全 文 ：西北农业学报　2008 , 17(6):262-266
Acta A griculturae Boreali-occidentalis Sinica
大孔吸附树脂分离富集铁筷子总皂苷的研究①
张艳红1 ,杨　健2 ,苗　芳1 ,尉耀元2 ,周　乐2＊
(1.西北农林科技大学 生命科学学院 ,陕西杨凌　712100;2.西北农林科技大学理学院 , 陕西杨凌　712100)
摘　要:对 7 种大孔吸附树脂的铁筷子总皂苷吸附性能进行了比较筛选试验 , 并对选定的树脂进行了吸附与
解吸优化条件研究。其中 LSA-30 型大孔吸附树脂具有较佳的吸附能力 ,其吸附分离铁筷子总皂苷的适宜条
件为:上样浓度 60 mg/ mL ,吸附流速 2.0 BV/ h ,洗脱剂为体积分数 30 %～ 95 %的乙醇 , 洗脱速度 1.0 BV/
h , [ NaCl] 为 0.5 mo l/m L;95 %乙醇洗脱液干燥后总固形物中铁筷子总皂苷含量达到 60 %以上。
关键词:铁筷子;铁筷子总皂苷;大孔吸附树脂;LS A-30
中图分类号:Q946.8　　　　文献标识码:A　　　　　文章编号:1004-1389(2008)06-0262-05
Study on Separation and Purif ication of Total Saponins from
Helleborus thibetanus by Macroporous Adsorption Resin
ZHANG Yan-hong1 , YANG Jian2 , MIAO Fang1 , WEI Yao-y uan2 and ZHOU Le2＊
(1.College of Life Sciences , Northw es t A&F University , Yangling Sh aanxi 712100 , China;
2.College of Science , Northwest A&F University , Yangling Shaanxi 712100 , China)
Abstract:Seven macropo rous adsorption resins w ere compared on thei r adsorption properties fo r total
saponins f rom Helleborus thibetanus , and the LSA-30 type resin po ssessed the bet ter adso rpt ion abili-
ty .The optimized condi tions of adso rpt ion and deso rption were as fo llow ing :the concentration of
sample w as 60 mg/mL;the current velo city of adso rption w as 2.0BV/h ;the eluting reagent w as 30%
～ 95%EtOH ;eluting rate w as 1.0 BV/h ;[ NaCl] was 0.5 mo l/mL.The content of to tal saponins
w as up to 60% in the dried f raction o f 95% ethanolic elution.
Key words:Helleborus thibetanus;To tal saponins f rom H .thibetanus;Macroporous adso rption resin;
LSA-30
　　铁筷子(Helleborus thibetanus Franch.)为
毛茛科铁筷子属多年生草本植物 ,又名嚏根草 、小
桃儿七等[ 1] 。铁筷子属植物约有 20余种 ,主要分
布在欧洲东南部和亚洲西部;其中 , Helleborus
thibetanus Franch.为我国西部特产种 ,主要分布
于秦岭和大巴山区 。其根茎为主要药用部位 ,具
活血散瘀 、消肿止痛 、清热解毒之功效 ,民间主要
用于治疗膀胱炎 、尿道炎 、疮疖肿毒及跌打损伤等
症[ 2] 。
国内外的研究表明 ,铁筷子属植物含有甾体
皂苷 、黄酮 、木质素 、多糖 、氨基酸等成分 。其中铁
筷子总皂苷因具有增大心肌收缩力和心搏出量 、
