全 文 ：第７卷第３期
２００９年５月
生　物　加　工　过　程
ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＢｉｏｐｒｏｃｅｓｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．７Ｎｏ．３
Ｍａｙ２００９
收稿日期：２００８－０５－２９
基金项目：天津科技大学引进人才科研启动基金资助项目（２００６０４３９，０２０００９６）
作者简介：陈志强（１９７２—），男，天津人，博士，副教授，研究方向：天然产物化学，Ｅｍａｉｌ：ｔｅｄｖｃｈｅｎ＠ｙａｈｏｏ．ｃｏｍ．ｃｎ
非水介质大孔树脂分离纯化虾壳中虾青素
陈志强１，２，金　杨１，任　璐１
（１．天津科技大学　食品工程与生物技术学院，教育部食品营养与安全重点实验室，天津 ３００４５７；
２．天津市尖峰天然产物研究开发有限公司，天津 ３００４５７）
摘　要：通过７种大孔树脂对虾青素的静态吸附容量和解析率等指标的考察，筛选出ＡＢ ８大孔吸附树脂，用于分
离虾壳中虾青素，同时利用高效液相色谱（ＨＰＬＣ）法测量虾青素的含量。结果表明，ＡＢ ８树脂对虾青素的吸附量
为（２４１７±０５）ｍｇ／ｇ，解吸率为９５２％，最大上样量（每ｇ干树脂）以虾青素计为（２３０７±０２）ｍｇ，并确定用８倍
量柱床体积的乙酸乙酯为洗脱剂，纯化所得虾青素的纯度为１４７３％。
关键词：大孔树脂；虾壳；虾青素；吸附
中图分类号：ＴＱ４２５．２１＋７　　　　文献标志码：Ａ　　　　文章编号：１６７２－３６７８（２００９）０３－００３９－０４
Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆａｓｔａｘａｎｔｈｉｎｆｒｏｍｓｈｒｉｍｐｗａｓｔｅｂｙ
ｎｏｎａｑｕｅｏｕｓｍｅｄｉｕｍｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓｒｅｓｉｎ
ＣＨＥＮＺｈｉｑｉａｎｇ１，２，ＪＩＮＹａｎｇ１，ＲＥＮＬｕ１
（１．ＣｏｌｅｇｅｏｆＦｏｏｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＢｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｏｏｄＮｕｔｒｉｔｉｏｎａｎｄ
ＳａｆｅｔｙｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５７，Ｃｈｉｎａ；
２．ＪｉａｎｆｅｎｇＮａｔｕｒａｌＰｒｏｄｕｃｔＲ＆ＤＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３００４５７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｖｅｎｔｙｐｅｓｏｆｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒｅｓｉｎｓｗｅｒｅｓｃｒｅｅｎｅｄｗｉｔｈｒｅｓｐｅｃｔｔｏｔｈｅｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｉｏｏｆａｓｔａｘａｎｔｉｎｏｆｓｈｒｉｍｐｗａｓｔｅａｎｄｔｈｅＡＢ８ｔｙｐｅｗａｓｃｈｏｓｅｎａｓｔｈｅｂｅｓｔｏｎｅ．
