滁菊多酚的大孔樹脂純化工藝研究

安曉婷, 陳靜, 戴緣緣, 謝小花

滁菊多酚的大孔樹脂純化工藝研究

安曉婷, 陳靜, 戴緣緣, 謝小花

(滁州職業(yè)技術(shù)學院 食品與環(huán)境工程學院, 安徽 滁州, 239000)

對5種樹脂進行篩選, 結(jié)果AB-8樹脂有較好的吸附和解吸性能, 可作為滁菊多酚的純化樹脂。AB-8樹脂對滁菊多酚的吸附時間在2.5 h達到平衡, 解吸時間在1 h達到解吸平衡。優(yōu)化A8-8樹脂純化條件, 得出最佳純化工藝為滁菊多酚上樣液濃度2.8 mg/mL、pH值5, 70%乙醇洗脫, 上樣速率1 mL/min, 洗脫體積110 mL。滁菊多酚純度由純化前的13.18%提高到純化后的67.52%。

滁菊; 多酚; 大孔樹脂; 純化

滁菊, 菊科植物, 是菊花中花瓣最為緊密的一種, 可藥食兩用, 安徽省著名地道藥材, 也是4大名菊(滁菊、杭白菊、懷菊、亳菊)之一[1–2]。滁菊富含多酚、黃酮、多糖、氨基酸、揮發(fā)油等有效成分[3–7], 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn), 其總多酚含量比其它種類的菊花高30%以上。滁菊的功效遠遠高于其他菊花, 具有較強的抗氧化、抑菌、提高免疫力、抗疲勞、降血壓、調(diào)節(jié)血脂、降血糖等生理功能[8–11]。

大孔樹脂是一種多孔微球吸附劑, 比表面積大, 理化性質(zhì)穩(wěn)定, 已被很多研究者用于植物多酚等功效物質(zhì)的純化。例如, 高海榮[12]等采用XDA-5制備茶多酚產(chǎn)品, 得率為10%, 純度為70%; 李斌[13]等利用大孔樹脂純化黑果腺肋花楸多酚, 純度由11.62%提高到64.37%; 蔣孟君等[14]利用大孔樹脂純化食用玫瑰花總酚, 純化后能明顯提高其抗氧化活性。目前關于滁菊多酚分離純化的研究鮮有報道。試驗從5種不同型號的大孔樹脂中篩選出一種適合滁菊多酚分離純化的樹脂, 確定了滁菊多酚的最佳純化條件, 以期為滁菊多酚的深度加工提供技術(shù)支持, 對滁菊的綜合利用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

滁菊干花粉末(安徽菊泰滁菊草本科技有限公司), 干燥、粉碎, 過 60 目篩備用; 福林酚試劑、沒食子酸標準品(國藥集團化學試劑有限公司); 大孔樹脂D101、DM-2、AB-8、XAD-7、HPD400(上海昕滬實驗設備有限公司); 95%乙醇、三氯化鐵、無水碳酸鈉(南京化學試劑股份有限公司), 均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

304不銹鋼粉碎機(永康市鉑歐五金制品有限公司); PX224ZH/E型電子天平(奧豪斯儀器(常州)有限公司); 雷磁PHS-25 pH計(上海儀電科學儀器股份有限公司); TU-1950型分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司); BT100-2J恒流泵(保定格蘭恒流泵有限公司); SHZ-D型循環(huán)水式多用真空泵(河南省予華儀器有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 滁菊多酚提取液的制備

取一定量滁菊粉末按1︰20料液比加入 60%乙醇, 60 ℃震蕩提取1.5 h, 中速離心0.5 h, 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去乙醇, 冷凍干燥, 得到滁菊多酚粗提物固體粉末, 測定滁菊多酚質(zhì)量濃度, 備用。

