全 文 ：西北林学院学报 2009 , 24(2):115 ～ 117
Journal o f No r thw est Fo restry Univer sity
火棘红色素的大孔吸附树脂分离纯化工艺研究①
褚学英
(南阳师范学院 ,河南南阳 473061)
摘　要:对火棘红色素的提取和精制工艺进行研究。结果表明 ,火棘红色素最佳提取条件为:以
pH3.0的 80%乙醇作浸提剂 ,提取温度 50℃,提取时间 3 h ,固液配比 1∶40;用 X-5大孔吸附树脂
对色素进行精制 ,以树脂柱径高比 1∶15 、流速 3 mL·min-1 , pH3.0 、色素液浓度 1 g ·L -1为最佳
吸附条件 ,色素的吸附量可达 0.037 15 g ·mL-1湿树脂体积;而以 95%乙醇做洗脱液 ,在 pH2.0 、
流速 5 mL·min-13倍于柱床体积的洗脱液条件下解吸效果最佳。
关键词:火棘红色素;提取;精制
中图分类号:S793.908　　　文献标识码:A　　　文章编号:1001-7461(2009)02-0115-03
Abso rption and Separation of Red Pigments by M acroporous Resin
f rom Py racantha f ortuneana
CHU Xue-ying
(Nanyang Normal Universi ty , Nanyang , Henan 473061 , China)
Abstract:The ex t raction and purification technolo gy o f the red pigments f rom Pyracantha fortuneana is in-
vestig ated by or thogonal design method.The preferable ex t raction condi tions w ere as fo llow s:solvent
80% ethanol , ratio of so lvent to material 40 ,pH 3.0 , temperature 50℃, time o f ex t raction 3 h , the puri-
f icat ion conditions for adsorption w ere X-5 macropo rous resin , ratio of height to diameter o f the resin load-
ed in the column 15 , rate of elut ion 3 mL·min-1 , pH3.0 , concentration o f the ex t ract being separated 1 g
·L-1 .The amount of adso rpt ion of the ext ract reached 0 .037 15 g ·mL-1 we t resin.The elution condi-
tions were 95% ethanol as solvent , pH 2.0 , elut ion rate 5 mL·min-1 , 3 times of the resin vo lume o f elu-
ent.
Key words:red pigment of Pyracantha fortuneana;ex traction ;refinement
　　火棘(Pyracantha f ortuneana)又名红子 、火把
果 、救军粮 ,是多年生常绿灌木 ,属蔷薇科火棘属植
物 ,果实呈红色 ,味酸甜 ,为我国重要的野生可食果
植物资源和盆景的代表树种之一[ 1] 。我国火棘属植
物有 7种 ,常见 4种 ,主要分布于西南地区 ,以四川 、
贵州 、云南 、湖南 、湖北 、陕西等省为多。火棘果实营
养成分种类齐全 ,含量丰富 ,比例协调 ,适宜加工成
果汁 、果汁汽水 、浓缩果汁 、果汁晶 、果丹皮 、果酒 、果
酱及果胶等多种食品[ 2] 。火棘红色素属于醇溶性天
然色素 ,颜色鲜红 ,安全无毒 ,且具有一定的营养和
药理作用 。
目前 ,有关红色素的提取和应用已经成为国内
