全 文 ：武汉植物学研究 2002, 20 (6) : 463～ 466
J ourna l of W uhan B otan ica l Resea rch
大孔吸附树脂吸附分离紫草色素的研究
康强胜 李洪林 龚复俊 袁 萍 卢大炎Ξ
(中国科学院武汉植物研究所, 武汉 430074)
摘 要: 研究了几种大孔吸附树脂对紫草色素的吸附提取。结果表明, N KA 2Ê 具有较高的吸附量, 且易于解吸, 适
于在新疆紫草细胞大量培养过程中用于对紫草色素的吸附分离。
关键词: 紫草色素; 大孔吸附树脂; 吸附; 分离
中图分类号: Q 94618; Q 503 文献标识码: A 文章编号: 10002470X (2002) 0620463204
Study on Adsorption of Sk ikon in D er iva tives
w ith M acroporous Resin
KAN G Q iang2Sheng, L I Hong2L in, GON G Fu2Jun, YUAN P ing, LU D a2YanΞ
(W uhan Institu te of B otany , T he Ch inese A cad emy of S ciences, W uhan 430074, Ch ina)
Abstract: T he adso rp t ion and deso rp t ion of sh ikon in derivat ives w ith 4 differen t k ind of m acro2
po rou s resin w as studied. T he resu lts show that resin N KA 2Ê has h igher adso rp t ion capacity, and
its deso rp t ion w as also easier. It is found in ferm en ta t ion experim en t that N KA 2Ê cou ld su itab ly
be u sed fo r adso rp t ion sh ikon in derivat ives in m ass cell cu ltu res of A rnebia euch rom a.
Key words: Sk ikon in derivat ives; M acropo rou s resin; A dso rp t ion; Iso la t ion
采用大孔吸附树脂吸附分离植物次生代谢产物
及其它化合物, 是近年来发展较快的一种高效提取
分离技术。大孔吸附树脂具有机械强度高、选择性
好、吸附量大、吸附速度快、易于解吸附、再生处理简
单、能直接从水溶液中吸附提取分离低极性有效成
分等特性, 同其它分离提取工艺相比, 可减少有机溶
剂的用量并简化生产步骤、降低生产成本。
紫草色素是一种萘醌类色素, 存在于紫草根部,
具有显著的抗菌、消炎、抗生育、抗癌及促进伤口愈
合等生理活性; 同时作为一种天然色素广泛应用于
食品和化妆品等轻工业产品中[1 ]。紫草色素的来源
植物新疆紫草等资源十分有限, 为此人们尝试采用
细胞大量培养法进行生产[2 ]。目前硬紫草细胞大量
培养生产紫草色素已达到工业化规模[3 ]。利用植物
细胞大量培养系统生产有用次生代谢产物, 代谢产
物的不断合成势必导致反馈抑制及其他一些不利于
产物大量累积的理化反应; 因此在细胞培养过程中
对产物进行原位移除 (生化反应过程与分离提取过
程的耦合) , 可有效阻止反馈抑制, 还可减少下游分
离提取的步骤, 达到提高产率, 增加生产效益的目
的[4 ]。由于新疆紫草细胞在培养过程中具有外泌紫
草色素的特性, 因此可采用大孔吸附树脂, 对外泌到
培养液中的紫草色素进行吸附分离, 从而有效降低
培养液中色素的浓度, 最终达到提高色素产量的目
的。依据新疆紫草细胞大量培养本身的特点, 我们采
用几种不同的大孔吸附树脂, 对紫草色素进行吸附
及解吸, 取得了较好的结果, 为下一步将大孔吸附树
脂应用于新疆紫草细胞大量培养过程中紫草色素的
原位移除打下了基础。Ξ 收稿日期: 2001210226, 修回日期: 2002209218。作者简介: 康强胜 (1965- ) , 男, 助理研究员, 从事植物生物技术研究。通讯作者。
1 材料与方法
1. 1 紫草色素提取液的制备
将反应器培养的新疆紫草细胞于 60℃下烘干,
石油醚 (30℃～ 60℃) 提取紫草色素, 减压浓缩石油
醚。所得膏状物于 60℃下烘数小时后加一定量的
95% 乙醇, 使色素溶解并滤掉不溶物, 备用。用 7520
型紫外分光光度计于 520 nm 处测吸光值, 根据标
准曲线计算色素含量。
1. 2 树脂的处理
除 XAD 22 外, 其余树脂由天津南开大学化工
厂提供。树脂使用前先用蒸馏水冲洗, 再分别用氯仿
和甲醇回流, 装入柱中, 用 95% 乙醇淋洗备用。