1.3.2 滁菊多酚質(zhì)量濃度的測定

采用蔡義忠等改進的福林酚比色法[15], 用80%乙醇將沒食子酸儲備液稀釋為0、20、40、60、80、100 mg/L的沒食子酸標準系列。分別取0.2 mL于6支試管中, 加入0.5 mol/L 福林酚試劑2 mL, 搖勻后在室溫下靜置4 min, 再加入75 g/L碳酸鈉溶液2 mL, 搖勻后于暗處反應2 h; 在760 nm波長下測定吸光度值, 繪制標準曲線, 得到回歸方程為= 0.006+ 0.0039,2= 0.9975。取適當過濾并稀釋的樣品溶液(0.2 mL)在相同條件下測定吸光值, 滁菊多酚質(zhì)量濃度以沒食子酸濃度表示, 單位mg/mL。

1.3.3 滁菊多酚純度的測定

取一定體積(, mL)一定滁菊多酚質(zhì)量濃度(, mg/mL)的粗提液與純化后的洗脫液, 低溫蒸干, 凍干, 稱重(, mg), 多酚純度(%) = (/)×100。

1.3.4 大孔樹脂的預處理

稱取5種新樹脂各100 g分別倒入300 mL燒杯中, 每個燒杯加入95%乙醇200 mL浸泡24 h, 接著用純凈水將樹脂洗到?jīng)]有白色, 也沒有乙醇味; 再加入5% HCL溶液 200 mL浸泡12 h, 用純凈水沖洗直到pH呈中性; 然后加入5% NaOH溶液200 mL浸泡12 h, 用純凈水清洗到中性; 最后把各種處理完畢的大孔樹脂裝入具塞錐形瓶中, 加入純凈水浸泡待用[16]。

1.3.5 大孔樹脂的篩選

把經(jīng)過預處理的5種樹脂用真空泵抽濾除去水分, 再分別稱取5.0 g()抽干的樹脂于5個250 mL的錐形瓶中, 各加入50 mL(1)滁菊多酚濃度為2.5 mg/mL(0)樣液, 放入恒溫振蕩器中室溫震蕩吸附12 h, 取200 μL上清液測定滁菊多酚質(zhì)量濃度(C1); 用純凈水將充分吸附的各種樹脂表面的殘留粗提液洗凈, 用濾紙擦干, 再分別加入80%乙醇溶液50 mL(2)解吸12 h, 取少量解吸液測定滁菊多酚質(zhì)量濃度(2), 按照下面的公式計算吸附量、吸附率、解吸率, 篩選出適合純化滁菊多酚的樹脂[17]。= (0-1)×1/,(%) = ((0-1)/0)×100,(%) = ((0×1)/0)×100,(%) = (2×2)/(×)×100。

1.3.6 動力學曲線的繪制

把預處理好的AB-8樹脂抽干, 稱取5.0 g于250 mL錐形瓶中, 加入2.5 mg/mL滁菊多酚粗提液50 mL, 放入恒溫振蕩器中震蕩吸附4 h, 每隔0.5 h取200 μL上清液測定滁菊多酚質(zhì)量濃度, 考察吸附量隨吸附時間的動態(tài)變化。將上述吸附飽和的樹脂用純凈水清凈表面殘留的粗提液, 濾紙吸干, 加入80%乙醇溶液50 mL, 于25 ℃恒溫振蕩器中震蕩吸附4 h, 分別在0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4 h時取少量解吸液測定解吸率, 以解吸時間為橫坐標解吸率為縱坐標繪制AB-8樹脂的解吸動力學曲線。

1.3.7 靜態(tài)試驗條件優(yōu)化

上樣多酚質(zhì)量濃度: 取5.0 g抽干的AB-8樹脂于250 mL錐形瓶, 各加入滁菊多酚濃度1.6、2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.0 mg/mL的樣液50 mL, 室溫震蕩2.5 h, 各取200 μL上清液測定滁菊多酚質(zhì)量濃度, 考察其對吸附量的影響。