Ａｓｔａｘａｎｔｉｎｏｆｓｈｒｉｍｐｗａｓｔｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｌｉｑｕｉｄｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄ
ｔｈａｔｔｈｅｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｑｕａｎｔｉｔｙｒｅａｃｈｅｄ（２４１７±０５）ｍｇ／ｇ，ｔｈｅｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｗａｓ９５２％．Ｔｈｅｍａｘ
ｉｍａｌａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｑｕａｎｔｉｔｙｏｆａｓｔａｘａｎｔｉｎｗａｓ（２３０７±０２）ｍｇ／ｇｄｒｙｒｅｓｉｎ，ｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｅｌｕｔｉｏｎｓｏｌｖｅｎｔ
ｗａｓｅｉｇｈｔｆｏｌｄｃｏｌｕｍｎｖｏｌｕｍｅｏｆｅｔｈｌａｃｅｔａｔｅ，ａｎｄｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｐｕｒｉｔｙｗａｓ１４７３％．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｃｒｏｐｏｒｏｕｓｒｅｓｉｎ；ｓｈｒｉｍｐｗａｓｔｅ；ａｓｔａｘａｎｔｉｎ；ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ
　　虾青素（ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎ，３，３二羟基 ４，４二酮
基 β，β′胡萝卜素），又名虾黄质、龙虾壳色素，是
海洋生物体内主要的类胡萝卜素之一［１－２］。鱼类和
甲壳类对虾青素的吸收和积累要比其他类胡萝卜
素如角黄质（ｃａｎｔｈａｘａｎｔｈｉｎ）、叶黄素（ｌｕｔｅｉｎ）和玉米
黄质（ｚｅａｘａｎｔｈｉｎ）有效得多［３］。近年来常用的虾青
素分离纯化方法主要有有机溶剂萃取法、超临界流
体萃取法、硅胶柱层析法等［４］。这些方法普遍存在
虾青素纯化效率不高、不适于工业化生产等缺点。
大孔吸附树脂为多种功能相结合的分离材料，具有
选择性好、吸附容量大、机械强度高、再生处理方便
等优点。因其吸附速度快、解吸容易，在天然产物
成分研究领域得到了广泛的应用［５］。目前，吸附树
脂主要应用在以水为介质的体系中，非水介质体系
中应用大孔树脂的研究尚很少见，尤其是类似于虾
青素的脂溶性成分的分离纯化，在应用大孔树脂进
行产业化生产方面，一直是困扰天然产物提取行业
的难点。本文对７种大孔吸附树脂在丙酮、氯仿、甲
醇和乙酸乙酯４种非水介质中对虾青素的吸附分离
特性进行研究，筛选最佳树脂ＡＢ ８，并确定最佳吸
附与解吸附的工艺参数。
１　材料与方法
１１　仪器与材料
高效液相色谱仪，Ｌａｂａｌｉａｎｃｅ公司；ＦＡ１６０４Ｓ型
电子天平，上海天平仪器厂；ＲＥ ５２０３Ａ型旋转蒸
发仪，上海振捷实验设备有限公司；玻璃层析柱
（２０ｃｍ×３０ｃｍ）、ＬＳＡ ５Ｂ、ＬＸ １６、ＡＢ ８、ＬＸ
２０、ＬＳＡ ２１、ＡＤＳ １７和Ｄ １０１树脂、虾青素标准
品为Ｒｏｃｈｅ公司产品。
１２　实验方法
１２１　虾青素薄层层析（ＴＬＣ）方法的建立