减低心律 、消除水肿与呼吸道困难的强心作用 ,促
进糖元产生以抑制乳酸生成的胰岛素样作用 ,抑
制肿瘤细胞的生长 ,促进白细胞增多以及提高人
体系统免疫力等多种生理功能而受到人们的关
注[ 3-5] 。大孔吸附树脂作为一种有机高聚物吸附
剂 ,因具有吸附选择性强 、富集效果好和容易再生
①收稿日期:2008-06-02　　修回日期:2008-06-10
基金项目:国家自然科学基金(30571402和 30771454)。
作者简介:张艳红(1982-)女, 河南洛阳人 , 在读硕士研究生 , 专业方向:天然产物化学研究。
＊通讯作者:周　乐。 E-mail :bet terzl@163.com
等优点 ,近年已广泛应用于中草药有效成分的分
离和富集[ 6] 。而有关利用大孔吸附树脂分离和富
集铁筷子总皂苷的研究目前鲜见报道。本试验对
7种大孔吸附树脂吸附铁筷子总皂苷进行了研
究 ,从中筛选出适合铁筷子总皂苷分离的树脂 ,并
探讨其合适的分离条件 ,以期为铁筷子的进一步
研究与开发提供参考 。
1　材料与方法
　材料与试剂
铁筷子总皂苷粗提物为经过石油醚脱脂的铁
筷子根茎粉末 50 %乙醇提取浓缩物 ,上样时加入
适量去离子水 ,配制成不同浓度样液备用;薯蓣皂
苷元对照品(中检所);其他试剂均为分析纯;大孔
树脂 LSA -10 , LSA -21 , LSA -30 , LSA -40
(西安蓝晓科技有限公司), D101(天津农药股份
有限公司),HP-10(日本三菱公司),A T -32(安
唐科技有限公司),所有树脂使用前均经常法预
处理 。
　试验方法
1.2.1　铁筷子总皂苷的定量测定方法　采用紫外
-可见分光光度法进行。标准曲线制作依照参考
文献[ 7]法 ,以吸光度 A 为纵坐标 ,含量 C为横坐
标作图 ,绘制标准曲线。线性回归 C=31.01A +
0.62 , r=0.9979;线性范围 3.0 ～ 18.0 μg/mL。
1.2.2　大孔吸附树脂吸附率和解吸率的测定　
称取预处理过的大孔树脂 10 g(湿态 ,后同),置
250 mL 具塞锥形瓶中 , 加入浓度为 40 mg/mL
的铁筷子总皂苷水溶液 100 mL ,密塞 ,置 25 ℃
恒温摇床中振荡 24 h ,转速 120 r/min。充分吸
附后 ,过滤 ,分别测定原液和滤液中铁筷子总皂苷
的含量。将过滤后的大孔树脂倒入 250 mL 具塞
锥形瓶中 ,加入 100 mL 95 %的乙醇 , 25 ℃恒温
水浴振荡 24 h ,过滤 ,测定乙醇解吸液中总皂苷
的浓度 ,并按下式计算各种树脂的吸附率(mg/g
)和解吸率(%)。
吸附率=[吸附前溶液浓度(mg/mL )-吸
附后溶液浓度(mg/mL )] ×溶液体积(mL )/
树脂质量(g )。
解吸率=[解吸液浓度(mg/mL )×解吸液
体积(mL)] /[树脂质量(g )×吸附率(mg/g )]
×100%。
1.2.3　大孔树脂的静态吸附动力学特性　称取
大孔吸附树脂 10 g 加入 250 mL 具塞锥形瓶中 ,
再加入浓度为 40 mg/mL 的样液 100 mL ,密塞 ,
置 25 ℃恒温摇床以 120 r/min 速率振荡 。分别
于加入药液后 20 ,40 , 60 , 120 , 180 , 240 , 360
min 吸取上层清液 0.5 mL 测定其中总皂苷的浓
度 ,绘制树脂静态吸附动力学曲线 。
1.2.4　动态吸附容量[ 8]考察　称取树脂 10 g 装
柱(15 mm ×300 mm ,后同),柱体积约 20 mL ,
注入浓度为 40 mg/mL 的铁筷子水溶液 , 流速
2.0 BV/h。收集流出液 ,每份 10 mL ,测定流出
液总皂苷浓度 ,绘制树脂对铁筷子总皂苷的吸附
透过曲线图。当流出液总皂苷浓度达上样液浓度
的 10%时 ,认为总皂苷已透过 ,停止进样 ,此时
的上样量即为树脂的理想动态吸附容量 。
1.2.5　不同浓度乙醇解吸效果考察　称取 10 g
树脂装柱 ,按 2.2.3项选定的理想动态吸附容量上
样 ,分别依次用去离子水 , 10%,20% ,30% ,40%,
50%,70%,95%乙醇各 100 mL洗脱 ,收集洗脱液 ,
测定总皂苷的含量 ,绘制树脂的解吸曲线。
1.2.6　LSA -30 大孔树脂动态吸附-解吸影响
因素的考察　对筛选出的树脂进行动态吸附-解
吸影响因素考察 ,包括上样液浓度 、吸附速率 、盐
