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大孔树脂吸附分离藿香蓟花蓝色素的研究



全 文 : 
第30卷第6期
2011年11月           
食 品 与 生 物 技 术 学 报
Journal of Food Science and Biotechnology
         
Vol.30 No.6
Nov. 2011
 文章编号:1673-1689(2011)06-0852-05
  收稿日期:2010-10-08
  基金项目:山东省自然科学基金项目(2009GG10007014)。
作者简介:张桂玲(1975-),女,黑龙江哈尔滨人,讲师,主要从事植物遗传育种研究。
Email:guilingzhang2003@126.com
大孔树脂吸附分离藿香蓟花蓝色素的研究
张桂玲, 谢宝东
(临沂大学 生命科学学院,山东 临沂276005)
摘 要:采用大孔树脂对藿香蓟花蓝色素的提取液进行了吸附和洗脱试验,并确定藿香蓟花蓝色
素的分离最佳工艺条件。结果表明,D301树脂对藿香蓟花蓝色素的静态吸附率达到90mg/g,吸
附蓝色素的平衡时间较短且重复使用20次后吸附性能依然稳定;上柱优化条件为流速为3mL/
min,质量浓度为0.2mg/mL,温度为20℃;柱层析饱和吸附后用1mol/L盐酸洗脱,洗脱率达到
96.08%。
关键词:藿香蓟;蓝色素;吸附分离;大孔树脂
中图分类号:TS 202.3 文献标识码:A
The Study on Adsorption and Separation of Ageratum
Conyzoides Blue Pigment by Macroporous Resin
ZHANG Gui-ling, XIE Bao-dong
(Colege of Life Science,Linyi Uiniversity,Linyi 276005,China)
Abstract:Absorption on macroporous resin was studied as a method to separate Ageratum
conyzoides Flowers blue pigment in this manuscript.The optimum conditions for absorption and
desorption of Ageratum conyzoides Flowers blue pigment was determined and listed as folows:
D301with the upper adsorption rate at 90.0mg/g,the stability and the little balance time was
suitable for absorbing and separating Ageratum conyzoides Flowers blue pigment.The optimum
condition was at the flow rate of 2.0mL/min,concentration of 0.2mg/mL and the temperature
of 20℃.D301was washed with HCl of 2.0mol/L,and the washout rate achieved at 96.08%.
Key words:Ageratum conyzoides,blue pigment,adsorption and separation,resin
  天然色素来源于自然界,具有安全性高、色泽
自然鲜艳的特点,而且有些天然色素对人体的多种
疾病的治疗、预防和保健等具有重要的意义。因
此,天然色素替代化学合成色素势在必然[1-2]。目
前,对色素的研究大多集中在红、黄、黑等色素色提
取,而对蓝色素的提取及其稳定性研究的报道较
少,并且蓝色素提取材料主要集中在栀子[3]、蓝藻、
念珠藻、紫甘蓝和链霉菌方面[4],提取材料的选择
余地较小,限制了中国天然蓝色素的产量。如何开
发提取天然蓝色素的材料来源,以及提取工艺的简
化是当前蓝色素开发的一个重要课题。
藿香蓟(Ageratum conyzoides)为菊科藿香蓟
属多年生草本植物,原产西非、南美洲热带,我国已
引种栽培多年,主要用作花坛材料或盆栽观赏。藿
香蓟株高约30~60cm,植株基部多分枝,叶对生卵
形,头状花序呈圆球状,花期7~11月,花色主要以
蓝色和白色为主,另外,还有紫色和粉色,色素成分
相当丰富,尤其蓝色素是良好的稀有天然色素资
源。藿香蓟的药理功能表现为治疗腹泻、解热、止
血、镇痛、神经疾病、传染病、哮喘、麻风病[5];另外,
藿香蓟可以治疗风湿、失眠症等[6]。
藿香蓟花蓝色素的主要成分是花青苷,含有铁
镁离子,易溶于乙醇和水等极性溶剂中。大孔树脂