用微量进样器吸取虾青素标准品和试样溶液
各５μＬ，分别点于同一硅胶 Ｇ薄层板上，吹干溶剂
后，置于展开剂（Ｖ（正己烷）∶Ｖ（丙酮）＝４∶１）中展
开完全，取出薄层层析板吹干，置于可见光下检视，
试样在与标准品相应的位置上呈椭圆形红色斑点。
１２２　虾青素标准曲线的测定
用ＨＰＬＣ法测定［６］。
ＨＰＬＣ色谱条件：Ｌａｂａｌｉａｎｃｅ色谱工作站；色谱
柱，ＫｒｏｍａｓｉｌＣ１８（２５０ｍｍ×４６ｍｍ）；检测器，５００
型紫外检测器；泵，双 ｓｅｒｉｅｓＩＩ型；柱温３０℃；流动
相为甲醇；流速１０ｍＬ／ｍｉｎ；检测波长４７８ｎｍ。
１２３　虾壳中虾青素提取液的制备
将新鲜虾壳洗净、烘干，破碎成１ｃｍ左右的碎
片，称取８０ｇ虾壳试样，用１ｍｏｌ／ＬＨＣｌ浸泡２４ｈ后，
滤去酸液，用清水淋洗至 ｐＨ＝７。将淋洗过的虾壳
移至棕色磨口瓶中，加入９５％乙醇浸泡２ｄ，抽滤，
至虾壳发白。滤液于旋转蒸发器６０℃真空浓缩至
干，加入无水乙醇溶解得待试验用虾青素提取液。
１２４　大孔树脂静态吸附率及解吸率测定
分别称取预处理好的７种大孔吸附树脂２０ｇ
（通过含水率换算得干质量），置于２５０ｍＬ具塞锥形
瓶中，分别加入１００ｍＬ试样溶液，２５℃恒温振荡
２４ｈ（６０ｒ／ｍｉｎ），过滤，测定滤液中虾青素的质量浓
度。每种树脂平行测定３次。按式（１）计算虾青素
的吸附量和吸附率。取过滤后的树脂，精密加入
１００ｍＬ无水乙醇，与吸附相同条件下充分解吸，测
其洗脱液质量浓度。每种树脂平行测定３次。按式
（１）计算虾青素的解吸率。
Ｑｅ（ｍｇ／ｇ树脂）＝（ρ０ ρｅ）Ｖ１／ｍ；Ｅ（％）＝
（ρ０ ρｅ）／ρ０；Ｄ（％）＝ρＸＶ２／（ρ０ ρｅ）Ｖ１ （１）
式中：Ｑｅ为吸附量，ｍｇ／ｇ；ρ０为初始质量浓度，
ｍｇ／ｍＬ；ρｅ为平衡质量浓度，ｍｇ／ｍＬ；Ｖ１为加入试样
液体积，ｍＬ；ｍ为树脂干质量，ｇ；Ｅ为吸附率；Ｄ为
解吸率；ρＸ为洗脱液质量浓度，ｍｇ／ｍＬ；Ｖ２为洗脱液
体积，ｍＬ。
１２５　大孔树脂吸附动力学研究方法
准确称取已预处理的大孔树脂２０ｇ，置于
２５０ｍＬ三角瓶中，加入１００ｍＬ的色素溶液，置于
２５℃水浴摇床１２ｈ（６０ｒ／ｍｉｎ）振荡，每隔一定时间
测定一次吸附量，连续测定４ｈ，计算树脂对虾青素
的吸附量与时间的关系。
１２６　大孔树脂吸附等温线的测定
准确称取ＡＢ ８树脂１０ｇ，加入不同质量浓度
的虾青素醇溶液２５ｍＬ，分别置于２５、３５和４５℃水
浴摇床振荡吸附１２ｈ，测其上清液中虾青素质量浓
度，计算吸附量。根据吸附平衡后吸附量与溶液中
虾青素质量浓度之间的关系，得到树脂吸附虾青素
的等温曲线。
１２７　动态吸附与解吸
动态吸附曲线的绘制：取ＡＢ ８大孔树脂１０ｇ，
湿法装入２０ｃｍ×３０ｃｍ的玻璃层析柱中，树脂厚
度约１２５ｃｍ（柱床体积１０ｍＬ）。试样液以每小时１
倍量柱床体积的流速上柱，分段收集过柱流出液，测
定其中有效成分的质量浓度，按（流出液质量浓度／上
柱液质量浓度）×１００％计算未吸附率（％）。以流出
液体积（ｍＬ）为横坐标，虾青素的未吸附率（％）为纵
坐标，绘制洗脱曲线。平行测定３次。
洗脱溶剂用量的确定：按确定的工艺条件，取
供试品溶液３０ｍＬ，以每小时１倍量柱床体积的流
速上柱，分别通过 ＡＢ ８树脂柱（１０ｇ）进行吸附，
按１２２方法检测虾青素是否吸附完全。用乙酸乙
酯洗脱，洗脱速度为０２ｍＬ／ｍｉｎ。每份收集１０ｍＬ，
测定各份洗脱液中有效成分的质量浓度。
１２８　纯化后虾青素含量的测定
