大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇靜態(tài)吸附與解吸工藝條件優(yōu)化

錢時權(quán)，石亞中，戚翠紅，孫曉俠，伍亞華，汪張貴，許 暉

（蚌埠學院生物與食品工程系，安徽蚌埠 233030）

大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇靜態(tài)吸附與解吸工藝條件優(yōu)化

錢時權(quán)，石亞中，戚翠紅，孫曉俠，伍亞華，汪張貴，許 暉

（蚌埠學院生物與食品工程系，安徽蚌埠 233030）

研究了大孔樹脂AB-8、D4020、DM130、HPD600對山葡萄渣白藜蘆醇的靜態(tài)吸附和解吸特性，然后以AB-8大孔樹脂為研究對象，在單因素實驗的基礎(chǔ)上對其吸附條件進行了響應面法優(yōu)化，最后對AB-8大孔樹脂的解吸條件進行了探討。結(jié)果表明：與另外3種大孔樹脂相比，大孔樹脂AB-8對白藜蘆醇具有較好的吸附和解吸性能。吸附時間和溫度對白藜蘆醇吸附效果影響極顯著，pH則影響顯著，得到山葡萄渣白藜蘆醇AB-8大孔樹脂吸附最佳工藝參數(shù)為pH6.4、吸附時間4.2h、溫度25.8℃，在此條件下，吸附量達到89.05mg/g。采用75%乙醇對山葡萄渣白藜蘆醇解吸2.5h時，解吸率為85.77%。

大孔樹脂，白藜蘆醇，吸附與解吸特性，工藝優(yōu)化

白藜蘆醇是一種多酚類化合物，具有多種生物學活性及藥理作用。研究表明它具有抗癌[1-2]、抗菌[3]、抗 衰 老[4]、預 防 心 臟 病[5]、降 血 脂[6]和 抗 艾 滋 病[7]等 作用，特別是具有很強的抗腫瘤活性及對心血管系統(tǒng)的作 用[8-11]，已 經(jīng) 成 為 食 品 及 醫(yī) 藥 行 業(yè) 研 究 的 熱 點 。研究表明[12-14]，葡萄中白藜蘆醇含量較高。我國葡萄資源比較豐富。如何將葡萄渣中的白藜蘆醇分離純化出來，變廢為寶，將具有很高的經(jīng)濟價值與現(xiàn)實意義。白藜蘆醇的分離純化方法很多，其中大孔樹脂法近年來發(fā)展比較迅速。由于大孔樹脂具有物理化學穩(wěn)定性高、吸附選擇性強、不受無機物存在的影響、再生簡便、解吸條件溫和、使用周期長、易構(gòu)成閉路循環(huán)、運行費用低等優(yōu)點，目前已被廣泛應用于生化物質(zhì)的分離純化[15-18]。研究以山葡萄渣為原料，探討大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇吸附與解吸工藝條件，為進一步純化山葡萄渣白藜蘆醇提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山葡萄渣（除去果肉后的葡萄皮和葡萄籽混合物，經(jīng)干燥后過80目篩） 購自蚌埠市農(nóng)貿(mào)市場；白藜蘆醇標準品（純度98%） 山東泓捷生物科技有限公司；大孔樹脂D4020、AB8、MD130、HpD600 購自天津南開大學化工廠；濃鹽酸、氫氧化鈉、無水乙醇、甲醇、丙酮 均為分析純。

751紫外分光光度計 上海光學儀器廠；超聲波萃取儀 上海生析超聲儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海予華儀器設(shè)備有限公司。

1.2 樣品的制備[19]

稱取山葡萄渣干粉5g于250mL錐形瓶中，加入150mL 80%的乙醇和丙酮溶液（體積比1∶1），超聲10min（功率400W），提取液5000r/min離心10min，上清液經(jīng)濃縮旋轉(zhuǎn)蒸至浸膏狀，溶于50mL 95%乙醇，制成白藜蘆醇粗提液。

1.3 大孔樹脂的預處理[20]

將1g大孔樹脂用95%浸泡24h，采用乙醇濕法裝柱，用95%乙醇反復沖洗，至流出的乙醇液無白色渾濁為止，然后以大量蒸餾水洗去乙醇。

1.4 大孔樹脂的選擇[21]

