梔子黃色素純化工藝研究

羅義發(fā)，潘 斌，周三女，劉麗清，田妍基，施滿容

（寧德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 福安 355000）

梔子黃色素主要成分是類胡蘿卜素類的藏花素和藏花酸，是從茜草科（Rubiaceae） 梔子（Gardenia jasminoidesEllis） 果實(shí)中提取分離得到的天然水溶性黃色素[1]。目前，用于純化梔子黃色素的方法主要有大孔樹脂吸附法[2-3]、膜提取分離法[4]、超臨界CO2萃取法[5]、凝膠層析法[6]等，但真正應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的僅有大孔吸附樹脂精制方法。研究確立了純化梔子黃色素的條件，討論大孔吸附樹脂對(duì)梔子黃色素的吸附與解析特性，為制備高純度、低OD 比值的梔子黃色素，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

梔子果（鮮果） 為福建省寧德市福鼎市貫嶺鄉(xiāng)梔子栽培基地采購，在低溫條件下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試劑

吸附樹脂型號(hào)為AB-8，H103，D101，HPD-100，HPD-100A，HPD-450，滄州寶恩吸附材料科技有限公司提供；其他試劑均為分析純。

1.3 儀器

BSZ-100 型自動(dòng)部分收集器；恒流泵；BS210S 型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司產(chǎn)品；UV-1750 型紫外可見分光光度計(jì)，島津儀器（蘇州）有限公司產(chǎn)品；HR2827 型飛利浦?jǐn)嚢铏C(jī)，飛利浦家庭電器有限公司產(chǎn)品；Neofuge 13R 型高速冷凍離心機(jī)，上海力申科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 樹脂預(yù)處理

將100 g 吸附樹脂浸泡在無水乙醇中，靜置24 h，過濾，去除上清液，收集樹脂，再加入去離子水，反復(fù)用去離子水沖洗，直至去除醇溶性雜質(zhì)備用。

1.4.2 梔子黃色素粗提液制備

按照文獻(xiàn)[7] 的方法制備梔子黃色素粗提液。

1.4.3 樹脂靜態(tài)吸附率的測(cè)定

稱取6 種樹脂各1 g，分別置于250 mL 的三角燒瓶中，將50 mL 一定質(zhì)量濃度的梔子黃色素粗提液量取加入三角燒瓶中，恒溫條件下振蕩24 h，樹脂吸附飽和后，測(cè)吸附前和吸附后溶液的A440nm吸光度，并計(jì)算靜態(tài)吸附率（公式1）。

1.4.4 流速對(duì)動(dòng)態(tài)吸附的影響

取處理好的HPD100 型樹脂，以濕法裝柱，梔子黃色素粗提液以不同的流速上柱吸附，以6 mL/管收集流出液，測(cè)定流出液A440nm吸光度，當(dāng)流出液的吸光度為梔子黃色素粗提液吸光度的10%時(shí)，停止進(jìn)樣，計(jì)算動(dòng)態(tài)吸附率（公式1）。

1.4.5 提取液中梔子黃色素質(zhì)量濃度對(duì)動(dòng)態(tài)吸附的影響

取一定量處理好的HPD100 型樹脂，濕法裝柱，以1 mL/min 的流速，將不同質(zhì)量濃度的梔子黃色素粗提液上柱吸附，以6 mL / 管進(jìn)行收集，于波長440 nm 處測(cè)定吸光度，當(dāng)流出液的吸光度為上樣液吸光度的10%時(shí)停止進(jìn)樣，計(jì)算吸附率（公式1）。

1.4.6 乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)動(dòng)態(tài)解析的影響

取吸附飽和的HPD100 樹脂裝柱，用2 BV 的蒸餾水沖洗，然后以1 mL/min 的速度，用不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇進(jìn)行洗脫，收集洗脫液，測(cè)定其吸光度A440nm，計(jì)算洗脫率（公式2）。

1.4.7 流速對(duì)動(dòng)態(tài)解析的影響

取吸附飽和的HPD100 型樹脂裝柱，先用蒸餾水沖洗，然后用體積分?jǐn)?shù)80%乙醇以不同流速進(jìn)行洗脫，收集流出液，測(cè)定其吸光度，計(jì)算洗脫率。

1.5 計(jì)算

1.5.1 吸附率的計(jì)算

利用分光光度法，測(cè)定吸附前后溶液的A440nm吸光度，計(jì)算樹脂的吸附率，公式如下：

1.5.2 樹脂洗脫率的計(jì)算

定量吸附了梔子黃色素的樹脂，用洗脫劑進(jìn)行洗脫，測(cè)定洗脫液中A440nm，計(jì)算總A440nm（總A440nm=A440nm×體積數(shù)），然后計(jì)算洗脫率，計(jì)算公式如下：

式中：總A440nm（吸附前） ——樹脂已吸附的梔子黃色素量。

1.5.3 梔子黃色素色價(jià)和OD 值的測(cè)定[8]

式中：E1%1cm——采用1 cm 的比色皿，λ=440 nm，1%

梔子黃色素溶液質(zhì)量濃度時(shí)的色價(jià)；

A——梔子黃色素溶液的A440nm值；

V——梔子黃色素溶液的體積，mL；

m——梔子黃色素質(zhì)量，g。

OD 比值為238 nm 和440 nm 處吸光度的比值。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)吸附試驗(yàn)篩選合適樹脂

不同型號(hào)的大孔吸附樹脂對(duì)同一種物質(zhì)具有不同的吸附性能，通過測(cè)定各樹脂對(duì)梔子黃色素的靜態(tài)吸附率，考查樹脂對(duì)黃色素的吸附容量，從而選擇合適的樹脂進(jìn)行色素分離[9]。按照1.4.3 方法進(jìn)行試驗(yàn)。