1. 3 吸附与解吸
取 50 mL 配好的紫草色素 95% 乙醇溶液, 于
25 mL 三角瓶中, 加 2 mL 树脂, 密封, 静置 (隔一定
时间振荡)或者放在摇床上振荡 (摇床转速为 120 rö
m in)。溶液的 pH 值用 pH 22S 型数显酸度计测定,
用稀盐酸或者氢氧化钠溶液调节。树脂的吸附量按
下式计算:
吸附量= 溶液体积× (吸附前浓度- 吸附后浓
度) ö树脂量
用一定量的石油醚浸洗吸附后的树脂, 浸洗时
反复振荡。重复多次至无色, 合并洗脱液测色素的浓
度, 计算解吸百分率 (解吸量ö吸附量×100% )。
将吸附平衡后的 5 mL 树脂装入内径为 10 mm
的玻璃柱中, 用不同解吸液解吸。
考虑到新疆紫草细胞大量培养时最适温度为
22℃左右, 因此所有实验都在 (22±2)℃下进行。
量取一定体积的湿树脂于 120℃ 烘箱中烘干
至恒重, 计算出每毫升湿树脂的干重。
2 结果与讨论
2. 1 不同树脂的吸附与解吸性能
选用 4 种树脂及 2 种不同浓度的色素溶液,
(22±2)℃下振荡 24 h。吸附前将溶液 pH 值调整为
518。用石油醚浸洗解吸, 比较它们的吸附百分比及
解吸率 (见图 1)。
从图 1 可以看出, N KA 2Ê 的吸附量差不多是
其它 3 种树脂的 2 倍, 其解吸率也最低, 说明 4 种树
脂中紫草色素最易被N KA 2Ê 吸附。加大溶液中色
素的浓度, 4 种树脂的吸附率都降低。
2. 2 pH 对 NKA -Ê 吸附的影响
取 6 种不同 pH 值的紫草色素溶液 (浓度为
378125 ΛgömL ) 50 mL , 加入事先放好N KA 2Ê 树脂
A. 溶液浓度为 71158 ΛgömL 时的吸附率; B. 溶液浓度为
378125 ΛgömL 时的吸附率; C. 解吸率; D. 溶液浓度为
71158 ΛgömL 时的吸附量; E. 溶液浓度为 378125 ΛgömL
时的吸附量
A. A dso rp tional P ropo rt ion of 71158 ΛgömL so lu tion;
B. A dso rp tional P ropo rt ion of 378125 ΛgömL so lu tion;
C. P ropo rt ion of deso rp tion; D. A dso rp tional capacity of
71158 ΛgömL so lu tion; E. A dso rp tional capacity of
378125 ΛgömL so lu tion.
图 1 不同树脂的吸附与解吸特征
F ig11 A dso rp tion and deso rp tion characterizat ion
of various resins
图 2 pH 对 NKA-Ê 吸附的影响
F ig12 T he influence of pH on the
adso rp tion of resins N KA 2Ê
的三角瓶中, 置摇床上振荡 24 h 后, 测树脂的吸附
量 (见图 2)。
从图 2 中可以看出, pH 对N KA 2Ê 吸附量的影
响不大。因植物细胞悬浮培养时, 在整个培养过程中
培养液的pH 在 518 处上下波动, 变化幅度小。因此
在以下的研究中, 将紫草色素 95% 乙醇溶液的 pH
值定为 518。
2. 3 NKA -Ê 的吸附特性
2. 3. 1 溶液浓度对 NKA -Ê 吸附的影响 在摇床
上振荡吸附 24 h 后, 各个不同初始浓度下N KA 2Ê
的吸附量及吸附率见表 1。由表 1 可知, 随着溶液浓
度的增大, 树脂的吸附量明显增加, 但吸附率呈下降
464 武 汉 植 物 学 研 究 第 20 卷
趋势。说明N KA Ê 树脂在低浓度溶液中能更有效地
降低溶液的浓度。
表 1 浓度对 NKA-Ê 吸附的影响
T able 1 T he influence of concen tra t ion on the
adso rp tion of resins N KA 2Ê
初始浓度
(ΛgömL )
In it ia l
concen tra t ion
平衡浓度
(ΛgömL )
Equilib rium
concen tra t ion
吸附量
(m gög)
A dso rp tion
capacity
吸附率
(% )
P ropo rt ion of
deso rp tion
71. 58 22. 95 3. 55 67. 94
201. 73 105 7. 07 47. 95
252. 17 135. 25 8. 55 46. 36
378. 25 200 13. 03 47. 12
453. 5 266. 8 13. 68 41. 22
2. 3. 2 静置与振荡条件下 NKA -Ê 吸附紫草色素
的动态 用 2 种不同浓度的溶液,A : 73168 ΛgömL ,