采用靜態(tài)吸附和解吸的方式進行篩選，具體過程如下：分別稱取1g預處理好的4種大孔樹脂置于150mL三角瓶中，加入40mL質(zhì)量濃度為10mg/mL的白藜蘆醇粗提物，置搖床中在25℃以120r/min中振蕩以達到吸附平衡，然后用去離子水清洗，再加入95%乙醇置搖床中在30℃以120r/min中振蕩進行解吸，每個實驗重復3次。測定吸附和解吸溶液的白藜蘆醇的濃度。

1.5 靜態(tài)吸附實驗

1.5.1 單因素實驗 在吸附時間為4h，溫度為25℃時，設(shè)定pH（4、5、6、7、8）；在pH6，溫度為25℃時，設(shè)定吸附時間（2、3、4、5、6h）；在pH6，吸附時間為4h時，設(shè)定溫度（15、20、25、30、35、40、45℃）。研究AB-8大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇吸附量的影響。

1.5.2 響應面實驗 根據(jù)單因素實驗，選取pH、吸附時間、溫度為自變量，以吸附量為響應值，進行Box-Behnken設(shè)計，見表1，然后根據(jù)實驗結(jié)果，進行響應面分析并對最佳條件進行驗證。

表1 Box-Behnken實驗因素與水平表Table 1 Factors and levels of Box-Behnken desigh

1.5 靜態(tài)解吸實驗

其他條件不變時，分別在乙醇體積分數(shù)（55%、65%、75%、85%、95%）和解吸時間（1.5、2.5、3.5、4.5、5.5h）時考慮AB-8大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇解吸效果的影響。

1.6 白藜蘆醇含量、吸附量和解吸率的測定

白藜蘆醇的濃度測定采用分光光度法。測定不同濃度標準白藜蘆醇樣品在測定不同濃度標準白藜蘆醇樣品在306nm下的吸光度值，以吸光度值為橫坐標，濃度為縱坐標，經(jīng)回歸計算白藜蘆醇標準曲線方程為：y=0.1308x+0.0039，R2=0.9997。式中，x為吸光度，y為白藜蘆醇含量（mg/L）。

吸附量和解吸率的計算公式如下[22]：

式中，Q為吸附量（mg/g）；C0和Ce分別為樣品的初始濃度和吸附平衡時的濃度（mg/mL）；V為吸附時加入的樣品的體積（mL）；m是樹脂的干重（g）；D為解吸率（%）；Cd解吸液中白藜蘆醇濃度（mg/mL）；Vd為解吸液體積（mL）。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種大孔樹脂的比較選擇

大孔吸附樹脂的吸附和解吸能力與其物理化學性質(zhì)有關(guān)。分別考察了4種不同物理化學性質(zhì)大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇的吸附和解吸性能，結(jié)果見表2。

白藜蘆醇含有多個酚羥基，是極性較強的分子。一般來說，樹脂的極性、比表面積、孔徑以及與被吸附分子的極性、分子大小是影響吸附效果的主要因素。由表2可知，與D4020、MD-130和HPD600相比，由于AB-8型大孔樹脂的平均孔徑和比表面面積較大，其吸附量和解吸率分別達到了85.02mg/g和84.51%，對白藜蘆醇有較好的吸附和解吸性能。因此，選擇AB-8大孔樹脂用于分離純化白藜蘆醇。

2.2 單因素實驗

2.2.1 白藜蘆醇溶液pH對AB-8大孔樹脂吸附山葡萄渣白藜蘆醇的影響 由圖1（a）可知，在pH6時，吸附率最高，達到86.77%；當pH超過6時，吸附率逐漸下降。說明AB-8大孔樹脂對pH有一定的選擇性，吸附環(huán)境的pH影響大孔樹脂的吸附效果。結(jié)果顯示，AB-8大孔樹脂在弱酸及近中性時吸附效果較好，這可能與白藜蘆醇的酸堿度及AB-8大孔樹脂具有的弱極性特性有關(guān)。因此，選用pH6。