能除去粗提液中大量的糖类、蛋白质等成分,能使
色素成分富集而提高色素品质,另外采用大孔树脂
分离纯化色素工艺简单、再生方便、成本低廉。目
前,关于藿香蓟花蓝色素的分离和纯化还没有相关
报导。为此,本文采用大孔树脂对藿香蓟花蓝色素
进行分离研究,优化分离工艺条件,旨在为藿香蓟
蓝色素合理开发利用及安全生产提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料、仪器与试剂
1.1.1 材料 藿香蓟采自山东临沂苗圃
1.1.2 仪器  UV-9100型紫外可见光谱仪:北京
瑞利产品;RE52-AA旋转蒸发器:上海亚荣生化试
剂厂生产;LGJ0.5真空冷冻干燥机:北京四环科学
仪器厂生产;5678恒流泵:上海精科实业有限公司
生产;LRH-150-Z振荡培养箱:广东医疗器械厂产
品。
1.1.3 试剂 蒸馏水、甲醇、乙醚、无水乙醇、丙
酮、乙酸乙酯、1mol/L HCl、1mol/L NaOH;大孔树
脂:D101、D113、D301:天 津 农 药 总 厂 产 品;
HPD100、HPD400、HPD600、HZ803、HZ816:沧州
宝恩化工厂产品;AB-8树脂、X-5树脂:南开大学化
工厂产品。新树脂按常规方法活化,试验中所用试
剂均为化学纯。
1.2 试验方法
1.2.1 树脂提取藿香蓟花蓝色素工艺
藿 香 蓟 花
酸水(pH2
→

蓝 色 素 提 取 液
树脂吸附 水淋洗涤1mol/L HCl
→
解吸
解 吸 液
减压浓缩 
→
减压干燥
藿香蓟花蓝色素干品
注:提取液为酸化乙醇(体积分数95%乙醇∶1mol/
L盐酸=90∶10(V∶V))。
1.2.2 藿香蓟花蓝色素溶液的制备方法 准确称
取本工艺纯化的色素样品,溶解于0.1mol/L HCl
并定容,得到蓝色素溶液。
1.2.3 藿香蓟花蓝色素吸收光谱 按照“1.2.2”
方法配制0.2mg/mL蓝色素溶液50mL,吸取一定
量该溶液用 UV-9100型紫外可见光谱仪在400~
610nm内扫描得到该蓝色素的吸收光谱[7-9]。
1.2.4 静态吸附筛选树脂试验 选用了10种不
同的树脂各5.0g,分别加入2.0mg/mL蓝色素溶
液250mL,恒温振荡6h,分别测定吸附前后样品
的A590,用回归方程计算吸附后浓度,计算静态吸附
量[10]。
  吸附量(mg/g)=(初始质量浓度-吸附后质量
浓度)/树脂重量×色素液体积
1.2.5  树脂不同静态吸附时间试验 称取14份
5.0g活化“1.2.4”筛选出来的树脂置于烧杯中,分
别加0.2mg/mL蓝色素溶液100mL,恒温搅拌,
吸附时间依次为0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、
100、120、140、160min,到规定时间测定吸附后蓝色
素的A590,计算吸附率。吸附率=100×(A0-Ae)/
A0,其中,A0为色素溶液的初始吸光度,Ae为溶液
平衡后色素溶液的吸光度[11]。
1.2.6 蓝色素上柱条件的研究 称取5.0g活化
的“1.2.4”筛选出来的树脂上柱(50mm×30mm)。
上柱条件:体积流量(mL/min)分别为2、3、4、5、6,
温度分别20、30、40、50℃,蓝色素质量浓度分别为
0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/mL;测定各种条件下1
000mL流出液的A590,计算总吸光度值(总A590=
A590×体积数)。
1.2.7 洗脱剂对蓝色素的静态洗脱试验 取称8
份4g已吸附藿香蓟花蓝色素的树脂,分别加入5
倍体积的洗脱剂蒸馏水、甲醇、乙醚、无水乙醇、丙
酮、乙酸乙酯、1mol/L HCl、1mol/L NaOH;振荡
洗脱时间4h,过滤,测定各种洗脱液A590,计算色
素洗脱率。洗脱率(%)=总 A590后/总 A590前×
100,式中总A590前-树脂已吸附的藿香蓟花蓝色
素量。
1.2.8 树脂的重复使用性能试验 称取5.0g活
化的“1.2.4”筛选出来的树脂上柱。取0.2mg/mL
蓝色素溶液100mL测定A590,然后取该色素溶液
50mL进行流动吸附,控制体积流量为3mL/min,
重复吸附次数设定为2、4、6、8、10、12、14、16、18、
20,测其流出液吸光度,计算吸附率。
2 结果与分析
2.1 藿香蓟花蓝色素吸收光谱
从图1中可以看出藿香蓟花蓝色素最大吸收
358 第6期 张桂林等:大孔树脂吸附分离藿香蓟花蓝色素的研究
峰在590nm处,说明此色素的花色素苷是飞燕草色
素,它是形成蓝色花的主要色素。
图1 藿香蓟花蓝色素光谱曲线
Fig.1 Absorptive spectrogram of solution of blue pigment
2.2 不同树脂对蓝色素吸附量的影响
参照党蕊叶[9]标准曲线制作方法:吸取蓝色素