浓度和洗脱速率。取经过预处理的树脂 10 g 装
柱 ,按 2.2.3 项选定的理想动态吸附容量选取一
定浓度的铁筷子总皂苷水提取液通过树脂 ,控制
流速 ,依次用去离子水 、30%、95%乙醇各 100 mL
进行洗脱 。收集 95%乙醇洗脱液 , 测定其中总
皂苷的含量 ,并计算总皂苷比吸附率和纯度 。
总皂苷比吸附率(mg/g )=洗脱液中总皂
苷量(mg )/树脂重量(g )。
1.2.7　LSA-30大孔树脂重复使用寿命考察　
对树脂进行了 10 个周期的吸附/洗脱试验 ,从总
皂苷比吸附率和纯度两方面评价树脂。
2　结果与讨论
　大孔吸附树脂类型的选择
2.1.1　大孔吸附树脂对铁筷子总皂苷的静态吸
附　通过静态法对 7种树脂的铁筷子总皂苷吸
附率和解吸率进行了初步筛选 , 结果见表 1。
由表 1 可以看出 ,不同类型的大孔吸附树脂
对铁筷子总皂苷的静态吸附效果有较大的差异。
D101 ,LSA -30 这两种树脂的吸附率最高;而解
吸率最高的亦是这两种树脂 ,保证了有效成分最
大限度的回收 。因此 ,选择 D101 和 LSA-30 树
脂进行静态吸附动力学实验 ,结果见图 1。
·263·6 期 张艳红等:大孔吸附树脂分离富集铁筷子总皂苷的研究
表 1　大孔吸附树脂对铁筷子总皂苷的吸附率和解吸率
Table 1　Adsorption rate of total saponins in Helleborus thibetanus by
macroporous resin and desorption rate by 95% EtOH
树脂型号
Resin type
吸附率/(mg/ g )
Adsorption rate
解吸率/ %
Desorption rate
树脂型号
Resin type
吸附率/(mg/ g )
Adsorp tion rate
解吸率/ %
Deso rp tion rate
LSA-10 27.21 87.9 D101 35.27 89.7
LSA-21 29.69 81.5 H P-10 26.13 86.0
LSA-30 34.34 90.2 AT -32 27.13 78.2
LSA-40 24.20 89.5
图 1　两种树脂的静态吸附动力学曲线
Fig.1　The adorption curves in static state of two resins
　　从图 1可以看出 ,两种树脂的静态吸附动力
学曲线基本相似 ,对铁筷子总皂苷的吸附均为快
速平衡型:即在吸附前期(0 ～ 60 min)的吸附速
率明显大于后期(60 ～ 360 min),且前期的吸附
速率基本恒定 ,后期的速率则非常小;在 60 min
内基本已经超过其平衡吸附量的 80%, 到 120
min后已经超过了 90%。
根据 Langmuir 吸附速率方程(1),定量比较
两种树脂对铁筷子总皂苷的吸附速率。
ln[ Qe/(Qe-Qt)] =K t +m (1)
(1)式中 ,Qt为 t时刻树脂的吸附量;Qe为平
衡时树脂的吸附量;K 为平衡速率常数 ,m为常数。
(1)式经变换为:- ln(1-Qt/ Qe)=K t +m。以
-ln(1-Qt/ Qe)对时间 t 进行线性回归 ,可得铁
筷子总皂苷在 D101 树脂上的吸附平衡速率常数
K=0.0102 min-1 , R=0.9378;在 LSA-30 树脂
上的吸附平衡速率常数为 K=0.0126 min-1 , R=
0.9452。可以看出 ,两种树脂的 K 值相差不大 ,进
一步说明了两种树脂对铁筷子总皂苷的吸附具有
良好的选择性 ,且较短的平衡时间为树脂可能的工
业化应用提供了理论基础 。
2.1.2　动态吸附容量考察　以流出液体积为横
坐标 ,总皂苷含量为纵坐标 ,绘制 D101和 LSA-
30两种树脂的吸附透过曲线 ,结果见图 2 ,并由此
判断两种树脂的理想动态吸附容量 。
图 2　两种树脂的吸附透过曲线
Fig.2　The adorption curves of total saponins
从图 2 可以看出 ,两种树脂对铁筷子总皂苷
的动态吸附性能也基本相似 ,泄漏时间均较长 ,并
较长时间保持低浓度泄漏。当流出液体积达到
60 mL ,即上样量达到 2.4 g 时 ,两种树脂对应的
流出液浓度均达到了原液浓度的 10 %,可以认
为 ,此时铁筷子总皂苷已透过 ,即两种树脂的理想