上柱纯化后，虾青素提取液于旋转蒸发器６０℃
真空蒸发至干。精密称取干燥粉末３０ｍｇ，按
０４ 生　物　加　工　过　程　　 第７卷　
１２２法测定其中虾青素含量。
２　结果与讨论
２１　线性回归方程
按１２２法求虾青素峰面积与对应标样进样量
之间线性相关性。结果显示，虾青素的线性相关系
数ｒ为０９９９９，呈现出良好的线性关系，其线性回
归方程为：Ｙ＝８×１０６Ｘ＋６０２９０。
２２　大孔吸附树脂的静态吸附 解吸附实验结果
２２１　树脂的筛选
在相同实验条件下进行静态吸附与解吸附，其
中洗脱剂为乙酸乙酯，静态吸附与解吸附实验结果
见表１。
表１　不同树脂对虾青素的吸附率和解吸率
Ｔａｂｌｅ１　Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅａｎｄｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｒａｔｅｏｆ
ａｓｔａｘａｎｔｉｎｏｎｄｉｆｅｒｅｎｔｒｅｓｉｎｓ
树脂型号
吸附量／
（ｍｇ·ｇ－１）
吸附率／
％
解吸率／
％
ＬＳＡ ５Ｂ ２１７６ ７５４ ３１１
ＬＸ １６ ２１６７ ７４１ ４６７
ＡＢ ８ ２４１７ ８７１ ９５２
ＬＸ ２０ ２１０９ ６８７ ６４９
ＬＳＡ ２１ ２２８９ ８１３ ７２４
ＡＤＳ １７ ２２０１ ７８７ ６７５
Ｄ １０１ ２０６１ ６１２ ５７２
　　根据表１中吸附率和解吸率的测定比较，可以
看出ＡＢ ８、ＬＸ ２０、ＬＳＡ ２１和 ＡＤＳ １７树脂的
吸附率和解吸率较高，因此进一步探讨虾青素在这
４种树脂上的吸附行为。
２２２　树脂静态吸附动力学曲线
树脂的吸附动力学特性与吸附效率密切相关。
选择４种较理想的树脂测定吸附量，在有充分时间
吸附的情况下，有些树脂可能具有相近的饱和吸附
量，但是由于各树脂化学和物理结构的差别，其吸
附动力学过程是有差异的。因此，通过实验比较４
种树脂的吸附动力学过程。测定各树脂在ｔ时刻内
（ｔ＝１０、６０、１２０、１８０、２４０ｍｉｎ）达到平衡时的吸附量
Ｑｅ，以Ｑｅ对ｔ作图，得４种树脂对虾青素的吸附动
力学曲线，如图１所示。由图１可见，筛选的４种树
脂在起始阶段吸附速率较大，６０ｍｉｎ后，吸附量增加
缓慢，４ｈ基本达到吸附饱和，且任意时间 ＡＢ ８树
脂的吸附量大于其他３种树脂的吸附量。因此确定
ＡＢ ８为本实验的最佳树脂。
图１　静态吸附动力学曲线
Ｆｉｇ．１　Ｓｔａｔｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｃｕｒｖｅ
２２３　温度对吸附的影响
图２为３个温度下 ＡＢ ８树脂对虾青素的吸
附等温线。
图２　ＡＢ ８树脂在不同温度下吸附ＯＰＣ的等温线
Ｆｉｇ．２　Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｉｓｏｔｈｅｒｍｏｆａｓｔａｘａｎｔｉｎｏｎ
ＡＢ８ｒｅｓｉｎａｔｄｉｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ
　　吸附等温线为上凸型，属优惠型吸附。在本实
验研究的范围内，虾青素在ＡＢ ８树脂上吸附量随
温度的升高略有下降，说明吸附过程有少量的热放
出。对３条等温线分别用 Ｌａｎｇｍｕｉｒ（ｑ＝
ＫＱｍρ
１＋Ｋρ
）和
Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ（ｑ＝Ｋｆρ