上樣pH: 取5.0 g抽干的AB-8樹脂于250 mL錐形瓶, 各加入滁菊多酚濃度2.8 mg/mL、pH分別為3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0的樣液50 mL, 室溫振蕩2.5 h, 測定平衡滁菊多酚質(zhì)量濃度, 并計算吸附量。

乙醇體積分數(shù): 在6個250 mL錐形瓶中各加入5.0 g吸附飽和的AB-8樹脂, 再分別加入40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇溶液50 mL, 室溫振蕩, 解吸1 h, 計算解吸率。

1.3.8 動態(tài)試驗條件優(yōu)化

上樣流速: 采用濕法裝柱, 將AB-8樹脂裝入1.0 cm×60 cm的層析柱, 分別以1、2、3 mL/min流速將多酚濃度2.8 mg/mL、pH 5.0的樣液進行上樣, 收集流出液, 10mL/管并測定滁菊多酚質(zhì)量濃度, 考察其對吸附效果的影響。

洗脫體積: 當柱內(nèi)樹脂吸附飽和后, 用純凈水沖洗雜質(zhì), 再用70%乙醇溶液洗脫, 收集洗脫液, 10mL/管并測定滁菊多酚質(zhì)量濃度, 考察其對洗脫效果的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 大孔樹脂的篩選

D101、DM-2、AB-8、XAD-7、HPD400樹脂的靜態(tài)吸附與解吸能力見表1。DM-2和AB-8樹脂的吸附量相差不大, 分別為22.42、22.83 mg/g, 明顯高于其他3種樹脂; AB-8樹脂的吸附率為91.3%, 顯著高于其他4種樹脂; 5種樹脂中AB-8和XAD-7樹脂的解吸率較高, 分別為90.25%、90.54%。AB-8樹脂為弱極性吸附樹脂, 對弱極性的滁菊多酚具有良好的選擇吸附性, 并且用弱極性的有機溶劑可以將滁菊多酚很好地解吸下來, 綜合分析, 選擇AB-8樹脂作為滁菊多酚的純化樹脂。

表1 大孔樹脂的吸

2.2 靜態(tài)吸附和解吸動力學曲線

靜態(tài)動力學曲線展示的是隨時間的增加樹脂對滁菊多酚吸附和解吸能力的變化。由圖1可知, 在2.5 h之前, AB-8樹脂對滁菊多酚的吸附量不斷增加, 超過2.5 h, 吸附能力趨于平衡。由圖2可知, 解吸時間在1 h時AB-8樹脂的解吸率達到最大, 在1 h以后解吸達到動態(tài)平衡。因此, AB-8樹脂對滁菊多酚的吸附時間為2.5 h, 解吸時間為1 h。

圖1 靜態(tài)吸附動力學曲線

圖2 靜態(tài)解吸附動力學曲線

2.3 純化條件的優(yōu)化

2.3.1 滁菊多酚上樣濃度的影響

上樣濃度過小樹脂不容易吸附飽和, 上樣濃度過大又可能堵塞樹脂微小的孔徑, 不利于樹脂對溶質(zhì)的吸附。如圖3所示, 隨著滁菊多酚上樣濃度的增大吸附量先升高后降低, 滁菊多酚上樣液濃度在2.8 mg/mL時吸附量達到最大值25.75 mg/g, 此滁菊多酚濃度可作為上樣濃度。

圖3 滁菊多酚上樣液濃度的影響

2.3.2 滁菊多酚上樣pH的影響

樣液的酸堿性會影響多酚的存在形式和溶液的極性[17]。由圖4可知, 隨滁菊多酚上樣pH值增大AB-8樹脂對滁菊多酚的吸附效果先增強后減弱, pH值為5時吸附效果最佳, 這可能是因為滁菊多酚含有大量酚羥基, 呈弱酸性, 在pH值為5時更有利于多酚的解離, 并增強和大孔樹脂間的分子作用力。