B: 25912 ΛgömL , 分别在摇床上振荡或静置 (隔一
定时间摇动一下) , 选定时间取样, 观察吸附率随时
间的变化 (图 3)。
A 1. 低浓度 (73168 ΛgömL )时的振荡吸附曲线; A 2. 低
浓度 (73168 ΛgömL )时的静置吸附曲线; B. 高浓度
(25912 ΛgömL )时的振荡吸附曲线
A 1. A dso rp tion curve of low concen tra t ion (73168 Λgö
mL ) w ith shak ing; A 2. A dso rp tion curve of low concen2
t ra t ion (73168 ΛgömL ) at sta t ic condit ion; B. A dso rp tion
curve of h igh concen tra t ion (25912 ΛgömL ) w ith shak ing
图 3 NKA-Ê 树脂对紫草色素的吸附曲线
F ig13 A dso rp tion curve of resin N KA 2Ê
fo r sk ikon in derivatives
从图 3 可以看出, 低浓度时, 吸附一半 (吸附率
为 50% ) 所用时间比高浓度所用时间少 (A 1、B ) , 振
荡比静置吸附快 (A 1、A 2)。静置吸附的 S 型曲线可
能是由于取样与振动时间不平衡造成的。
在植物细胞大量培养过程中, 用大孔吸附树脂
对紫草色素进行吸附分离时, 可将树脂直接加到反
应器中, 让树脂与细胞一起运动循环; 也可将树脂装
于独立的玻璃柱中, 通过中间媒介或培养液进行循
环吸附。由此, 本实验选择静置与振荡 2 种吸附方式
研究树脂对紫草色素的吸附动态。因新疆紫草细胞
大量培养时, 所用时间较长 (一次分批培养大约需
35 d 左右) , 因此选择吸附量大, 且在培养的初始阶
段, 可快速降低培养液中紫草色素浓度的树脂, 应较
适合应用于实际培养过程。从实验结果看,N KA 2Ê
树脂较为符合上述要求。
2. 4 柱上解吸
2. 4. 1 不同溶剂的解吸效果 树脂吸附后用
100 mL 不同溶剂以 1. 5 BV öh 的流速进行解吸, 结
果见表 2 。从中可以看出, 丙酮解吸效果最好, 甲醇
洗脱效果较差。
表 2 不同溶剂解吸的结果
T able 2 R esu lts in elu tion w ith various eluates
溶剂
So lven t
丙酮
A cetone
甲醇
M ethano l
乙酸乙酯
A cetidin
洗脱率 (% )
P ropo rt ion of deso rp tion 100 66. 63 98. 07
2. 4. 2 流速对解吸的影响 用不同流速的甲醇溶
液进行解吸, 解吸曲线见图 4。从图 4 可看出, 流速
1. 5 BV öh 的解吸效果要比流速为 3. 0 BV öh 及
715 BV öh的效果好。
A. 流速 115 BV öh; B. 流速 310 BV öh; C. 流速 715 BV öh
A. F low rate 115 BV öh; B. F low rate 310 BV öh; C. F low
rate 715 BV öh
图 4 不同流速甲醇的洗脱曲线
F ig14 E lu tion curve w ith m ethano l
at differen t flow rate
2. 4. 3 不同解吸剂的解吸曲线 使用 2 种不同的
溶剂, 以 1. 5 BV öh 的流速进行解吸, 结果见图 5。
由图中可见, 丙酮洗脱时, 峰最为集中, 用 2 倍树脂
床体积的丙酮基本上可以将紫草色素解吸下来。乙
酸乙脂的洗脱性能也不错, 峰较集中。
564 第 6 期 康强胜等: 大孔吸附树脂吸附分离紫草色素的研究
A. 丙酮; B. 乙酸乙酯; 流速 115 BV öh
A. A cetone; B. A cetidin; F low rate 115 BV öh
图 5 用不同溶剂的洗脱曲线
F ig15 E lu tion curve w ith differen t eluates
图 6 大孔吸附树脂用于植物细胞大量
培养过程的示意图
F ig16 Sketch m ap of m acropo rous resin used in
m ass cu ltu re of p lan t cell
2. 5 耦合工艺
Fu 等[5 ]结合真菌诱导子的使用, 运用原位移除
方法, 在新疆紫草悬浮培养中, 可将紫草色素的产量
提高 615 倍。我们用细胞培养与吸附分离的耦合工
艺进行了初步的实验 (图 6)。从实验结果看, 此方法
能有效地提高新疆紫草大量培养时的紫草色素产
量, 其增幅在 10% 左右。
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