１
ｎ）吸附等温式进行非线性回归，
结果见表２。由表２可知，Ｌａｎｇｍｕｉｒ及Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ等
温吸附方程均能较好地描述虾青素在 ＡＢ ８树脂
上的物理吸附平衡，说明吸附趋近单分子层吸附。
表２　ＡＢ ８树脂对虾青素的吸附方程
Ｔａｂｌｅ２　Ｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｓｏｆａｓｔａｘａｎｔｉｎ
ｏｎＡＢ８ｒｅｓｉｎ
温度／
Ｋ
Ｌａｎｇｍｕｉｒ方程 Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程
Ｋ
Ｑｍ／
（ｍｇ·ｇ－１）
相关系数
（Ｒ２）
Ｋｆ ｎ
相关系数
（Ｒ２）
２９８ ３１５ ２５７５ ０９９３１２２３０ １８０ ０９９２４
３０８ １３８ ２９９７ ０９９２３１９１２ １４９ ０９９６２
３１８ ０５１ ４５０８ ０９９１８１４９３ １６１ ０９９５７
１４　第３期 陈志强等：非水介质大孔树脂分离纯化虾壳中虾青素
２３　洗脱剂的选择
室温下，吸附相同量虾青素的 ＡＢ ８树脂分别
用丙酮、氯仿、甲醇和乙酸乙酯进行洗脱，结果表
明，氯仿及乙酸乙酯的解吸率及所得虾青素含量均
较高，但氯仿洗脱的极性杂质多，故选择乙酸乙酯
为洗脱剂。
２４　动态吸附曲线的绘制
由测定结果可知，过柱流出液为２８０ｍＬ时，虾青
素泄漏量开始显著增大，其累积泄漏百分率在５％左
右；说明此时开始明显泄漏，故确定树脂的最大上样
量为２４ｍＬ／ｇ，即每 ｇ干树脂吸附虾青素（２３０７±
０２）ｍｇ。动态吸附曲线见图３。
图３　ＡＢ ８树脂对虾青素的动态吸附曲线
Ｆｉｇ．３　Ｄｙｎａｍｉｃａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｓｃｕｒｖｅｏｆ
ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎｏｎＡＢ８ｒｅｓｉｎ
２５　洗脱溶剂用量的确定
以体积（ｍＬ）为横坐标，虾青素质量浓度（ｍｇ／ｍＬ）
为纵坐标，绘制洗脱曲线，结果见图４。由图４可知，在
洗脱剂用量为８０ｍＬ时，能将大部分有效成分解吸下
来，故确定洗脱剂用量为８倍量柱床体积。解吸液浓
缩至干后可获得虾青素粗品，经 ＨＰＬＣ测定，其纯度
为１４７３％。
３　结　论
通过实验比较得出树脂 ＡＢ ８比较适合于吸
附提取虾青素。应用ＡＢ ８大孔树脂，其吸附量为
图４　乙酸乙酯对虾青素的洗脱曲线
Ｆｉｇ．４　Ｅｌｕｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆａｓｔａｘａｎｔｈｉｎｂｙｅｔｈｙｌａｃｅｔａｔｅ
（２４１７±０５）ｍｇ／ｇ，解吸率为９５２％，最大上样量
为２４ｍＬ／ｇ，即每 ｇ干树脂吸附虾青素（２３０７±
０２）ｍｇ／ｇ，用８倍量柱床体积的乙酸乙酯洗脱可以
得到比较理想的产品。经 ＨＰＬＣ测定，纯化所得虾
青素的纯度为１４７３％。
参考文献：
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ａｓｔａｘａｎｔｈｉｎｂｙＨＰＬＣ［Ｊ］．Ｃｅｒｅａｌ＆ＦｅｅｄＩｎｄｕｓｔｒｙ，２００３（１）：
４６４７．
２４ 生　物　加　工　过　程　　 第７卷