 5　 4种静态洗脱剂的选择 图 6　不同体积分数乙醇溶液对
红色素的解吸能力
值最大 , 而用无水 EtO H洗脱时 , 洗脱能力有所降低 . EtO H是一种水溶性的极性溶剂 , 它的加入会改
变溶液中的介电常数和吸附剂与色素之间的分子引力 ,增强色素的水溶性 ,洗脱率增大 . 但 EtO H体积
分数过高或过低 , 都不利于色素解吸 , 因此作者选用 80% ～ 95% EtO H溶液作为色素洗脱液 .
参考文献:
[ 1] 林来官 , 张永田 . 福建植物志: 第 2卷 [ M ]. 福州: 福建科学技术出版社 , 1985: 293- 310.
[ 2] 陈炳华 , 刘剑秋 . 高粱泡果实营养评价及其种子油脂肪酸成分的分析 [ J]. 天然产物研究与开发 , 2001, 13 ( 6):
53- 56.
[ 3] 陈炳华 , 刘剑秋 . 高粱泡果实红色素及其稳定性研究 [ J]. 海南师范学院学报: 自然科学版 , 2001, 9 ( 14): 97-
101.
[ 4] 陈炳华 , 刘剑秋 . 食品添加剂和金属离子对高粱泡果实红色素稳定性的研究 [ J]. 亚热带植物科学 , 2001, 30
( 3): 16- 21.
[ 5] 陈勇 , 张晴 . AB-8型大孔吸附树脂吸附和分离紫甘薯色素的研究 [ J]. 中国食品添加剂 , 2001, 6: 6- 9.
[ 6] 张晴 . X-5型大孔吸附树脂吸附和分离萝卜色素 [ J]. 青岛大学学报: 自然科学版 , 2000, 15 ( 3): 15- 17.
[ 7 ]毕红霞 , 李建伟 , 陈玮 , 等 . AB-8吸附树脂对欧李红色素的吸附和精制 [ J]. 郑州工程学院学报 , 2004, 25 ( 2): 40
- 42.
[ 8 ]龚敏 , 陈清西 . 大孔吸附树脂浓缩火龙果色素的研究 [ J]. 厦门大学学报: 自然科学版 , 2004, 43 (增刊 ): 44- 46.
[ 9]李剑君 , 李温宏 , 高新 , 等 . AB-8型大孔吸附树脂吸附葛根素过程的研究 [ J]. 西安交通大学学报: 自然科学版 ,
2000, 34 ( 4): 78- 81.
[ 10 ]粱华正 , 廖夫生 , 乐长高 . 大孔树脂分离纯化栀子黄色素的研究 [ J]. 广东食品工业科技 , 2004, 20 ( 2): 9- 11.
(责任编辑: 余　望 )
89　第 3期　　　　　　　　　吴彩容: 大孔吸附树脂对高粱泡鲜果红色素的吸附与洗脱性能