外的热门课题[ 2-6] ,但有关火棘红色素的研究很少 ,
本作者对火棘的提取和精制工艺进行系统研究 ,以
期为该资源的产业化开发及深度利用提供科学依
据 。
1　材料与方法
　材料和仪器
火棘果:购于市场 ,自然风干 ,粉碎成粒径 0.5
～ 1.0 mm 的颗粒 。
仪器:722型分光光度计(上海第三分析仪器
厂);ZK82A 型真空干燥箱(上海实验仪器总厂);
RE 52 AA 型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);
① 　收稿日期:2008-01-27　修回日期:2008-03-05　作者简介:褚学英 ,女 ,实验师 ,研究方向:微生物和资源生物学。
DSZH 300水浴恒温振荡器(江苏太仓实验设备
厂);恒流泵(上海市沪西仪器厂)。
X-5大孔吸附树脂(南开大学化工厂),所用试
剂均为分析纯。
　火棘红色素提取和精制工艺流程
火棘果颗粒※石油醚脱脂※乙醇浸提※提取液
※回收乙醇※浓缩液※50℃真空干燥※色素粗品※
取适量溶于水※色素水溶液※大孔树脂柱※乙醇洗
脱※洗脱液※回收乙醇※真空干燥※精制色素产
品。
　火棘红色素提取条件的优选试验
1.3.1　材料的脱脂处理　取火棘果粉末与石油醚
(30 ～ 60℃)按 1∶10(w/v)混合 ,浸泡 1 h 后 ,于水
浴 50℃加热回流 2 h ,过滤 ,干燥滤渣 ,用于色素的
提取 。
1.3.2　色素含量测定法[ 3] 　将色素溶液置于 722
型分光光度计上 ,在 525 nm 处测定吸光度 ,由比尔
定律可知吸光度与色素浓度成正比 ,故在一定体积
和 pH 值下 ,可用吸光度直接表示色素浓度或含量
大小 。
1.3.3　色素提取条件的正交试验设计　花色苷类
色素可溶于水和有机溶剂 ,乙醇具比水低的沸点 ,易
于回收 ,较甲醇 、丙酮等更安全和经济 ,加之乙醇对
提取材料中的蛋白质 、多糖等的溶解度较低 ,可避免
色素提取过程中杂质的混入 ,可减轻杂质处理负担 ,
提高色素质量;此外 ,花色苷类色素在酸性条件下较
为稳定 ,故选用酸性乙醇作为溶媒进行萃取。对提
取温度 、时间 、固液配比和乙醇浓度 4因素进行正交
设计研究(表 1)。
表 1　提取条件的正交试验设计
Table 1　Orthogonal experiment design of ex t ract condit ion
水平 因素
A:温度/ ℃ B:时间/ h C:固液配比 D:乙醇浓度/ %
1 20 1 1∶10 70
2 30 2 1∶20 80
3 40 3 1∶30 90
4 50 4 1∶40 100
根据不同固液配比 ,准确称取样品置于 250 mL
回流提取装置中 ,加入预温的酸性乙醇(用 4 mol ·
L-1盐酸调节 pH 值至 3.0),在试验温度下恒温回
流定时浸提。提取液冷却至室温 ,经滤纸过滤后 ,再
将不同乙醇含量的提取液稀释至乙醇终浓度为
70%,调 pH 值至 3 .0后移入 250 mL 容量瓶中 ,用
70%酸性乙醇定容 。分别取 1 mL 色素液稀释 100
倍 ,暗处静置 1 h后测定色素含量。试验重复 3次 ,
数据取平均值按正交法进行处理 ,选择出最佳提取
条件。
根据最佳提取条件 ,从火棘中提取色素粗产品 ,
用于进一步精制。
　火棘红色素精制工艺的优选试验
1.4.1　色素色价的测定　参考文献[ 4-5] 。
1.4.2　色素在不同大孔树脂上的吸附[ 4] 　称取经
过预处理的不同型号大孔树脂 0.5 g ,分别置于 150
mL 锥形瓶中 ,加入 50 mL 用柠檬磷-氢二钠缓冲
液(pH3.0)配制的色素溶液 ,在振荡器上振荡 ,至吸
附饱和 。计算大孔吸附树脂对色素的吸附率。
吸附率的计算方法如下:设吸附前色素溶液在
525 nm 处的吸光度为 A0 ,吸附后色素溶液在 λmax处
的吸光度为 A ,则吸附率=(A0 -A)/A0 。
1.4.3　大孔树脂对色素的吸附条件筛选[ 5] 　对径
高比 、上柱流速 、料液浓度和 pH 值作 4因子 4 水平
设计(表 2)。
表 2　大孔树脂对红色素吸附条件的正交试验设计
Table 2　The orthogonal experiment design of adsorpt ion conditions