溶液1、3、5、8、10、12和14mL,用0.1mol/L HCl
稀释至50mL,测量溶液的吸光度值。蓝色素浓度
在一定范围内与吸光度A呈一元线性关系,用最小
二次相乘法计算回归方程,来计算浓度。通过SAS
软件分析线性方程为y=2.747x+0.067(y代表溶
液的吸光度值,x代表溶液浓度),相关系数为r=
0.992 0。从表1经F测验(F0.01(9,20)=37.65**)、
多重比较中可以看出不同树脂对蓝色素的吸附量
有很大的影响,其中 D301 树脂的吸附量最高
(90.00mg/g),显著高于其他9种树脂;AB-8与X-
5差异不显著(分别为83.35mg/g和82.95mg/
g),仅次于D301;HPD600的吸附量最低为63.80
mg/g。前期试验发现D301树脂的解吸率与AB-8
与X-5相当,因而色素获得率最高,且D301树脂价
格较低,因而D301树脂是最佳的吸附剂。
表1 不同树脂对蓝色素吸附
Tab.1 Adsorption blue pigment with different resins
树脂
名称
A590
(吸附前)
A590
(吸附后)
吸附前质量浓度/
(mg/mL)
吸附后质量浓度/
(mg/mL)
树脂质量/

色素溶液
体积/mL
吸附量/
(mg/g)
D101  5.561  1.359  2  0.470  5  250  76.50c
D113  5.561  2.034  2  0.716  5  250  64.20f
D301  5.561  0.667  2  0.218  5  250  90.00a
HPD100  5.561  1.756  2  0.615  5  250  69.25de
HPD400  5.561  1.637  2  0.572  5  250  71.40d
HPD600  5.561  2.057  2  0.724  5  250  63.80f
HZ803  5.561  2.008  2  0.707  5  250  64.65ef
HZ816  5.561  2.006  2  0.706  5  250  64.70ef
AB-8  5.561  0.981  2  0.333  5  250  83.35b
X-5  5.561  1.003  2  0.341  5  250  82.95b
2.3 不同静态吸附时间对D301树脂吸附率的影

由图2可知,D301树脂静态吸附蓝色素的平衡
时间较短,约120min即可达到平衡,平衡后吸附率
基本保持不变,因此可选用D301树脂分离栀子藿
香蓟花蓝色素。
2.4 蓝色素上柱(D301树脂)条件的研究
表3表明,色素溶液浓度、溶液上柱流速、上柱
温度以及它们之间的互作均对D301树脂吸附性能
有影 响,经 F 测 验 均 达 到 极 显 著 水 平 (流 速
F0.01(4,200)=24 258.80**;浓 度 F0.01(4,200)=12
558.20**;温度F0.01(3,200)=10 822.20**;流速、浓
度、温度三者互作F0.01(48,200)=55.88**)。三者中,
流速影响最大,其次是浓度,温度影响相对较小。
多重比较(见表4)结果表明树脂的吸附量随流
速增加而降低,如果流速过大,大量蓝色素还没来
图2 D301对藿香蓟花蓝色素的静态吸附时间与吸附
率的关系
Fig.2 Relations between adsorption time of D301resin
and adsorption rate
得及被树脂吸附就提前漏掉,但流速过小,吸附时
间延长使得树脂再生困难,树脂寿命降低[12-13],因
此流速应控制在适宜的范围内,我们选择体积流量
为3mL/min。色素浓度是影响树脂吸附性能的重
458 食 品 与 生 物 技 术 学 报            第30卷 
要因素之一,色素浓度过高则泄漏点提早,树脂吸
附总量减少,降低了吸附效果,如果色素浓度偏低,
则工作效率降低,树脂吸附杂质量增大,加大了色
素与杂质分离的难度[14-16],色素质量浓度为0.2
mg/mL时,树脂对色素的吸附量最大。温度对树
脂吸附性能影响相对较小,30℃效果最好,但由于
色素在高温下容易被氧化而褪色,所以本工艺选用
在常温下进行吸附。综合各种因素最佳组合为:体
积流量为3mL/min,质量浓度为0.2mg/mL,温度
为20℃。
表3 色素溶液质量浓度、体积流量与上柱温度对D301树
脂吸附性能的影响
Tab.3 Effect of adsorptive capability of D301resin with dif-
ferent velocity of flow,concentration and temperature
体积流量/
(mL/min)
色素溶液质量浓度/(mg/mL)