2.3.3 乙醇體積分數(shù)的影響

洗脫劑濃度不同, 溶液極性發(fā)生改變, 影響多酚與樹脂間的分子作用力, 進而影響解吸效果。由圖5可知, 隨乙醇體積分數(shù)增大AB-8樹脂對滁菊多酚的解吸效果先增強后減弱, 70%乙醇解吸效果最佳。

圖4 滁菊多酚上樣液pH對提取量的影響

圖5 乙醇體積分數(shù)對解吸率的影響

2.3.4 上樣流速的影響

在動態(tài)上樣時當流出液多酚質(zhì)量濃度為上樣濃度的1/10時即到達泄露點, 上樣流速越大, 泄漏點出現(xiàn)的越早。由圖6可知, 上樣流速分別是1、2、3 mL/min時, 泄漏點分別出現(xiàn)在220、170、140 mL附近, 為了使樹脂能夠充分吸附滁菊多酚, 減少滁菊多酚的損失, 上樣流速選擇1 mL/min。

圖6 流速對多酚質(zhì)量濃度的影響

2.3.5 洗脫體積的確定

用70%的乙醇溶液對樹脂進行動態(tài)洗脫(見圖7), 洗脫曲線峰形較窄且拖尾不明顯, 說明滁菊多酚非常容易洗脫, 洗脫體積在0~40 mL時, 滁菊多酚質(zhì)量濃度迅速增加, 洗脫體積在40~110 mL時滁菊多酚質(zhì)量濃度不斷降低, 洗脫體積在110 mL時, 滁菊多酚幾乎全部被洗脫下來。為了節(jié)約溶劑, 綜合考慮洗脫體積選擇110 mL。

2.4 多酚純度的計算

采用得到的最佳純化工藝制備滁菊多酚, 再利用滁菊多酚純度計算公式得出滁菊多酚經(jīng)AB-8樹脂純化后純度由13.18%提高到67.52%, 表明AB-8樹脂對滁菊中的多酚類化合物的純化效果較好。

圖7 滁菊多酚洗脫曲線

3 結(jié)論

從5種不同型號的大孔樹脂中篩選出AB-8樹脂比較適合用來純化滁菊多酚, 并且AB-8樹脂具有較短的吸附時間和解吸時間。AB-8樹脂的最佳純化條件為滁菊多酚上樣濃度2.8 mg/mL、pH=5, 乙醇體積分數(shù)70%, 上樣流速1 mL/min, 洗脫體積110 mL。在此條件下, 滁菊多酚純度由13.18%提高到67.52%。

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Optimization on purification process of polyphenols from Chuju chrysanthemum by macroporous resin

An Xiaoting, Chen Jing, Dai Yuanyuan, Xie Xiaohua

(College of Food and Environment, Chuzhou Vocational and Technical College, Chuzhou 239000, China)

The purification effects of five macroporous resins are investigated. The results indicated that AB-8 resin has good adsorption and desorption properties, so it is very suitable to purify polyphenolsfrom Chuju chrysanthe- mum. The adsorption time of AB-8 resin reaches the adsorption equilibrium at 2.5 h, and the desorption time reaches analytical equilibrium at 1 h. The purification conditions of AB-8 resin are optimized, and the optimal purification conditions are listed as that concentration of polyphenols and pH are 2.8 mg/mL and 5, ethanol concentration is 70%, feeding rate is 1.0 mL/min, elution is 110 mL. After purification, the purity of polyphenols increases from 13.18% to 67.52%.

Chuju; polyphenols; macroporous resin; purification

10.3969/j.issn.1672–6146.2021.01.006

S 609.9

A

1672–6146(2021)01–0025–05

謝小花, 258080778@qq.com。

2020–06–08

安徽省教育廳高校自然科學研究項目(kj2018a0841); 安徽省大規(guī)模在線開放課程示范項目(2018mooc179)。

(責任編校: 劉剛毅)