2.2.2 吸附時間對AB-8大孔樹脂吸附山葡萄渣白藜蘆醇的影響 結(jié)果見圖1（b），當吸附時間在2～4h時，白藜蘆醇的吸附量隨時間的延長而增大，當吸附時間為4h時，大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇的吸附作用最強，吸附量達到最大，此后，隨著吸附時間的延長，吸附量基本維持不變。

表2 4種大孔樹脂的物理性質(zhì)及吸附和解吸性能Table 2 Physical properties and adsorption and desorption properties of four kinds of macroporous resins

2.2.3 溫度對AB-8大孔樹脂吸附山葡萄渣白藜蘆醇的影響 從圖1c可以看出，當溫度低于25℃時，吸附量隨溫度的升高而增大，溫度為25℃時，吸附量最大。當溫度超過25℃后，進一步提高溫度，吸附量反而下降。這可能是由于溫度的升高改變了山葡萄渣白藜蘆醇的特性，而不利于大孔樹脂吸附，從而造成吸附量下降。

圖1 白藜蘆醇溶液pH、吸附時間和溫度對靜態(tài)吸附效果的影響Fig.1 Effect of pH，time of static adsorption and temperature on static adsorption to resveratrol

2.3 響應面設(shè)計方案及結(jié)果

為進一步優(yōu)化AB-8大孔樹脂對山葡萄渣白藜蘆醇的吸附條件，選取pH（A）、吸附時間（B）和溫度（C）為自變量，以吸附量Y為響應值進行響應面分析。

實驗結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3中數(shù)據(jù)，采用SAS軟件進行回歸分析，得到二次方程模型為：

Y=-401.821+28.5325A+64.9575B+20.439C-1.77375A2-1.9425AB+0.0865AC-7.8638B2+0.5375BC-0.4512C2。

對表3中的實驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析，得到的方差分析結(jié)果如表4所示。由表4可知，模型極顯著（p＜0.01），并且失擬項不顯著（p=0.5301＞0.05），R2=0.9922表明此模型能解釋99.22%響應變化，回歸方程擬合程度良好，因此模型可以真實地擬合和預測實際情況。從回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知：一次項B、C影響極顯著，A影響顯著。即吸附時間和溫度影響極顯著，pH影響顯著。二次項B2和C2影響極顯著，A2影響顯著，交互項BC影響極顯著，AB影響顯著，AC影響不顯著。通過表3中p值可以判斷3個因素對白藜蘆醇吸附效果影響的主次順序為吸附時間＞溫度＞pH。

表3 Box-Behnken設(shè)計實驗結(jié)果Table 3 Results of Box-Behnken design

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

2.4 響應面分析及優(yōu)化

由圖2（a）可知，當固定溫度為25℃時，當pH一定時，吸附量隨著吸附時間的延長先增加，達到一定吸附量后，吸附量先維持不變而后略有下降，而當吸附時間一定時，pH對吸附量的影響不明顯。由圖2（b）可知，當固定pH為6時，當吸附時間不變時，吸附量隨著溫度的升高呈先增后減的趨勢。溫度一定時，吸附量隨著吸附時間的延長先慢慢增加，達到一定值后又慢慢降低。由圖2（c）可知，當固定吸附時間為4h，當pH不變時，溫度在20~30℃范圍內(nèi)，吸附量隨著溫度的升高先增加后，當吸附量達到極大值后，繼續(xù)升高溫度，吸附量反而會下降。當溫度不變時，pH在5～7范圍內(nèi)對吸附量的影響不明顯。根據(jù)回歸方程，經(jīng)SAS軟件分析，得出山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹脂吸附最佳工藝參數(shù)為pH6.36、吸附時間4.23h、溫度25.78℃，得到吸附量理論值為89.58mg/g。為驗證模型的可靠性，考慮到實際操作，在pH6.4、吸附時間4.2h、溫度25.8℃下進行3組重復驗證實驗，驗證實驗得到的吸附量含量平均值為89.05mg/g，平均誤差為1.47%，小于5%，實驗值與理論值基本吻合，說明該模型真實可靠，能較好地預測山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹脂吸附效果。