水平
因素
A:径高比 B:pH 值 C:流速/(mL ·min-1)
D:浓度
/(g· L -1)
1 1∶5 2 1 0.5
2 1∶10 3 3 1.0
3 1∶15 4 5 2.0
4 1∶25 5 7 3.0
分别配置不同浓度的色素液 100 mL ,使其流经
直径1 cm 的大孔树脂柱 ,在相同条件下收集流出液
100 mL ,于 525 nm 处测其吸光度。根据上样液和
流出液的 A ,计算树脂对色素的吸附率 。试验重复
3次 ,数据取平均值按正交法进行处理 ,综合选择最
佳吸附条件 。
1.4.4　大孔树脂对色素的解吸条件筛选　对乙醇
浓度 、洗脱速度 、pH 值和洗脱体积进行 4因子 4水
平设计(表 3)。
表 3　解吸条件的正交试验设计
Table 3　The orthogonal experiment design of desorpt ion conditions
水平
因素
A:乙醇浓度
/ % B:pH 值
C:流速
/(mL ·min-1)D:洗脱液体积
1 80 2 1 2.5
2 90 3 3 3.0
3 95 4 5 3.5
4 100 6 7 4.0
根据吸附条件优化结果 ,先使大孔树脂柱吸附
色素 ,然后按正交表设计进行洗脱 ,收集洗脱液 ,调
节乙醇终浓度至 80%,使体积相同(最大洗脱体
积),调节 pH 值至 2 .0 ,于 525 nm 处测 A ,根据 A
值大小 ,按正交表考察各因子的影响 。重复 3次 ,据
116 西北林学院学报 24 卷　
取平均值按正交法进行处理 ,选出大孔树脂的最佳
解吸条件 。
2　结果与分析
　火棘红色素的提取条件优化
从表 4可以看出 ,各因子对色素提取率的影响
为:乙醇浓度>固液配比>提取温度>提取时间 ,因
此最佳提取工艺条件选择 A 4B3C4D2 ,即 pH 3.0的
80%乙醇作浸提剂 、提取温度 50℃、提取时间 3 h 、
固液配比 1∶40。依此提取条件得火棘红色素粗产
品 ,产率达 42.27%,色价为 4 .59。
表 4　提取条件正交表和试验结果
Table 4　Resu lt of orthogonal experiments of ex t ract ion
A B C D 吸光度
1 1 1 1 1 0 .663
2 1 2 2 2 0.647
3 1 3 3 3 0 .531
4 1 4 4 4 0 .29
5 2 1 2 3 0.441
6 2 2 1 4 0 .193
7 2 3 4 1 0 .793
8 2 4 3 2 0.791
9 3 1 3 4 0.209
10 3 2 4 3 0.609
11 3 3 1 1 0.667
12 3 4 2 2 0 .736
13 4 1 4 2 0.784
14 4 2 3 1 0.764
15 4 3 2 4 0 .367
16 4 4 1 3 0.542
K 1 2.131 2.097 2.065 2.887
K 2 2.218 2.213 2.191 2.958
K 3 2.221 2.358 2.295 2.123
K 4 2.457 2.359 2.476 1.059
R 0.326 0.262 0.411 1.899
　火棘红色素的精制工艺条件
大孔树脂的确定:由前期试验可知:X-5对火棘
红色素的吸附率较高 ,即吸附能力较强 。因此 ,下面
的试验选择 X-5树脂作为吸附剂 ,研究其对红色素
的吸附与解吸情况。
2.2.1　大孔树脂对色素的动态吸附条件　从表 5
可知 ,各因子对大孔树脂吸附能力影响为:径高比>
流速>浓度> pH 值 ,其中径高比以径高比为 1∶
15时效果最佳。从生产效率角度考虑 ,最终确定树
脂对色素的最佳吸附条件为 A 3C2B2D2 ,即径高比 1
∶15 ,流速 3 mL ·min-1 ,色素浓度为 1 g · L -1 ,
pH3.0。最佳吸附条件下 ,X-5 大孔树脂对火棘红
色素的最大吸附量可达到 0.037 15 g ·mL-1湿树
脂体积。
2.2.2　大孔树脂对色素的动态解吸条件　根据吸
附条件优化结果 ,将浓度为 1 g ·L-1的色素液 200
mL ,按照径高比 1∶15 、流速 3 mL · min-1 。pH