不同吸附樹脂對(duì)梔子黃色素的吸附率見圖1。

圖1 不同吸附樹脂對(duì)梔子黃色素的吸附率

由圖1 可知，HPD100 型樹脂對(duì)梔子黃色素的吸附率最佳，后續(xù)試驗(yàn)選擇HPD100 型樹脂。

2.2 不同流速對(duì)樹脂動(dòng)態(tài)吸附的影響

按照方法1.4.4 進(jìn)行試驗(yàn)。

流速對(duì)樹脂吸附效果的影響見圖2。

圖2 流速對(duì)樹脂吸附效果的影響

由圖2 可知，當(dāng)進(jìn)樣速度為1.0 mL/min 時(shí)，吸附效果最佳，吸附率達(dá)到最大；當(dāng)速度大于1.0 mL/min時(shí)，樹脂對(duì)梔子黃色素的吸附率逐漸下降；流速大于2.0 mL/min 后，吸附率下降明顯。同時(shí)， 在實(shí)際生產(chǎn)過程中，流速還影響到生產(chǎn)效率的高低，且流速過小時(shí)，吸附時(shí)間延長，樹脂壽命容易降低，樹脂再生難度增大。因此，選擇進(jìn)樣流速為1.5 mL/min。

2.3 提取液中梔子黃色素質(zhì)量濃度對(duì)動(dòng)態(tài)吸附的影響

將處理好的樹脂按一定量進(jìn)行裝柱，將不同質(zhì)量濃度的梔子黃色素粗提液，以1.5 mL/min 流速上柱吸附，飽和吸附后，測(cè)定樹脂的吸附率，考查不同質(zhì)量濃度梔子黃色素粗提液對(duì)吸附率的影響。

不同梔子黃色素質(zhì)量濃度對(duì)樹脂吸附效果的影響見圖3。

圖3 不同梔子黃色素質(zhì)量濃度對(duì)樹脂吸附效果的影響

由圖3 可知，梔子黃色素原液中梔子黃色素的A440nm達(dá)到11.190 時(shí)，吸附率最大；當(dāng)大于11.190時(shí)，吸附率依次下降。因此，選擇梔子黃色素A440nm為11 的溶液為上柱溶液。

2.4 不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對(duì)梔子黃色素洗脫的影響

HPD-400 樹脂在吸附梔子黃色素的同時(shí)，也會(huì)吸附一定量的梔子苷和綠原酸。因此，先用蒸餾水對(duì)吸附飽和的樹脂進(jìn)行沖洗，將未吸附的梔子黃色素溶液和其他雜質(zhì)除凈，然后用不同體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液進(jìn)行洗脫。

不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對(duì)梔子黃色素洗脫的影響見圖4。

圖4 不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對(duì)梔子黃色素洗脫的影響

由圖4 可知，蒸餾水和低于40%乙醇溶液對(duì)梔子黃色素的洗脫率低，可作為去除其他雜質(zhì)的洗脫劑。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于50%時(shí)，梔子黃色素解析率處于上升趨勢(shì)；乙醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到80%時(shí)，吸附率達(dá)到最大，解析效果最好；乙醇體積分?jǐn)?shù)大于80%后，引起樹脂孔隙縮小，其他物質(zhì)也同時(shí)被解析出來，洗脫效率開始降低，洗脫效果變差。因此，采用體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液作為洗脫溶液。

2.5 洗脫速度對(duì)梔子黃色素洗脫的影響

以體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇作為洗脫劑，洗脫速度分別為0.5，1.5，2.0，2.5 mL/min。以6 mL /管進(jìn)行洗脫液收集，測(cè)定A440nm吸光度，根據(jù)公式（2）計(jì)算洗脫率。

不同洗脫速度對(duì)梔子黃色素洗脫的影響見圖5。

圖5 不同洗脫速度對(duì)梔子黃色素洗脫的影響

由圖5 可知，洗脫流速在0.5 mL/min 時(shí)，洗脫率最大，當(dāng)流速增大時(shí)，洗脫率逐漸下降，這是因?yàn)榱魉僭龃?，洗脫劑與樹脂和梔子黃色素作用的時(shí)間降低，考慮到生產(chǎn)效率。因此，選擇流速1.0 作為洗脫流速。

2.6 HPD100 型樹脂對(duì)梔子黃色素的分離純化效果

梔子果實(shí)中除含有大量的黃色素外，還含有梔子苷、綠原酸等成分，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，與食品中的蛋白質(zhì)等成分作用，容易發(fā)生綠變現(xiàn)象，影響產(chǎn)品質(zhì)量。利用試驗(yàn)分離條件對(duì)梔子黃色素粗提液進(jìn)行純化，經(jīng)純化后所得的梔子黃色素OD238/440比值由1.86 降到0.27，色價(jià)達(dá)到510。初步測(cè)定，經(jīng)純化后的梔子黃色素，能避免綠變現(xiàn)象的發(fā)生。

3 結(jié)論

結(jié)果表明，HPD-400 型大孔吸附樹脂對(duì)梔子黃色素吸附率高、容易從樹脂上解析，可作為梔子黃色素的精制樹脂。最佳柱純化條件為洗脫流速1.0 mL/min，洗脫劑乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，經(jīng)純化后所得黃色素OD238/440比值由1.86 降到0.27，色價(jià)達(dá)到510。該方法確立了純化梔子黃色素的大孔吸附樹脂方法，得到的梔子黃色素色價(jià)高，OD 比值低，是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的純化方法。