2.6 乙醇體積分數(shù)和解吸時間對AB-8大孔樹脂解吸山葡萄渣白藜蘆醇的影響

為研究山葡萄渣白藜蘆醇靜態(tài)解吸特性，實驗采用乙醇作為解吸液，研究體積分數(shù)對山葡萄渣白藜蘆醇解吸效果的影響。由圖3（a）可知，不同體積分數(shù)的乙醇對山葡萄渣白藜蘆醇的解吸效果不同，當乙醇體積分數(shù)為55%～75%時，隨著乙醇體積分數(shù)的增大，白藜蘆醇的解吸率增大，乙醇體積分數(shù)超過75%后，繼續(xù)增大乙醇體積分數(shù)時，解吸率反而下降。因此，采用體積分數(shù)為75%的乙醇對白藜蘆醇進行解吸為宜。當采用75%乙醇解吸2.5h時（圖3b），解吸率達到為85.77%，當繼續(xù)延長解吸時間，白藜蘆醇解吸率基本保持不變。因此，解吸時間選擇2.5h。

圖2 交互作用對白藜蘆醇吸附效果影響的響應曲面圖Fig.2 Response surface plots of interaction effects on adsorption to resveratrol

圖3 乙醇體積分數(shù)、解吸時間對靜態(tài)解吸效果的影響Fig.3 Effect of volume fraction of ethanol and time of desorption on static desorption

3 結(jié)論

3.1 4種大孔樹脂吸附和解吸山葡萄渣白藜蘆醇的特性比較表明，大孔樹脂AB-8對白藜蘆醇有較好的吸附和解吸性能，吸附量和解吸率分別為85.02mg/g和84.51%。

3.2 采用Box-Behnken實驗設(shè)計，結(jié)合吸附量與pH、吸附時間和溫度的二次多項式多元回歸模型。通過分析可知，吸附時間和溫度影響對吸附量影響極顯著，pH影響顯著。吸附時間對白藜蘆醇吸附效果影響最大，其次是溫度，pH則最小。得到山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹脂吸附最佳工藝參數(shù)為pH6.4、吸附時間4.2h、溫度25.8℃，在此條件下，通過驗證實驗，得到的吸附量為89.05mg/g，實驗值與理論值基本吻合，該模型真實可靠，能較好地預測山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹脂吸附效果。

3.3 采用75%乙醇對山葡萄渣白藜蘆醇解吸2.5h時，解吸率達到為85.77%。

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Optimization of adsorption and desorption of static macroporous resin to resveratrol of grape pomace

QIAN Shi-quan，SHI Ya-zhong，QI Cui-hong，SUN Xiao-xia，WU Ya-hua，WANG Zhang-gui，XU Hui
（Department of Bioengineering and Food，Bengbu College，Bengbu 233030，China）

Properties of adsorption and desorption of four kinds of macroporous resins （AB-8 ， D4020 ，DM130 and HPD600） were investigated.Then，taking AB-8 macroporous resin as an objective，adsorption conditions were optimized using response surface methodology on basis of single factor experiment.Finally ，desorption conditions were also studied.The results indicated that，comparing to other three kinds of macroporous resins，AB-8 macroporous resin was a suitable resin for adsorption and desorption experiments.Time of adsorption and temperature had extremely significant effect on adsorption amount of resveratrol，pH have a significant impact on it.The optimum conditions for adsorpting resveratrol were found to be at 25.8℃ for 4.2h with pH6.4. Under these conditions ，the adsorption amount was 89.05mg/g and the desorption rate was 85.77% ，when using 75%ethanol eluting for 2.5 hours．

macroporous resin；resveratrol；property of adsorption and desorption；process optimization

TS209

B

1002-0306（2014）22-0221-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.22.040

2013－12－23

錢時權(quán)（1979-），男，在讀博士，講師，主要從事天然產(chǎn)物開發(fā)與食品生物技術(shù)方面的研究。

安徽省高等學校省級自然科學研究項目（KJ2013Z196）；安徽省高等學校省級食品科學與工程特色專業(yè)建設(shè)點資助（20101091）；安徽省食品科學與工程教學團隊項目資助（20101094）。