3.0 ,使大孔树脂柱吸附色素 ,然后洗脱(表 6)。
表 5　大孔树脂对色素吸附条件的正交表和试验结果
Table 5　Rusu lt of o rth ogonal ex periments of ad sorption
A B C D 吸附率/ %
1 1 1 1 1 98 .774
2 1 2 2 2 92.174
3 1 3 3 3 59 .071
4 1 4 4 4 63 .077
5 2 1 2 3 98 .867
6 2 2 1 4 99 .683
7 2 3 4 1 98 .246
8 2 4 3 2 96 .970
9 3 1 3 4 99 .438
10 3 2 4 3 99 .527
11 3 3 1 1 100.000
12 3 4 2 2 98 .701
13 4 1 4 2 46 .302
14 4 2 3 1 67 .578
15 4 3 2 4 36 .933
16 4 4 1 3 75 .280
K 1 313.096 343.381 373.737 364.598
K 2 393.766 358.962 326.675 334.147
K 3 397.666 294.249 323.056 332.745
K 4 226.093 334.028 307.152 299.130
R 171.573 64.713 66.585 65.468
表 6　大孔树脂对红色素解吸条件的正交表和试验结果
Table 6　Rusult of orth ogonal ex periments of desorption
A B C D 吸光度
1 1 1 1 1 5 .95
2 1 2 2 2 5 .56
3 1 3 3 3 4.50
4 1 4 4 4 4.42
5 2 1 2 3 5 .42
6 2 2 1 4 5 .19
7 2 3 4 1 4.95
8 2 4 3 2 5 .95
9 3 1 3 4 5 .73
10 3 2 4 3 4.67
11 3 3 1 1 5 .56
12 3 4 2 2 5 .57
13 4 1 4 2 5 .43
14 4 2 3 1 6 .0l
15 4 3 2 4 4 .88
16 4 4 1 3 4.63
K 1 20.41 22.51 21.31 22.45
K 2 21.51 21.43 21.43 22.51
K 3 21.53 19.89 22.19 19.22
K 4 20.95 20.57 19.47 20.22
R 0.58 2.62 2.72 3.29
从表 6可知 ,各因子对大孔树脂动态解吸的影
响力为:洗脱液体积>流速>pH 值>乙醇浓度 ,综
合考虑 ,最佳解吸条件 A 3 B1C3D2 ,即以 95%乙醇洗
(下转第 156页)
117第 2 期 褚学英　火棘红色素的大孔吸附树脂分离纯化工艺研究
分别占面积 21.17%、14.16%和 14.55%,这说明耕
地减少 ,草地大量增加了 ,沙化土地减少 ,而转出类
型主要是林地 ,面积最大 ,占总面积的 19.49%。
耕地的转入类型为未利用地 , 占面积的
23.36%,一部分土地被开垦为农田变为了耕地 ,同
时也看到有 19.69%和 14.16%耕地变成了林地和
草地 ,说明人们在退耕还林 、退耕还草失去一部分耕
地的同时 ,人们也开始开发新的农田。
4　结论
分析结果可以得出 ,沽源县的林地 、草地大面积
大幅度增加了 ,未利用地和沙化地明显减少 ,林地和
草地类型的转化来源是一部分耕地和一部分未利用
地 ,说明这 8 a来京津风沙源区治理工程在沽源县获
得了良好的实施效果 ,与此同时 ,封山育林 、退耕还
林 、退耕还草等林业工程也起到了相应的辅助作用 。
参考文献:
[ 1] 　陈崇成 ,汪小钦 ,王钦敏 , 等.应用集成的遥感识别技术进行
土地利用变化分析[ J ] .地球科学进展 , 2002 , 17(5):748-
752.
[ 2] 　陈　晋 ,陈云浩 ,何春阳 ,等.基于土地覆盖分类的植被覆盖
率估算亚像元模型与应用[ J] .遥感学报 , 2001 , 5(6):416-
422.
[ 3] 　陈　晋 ,何春阳 ,史培军 ,等.基于变化向量分析的土地利用/
覆盖变化动态监测[ J ] .遥感学报 , 2001 , 5(4):259-265.