动态吸附容量均为 2.4 g 。此时 D101 和 LSA-
30 树脂吸附率为 27.05 mg/g 和 26.51 mg/g ,分
别为静态饱和吸附率的 76.7 %和 77.2 %。
2.1.3　不同浓度乙醇的解吸效果 　使用乙醇进
行洗脱 ,不同的浓度乙醇洗脱效果也不一样 ,结果
见图 3。
由图 3 可以看出 ,对 D101树脂 ,总皂苷在10
%～ 50 %乙醇洗脱液中均有一定量分布 ,占全
部醇洗脱液中总皂苷的 89.9 %,但总皂苷的纯
度只有42.2%。而对 LSA-30树脂 ,总皂苷主要
集中在 40 %～ 95 %乙醇洗脱液中 ,占全部醇洗
液总皂苷量的 90.4 %, 总皂苷纯度达到 61.5
%;水和 30%以下乙醇主要洗脱多糖和色素等水
溶性成分 ,可以除去 70 %以上的杂质 ,但是有少
量的皂苷损失 ,在要求终产品的纯度较高时 ,可以
忽略不计 。因此 ,对 LSA -30 大孔树脂 ,吸附后
用水和 30 %乙醇洗脱除杂 ,然后用 95 %乙醇
解吸 ,相对 D101 树脂可以富集到纯度更高的铁
筷子总皂苷。
·264· 西　北　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　17 卷
图 3　两种树脂对铁筷子总皂苷的解吸曲线
Fig.3　The desorption curves of two resins
　　综合以上试验 ,在两种树脂对铁筷子总皂苷
动态吸附容量 、吸附平衡速率常数和解吸率相差
不大的情况下 ,可以看出 LSA -30 大孔树脂的
乙醇解吸纯化效果整体上超过 D101 ,总皂苷主要
分布在 40 %～ 95 %乙醇洗脱部分。因此 ,选用
LSA-30 树脂作为吸附填料进一步研究其动态
吸附-解吸影响因素 。
　 大孔树脂动态吸附 解吸影响因
素的考察
2.2.1　上样液浓度对吸附效果的影响　调整上
样液浓度分别为 40 、60 、80 、100 mg/mL 进行动
态吸附 ,结果见表 2。
表 2　上样液质量浓度对吸附性能的影响
Table 2　Effect of sample concentration on adsorption
样液浓度/
(mg/mL)T
样液体积/mL
Volume
of sample
总皂苷比
吸附率/(mg/ g )
Adsorpt ion ratio
of total saponins
总皂苷
纯度/ %
Purity of total
saponins
40 60 23.8 60.4
60 40 23.2 61.3
80 30 21.2 55.4
100 24 19.3 56.1
　　可以看出 ,样液浓度过大 ,树脂对目标物吸附
的选择性下降 ,导致比吸附率下降;但如果样品浓
度过稀 ,上柱吸附时间又将延长 ,导致工作效率降
低。因此 ,上样液浓度以 60 mg/mL 为宜 。
2.2.2　吸附速率的考察　控制吸附流速分别为
1.0 、2.0 、3.0 、4.0 BV/h 进行动态吸附 ,结果见
表 3。
可以看出 ,在所考察的范围内 ,随着吸附流速
的增加 ,树脂对铁筷子总皂苷的比吸附率总体上
呈下降的趋势;当吸附速率大于 2.0 BV/h时 ,比
吸附率下降的尤为明显;但如果吸附流速过慢 ,上
样时间又会明显的延长 ,因此 ,选择 2.0 BV/h 作
为适宜的吸附流速。
表 3　吸附流速对吸附性能的影响
Table 3　Effect of the current velocity on adsorption
吸附流速/
(BV/ h)
Cur rent velocity
of adsorpt ion
总皂苷比
吸附率/(m g/ g)
Adsorpt ion ratio
of total saponins
总皂苷
纯度/ %
Purity of total
saponins
1.0 23.2 59.4
2.0 23.4 60.3
3.0 21.8 59.7
4.0 19.5 63.8
2.2.3　盐浓度对吸附效果的影响　向铁筷子总
皂苷水提液中加入 NaCl , 使其[ NaCl] 分别为
0.0 、0.5 、1.0 、1.5 、2.0 、2.5 mol/ L 进行动态吸
附 ,结果见表 4。
表 4　不同浓度 NaCl对吸附性能的影响
Table 4　Adsorption ratio of total saponins at