0.1  0.2  0.3  0.4  0.5
2 温度/(℃) 20  632  781  820  528  410
30  875  998  839  582  436
40  620  771  821  508  390
50  521  645  532  467  300
3 温度/(℃) 20  754  828  719  660  506
30  776  895  738  684  538
40  655  728  619  562  404
50  555  631  520  460  305
4 温度/(℃) 20  525  618  507  462  306
30  670  740  631  582  427
40  565  638  529  484  326
50  460  536  429  380  226
5 温度/(℃) 20  615  626  576  504  386
30  635  708  632  552  402
40  580  530  479  402  280
50  450  428  379  302  186
6 温度/(℃) 20  404  376  277  205  89
30  480  428  379  302  183
40  196  278  179  99  6
50  100  180  81  4  2
表4 色素溶液浓度、流速与上柱温度多重比较表
Tab.4 Comparison with different velocity of flow,concen-
tration and temperature
体积流量/
(mL/min)
均值
质量浓度/
(mg/mL)
均值
温度/

均值
3  627aA  0.2  618aA  30  603aA
2  624bA  0.1  553bB  20  525bB
4  502cB  0.3  533cC  40  466cC
5  482dC  0.4  437dD 50  363dD
6  212eD  0.5  305eE
2.5 洗脱剂对D301树脂饱和吸附后静态洗脱的
影响
洗脱剂对D301树脂吸附的藿香蓟花蓝色素洗
脱率影响很大(见图3)。其中1mol/L HCl洗脱率
高达96.08%,极显著高于其他7种洗脱剂的洗脱
率,其次是1mol/L NaOH,洗脱率34.65%,其他6
种洗脱剂洗脱效果很差,结果说明1mol/L HCl对
D301树脂蓝色素洗脱效果最好。
图3 不同洗脱剂对蓝色素洗脱率的影响
Fig.3 Elution effect of Ageratum conyzoides blue pig-
ment with different eluents
2.6 D301树脂的重复使用性能研究
D301树脂重复循环使用20次后,流出液的吸
光度变化较小(见表5)。说明D301树脂重复使用
性能好,使用20次后吸附率仅降低1.13%,说明
D301树脂对藿香蓟花蓝色素的吸附较好。综上所
述,利用树脂法提取藿香蓟花蓝色素,用D301树脂
吸附色素吸附率高,解吸容易。
表5 D301树脂使用次数与吸附率的关系
Tab.5 Relations between times of using D301resin and ad-
sorption rate
吸附次数 A590(吸附前) A590(吸附后) 吸附率/%
2  0.616  0.153  75.16
4  0.616  0.028  95.45
6  0.616  0.029  95.29
8  0.616  0.027  95.62
10  0.616  0.025  95.94
12  0.616  0.026  95.78
14  0.616  0.028  95.45
16  0.616  0.022  96.43
18  0.616  0.021  96.59
20  0.616  0.160  74.03
3 结 语
D301交换树脂吸附量高,吸附蓝色素的平衡时
558 第6期 张桂林等:大孔树脂吸附分离藿香蓟花蓝色素的研究
间较短,重复使用20次后吸附性能依然稳定;藿香
蓟花蓝色素溶液流速、浓度及温度对D301交换树
脂吸附性能有影响,体积流量为3mL/min、质量浓
度为0.2mg/mL、温度为20℃进行吸附,效果最
佳;在进行洗脱试验时1mol/LHCl盐酸溶液作为
洗脱剂,洗脱率达到96.08%。D301大孔树脂是弱
碱性阴离子树脂,用这种树脂分离酸性生物活性物
质,理论上其洗脱在碱性条件下效果更好,但本试
验结果与之不同,本试验1mol/L HCl洗脱率高于
1mol/L NaOH的,这个结果与李佳春等(2005)研
究的结果一致。
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