[ 4] 　丁国栋.区域荒漠化评价中植被的指示性及盖度分级标准研
究-以毛乌素沙区为例[ J] .水土保持学报 , 2004 , 18(1):159-
160.
[ 5] 　顾祝君 ,曾志远.遥感植被盖度研究[ J] .水土保持研究 ,
2005 , 12(2):18-21.
[ 6] 　匡　霞 ,陈贻运 ,戴昌达.专家系统在 TM 图像分类中的应用
[ J] , 环境遥感 , 1989 , 4(4):257-265.
[ 7] 　唐华俊 ,陈佑启 ,邱建军 ,等.中国土地利用/土地覆盖变化研
究[M ] .北京:中国农业科学技术出版社 , 2004.
[ 8] 　王晓慧 ,李增元 ,高志海 ,等.沙化土地信息提取研究[ J] .林
业科学 , 2005 , 41(3):82-87.
[ 9] 　张玉进 ,肖继东 ,袁春穷 ,等 ,基于卫星遥感的区域土地利用与
覆盖变化研究[ J] .新疆气象 , 2004 , 27(3):16-19.
[ 10] 　张云霞 ,李晓兵 ,陈云浩.草地植被覆盖度的多尺度遥感与
实地测量方法综述[ J] .地球科学进展 , 2003 , 18(1):85-93.
(上接第 117页)
脱 、pH2.0 、流速为 5 mL · min-1 , 3 倍于柱床体积
的洗脱液效果最佳。
　最佳工艺条件的重复验证试验
为考察优化条件的再现性 ,利用最佳水平组合
进行验证试验(表 7)。可知 ,在最佳工艺条件下 ,火
棘红色素的提取和精制重复性很好 。由原料中提取
出的色素粗品平均色价为 5.36 ,而经过大孔树脂精
制处理后的色素产品色价可达 37.0 ,比精制前高出
6倍 ,而且色素的回收率达到 95%,色素平均产率为
9.16%。
表 7　最佳工艺条件的重复验证试验结果
T able 7　Result s of repeat experiments u nder of the
best condi tion s
试验次数 色素得率/ % 得率平均值/ % 色价 色价平均值
1 9 .24 38 .0
2 9.16 36 .0
3 9.05 9.16 37 .0 37.0
3　结论
从火棘中提取色素的最佳条件为:以pH3 .0
的 80%乙醇作浸提剂 ,提取温度 50℃、提取时间 3
h 、固液配比 1∶40为提取色素的最适宜条件 。
用 X-5大孔树脂对火棘红色素进行精制 ,最佳
动态吸附条件为树脂柱径高比 1∶15 、流速 3 mL·
min-1 ,pH 3.0 、色素液浓度 1 g ·L-1 ,依此工艺条
件 ,色素吸附量可达 0.037 15 g ·mL-1湿树脂体
积 。同时 ,吸附的色素也很容易解吸 ,以 95%乙醇
做洗脱液 ,在 pH 2.0 、流速 5 mL ·min-1 3倍于柱
床体积的条件下洗脱效果最佳。
参考文献:
[ 1] 　孙达旺.植物单宁化学[M ] .北京:中国林业出版社 , 1992 :27
[ 2] 　余红英.天然火棘色素提取方法的研究[ J] .湖北民族学院学
报 , 1998 , 19(6):37-39.
[ 3] 　王三根 ,邓如福.火棘果发育与贮藏期间营养成分和色素的变
化研究[ J] .营养学报 , 1996 , 18(3):371-373.
[ 4] 　周先玉 ,陈渭萍.火棘果实中油 、色素及果胶的联产工艺研究
[ J] .食品科学 , 2004 , 25(2):211-213.
[ 5] 　向纪明.火棘红色素的提取及稳定性研究[ J] .安康师专学报 ,
1998 , 39(2):77-79.
[ 6] 　罗　琴 ,谢启明.火棘红色素的提取及性能研究[ J] .楚雄师专
学报 , 1999(3):84-89.
156 西北林学院学报 24 卷