different concentration of NaCl
NaCl浓度/
(mol/ L)
Concent rat ion
of NaCl
总皂苷比
吸附率/(m g/ g)
Adsorpt ion ratio
of total saponins
总皂苷
纯度/ %
Purity of total
saponins
0 23.2 61.2
0.5 24.0 62.5
1.0 23.4 63.2
1.5 21.1 59.0
2.5 18.6 56.1
　　可以看出 , [ NaCl] 为 0.5 mol/mL 时 ,铁筷
子总皂苷比吸附率最大 ,达到 24.0 mg/g ,这可能
是因为无机盐的加入导致盐析作用而降低皂苷的
溶解趋势 ,从而提高了大孔树脂对总皂苷的比吸
附率 。但[ NaC l] 超过 1.0 mol/mL 时 ,树脂的比
吸附率又呈明显下降趋势 ,这可能是水提取液中
过量的无机盐使原来澄清的提取液析出大量沉淀
所致 。因此 ,适宜的[ NaCl] 应为 0.5 mo l/mL。
2.2.4　洗脱速率的考察　控制洗脱流速分别为1.0 、
2.0 、3.0、4.0 BV/h进行动态洗脱 ,结果见表 5。
可以看出 ,洗脱速度过快 ,会造成铁筷子总皂
苷洗脱量下降 ,因此 ,确定 1.0 BV/h 作为适宜的
洗脱流速 。
表 5　洗脱流速的考察
Table 5　Study on the eluting rate
洗脱流速/
(BV/ h)
Th e elu ting rate
总皂苷洗脱量/g
Adsorpt ion ratio
of total saponins
总皂苷纯度/ %
Purity of total
saponins
1.0 236.4 60.6
2.0 229.5 59.8
3.0 218.6 61.6
4.0 213.2 62.0
·265·6 期 张艳红等:大孔吸附树脂分离富集铁筷子总皂苷的研究
　 大孔树脂重复使用寿命考察
为了考核树脂的抗污染性和使用寿命 ,对树
脂进行了 10 个周期的吸附-洗脱实验 ,结果见
表 6。
从表 6知 ,经过 10 个周期的反复吸附与洗
脱 ,所考核的两个指标变化均不大 ,总皂苷的平均
比吸附率为 23.1 mg/g ,纯度为 60.3 %。这说明
LSA-30 树脂的吸附-洗脱性能是较为稳定的。
表 6　LSA-30 树脂重复使用 10 个周期的性能变化
Table 6　Adsorption properties change of LSA-30 resin on repeat use 10 cycles
周期
Cycle No.
总皂苷比吸附率/(m g/ g)
Adso rp tion ratio
of total saponins
总皂苷纯度/ %
Pu ri ty of total
saponins
周期
C ycle No.
总皂苷比吸附率/(mg/ g)
Adsorpt ion ratio
of total saponins
总皂苷纯度/ %
Purity of total
saponins
1 23.8 61.3 6 22.8 58.4
2 23.7 62.6 7 23.0 60.0
3 23.4 60.6 8 22.6 58.5
4 23.6 62.0 9 22.6 59.3
5 23.4 61.5 10 22.4 58.8
3　结论
3.1　通过对 7种大孔吸附树脂静态吸附特性及
其动态吸附容量和不同浓度乙醇的解吸效果的研
究 ,确定了 LSA -30 树脂是一种较理想的铁筷
子总皂苷吸附剂 。该树脂对铁筷子总皂苷具有吸
附量大 ,吸附速度快 ,吸附-解吸选择性强等优
点 ,适宜于铁筷子总皂苷的分离富集。
3.2　通过对 LSA-30 树脂的动态吸附-解吸
影响因素的研究 ,确定了其吸附分离铁筷子总皂
苷的适宜条件为:上样浓度 60 mg/mL ,吸附流速
2.0 BV/h , [ NaCl] 为 0.5 mol/mL , 洗脱剂为
30%～ 95%的乙醇 ,洗脱速率 1.0 BV/h;95%
乙醇洗脱液干燥后总固形物中铁筷子总皂苷含量
达到 60%以上 。
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·266· 西　北　农　业　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　17 卷