大孔树脂吸附分离黑胡萝卜红色素的研究

大孔树脂吸附分离黑胡萝卜红色素的研究

赵昕1，于一帆1，苏婉莹1，阿米娜·艾尔肯1，武敏1，常秀莲1，*，展亚莉2

（1.烟台大学生命科学学院，山东烟台264005；2.青岛鹏远康华天然产物有限公司，山东莱西266612）

摘要：采用酸性水溶液浸提法提取黑胡萝卜红色素。用6种大孔树脂（LS-610B、BM3、D101、LSA-40、AB-8、LSA-305）对粗提液进行初步分离纯化，预选出两种（LS-610B、BM3）吸附性能较好的树脂，进行了黑胡萝卜红色素的吸附

等温线和静态吸附/解吸动力学实验研究。研究结果表明，树脂吸附的最适宜的料液pH值为2.0；LS-610B树脂适合Langmuir模型和Freundlich模型拟合，相关系数分别为0.9799和0.9740；BM3树脂更适合Langmuir模型拟合，相关

系数为0.9662，属于单分子层吸附机理；这两种树脂的吸附过程特征都能用拟一阶动力学模型能很好地描述，主要因素是内外膜扩散影响吸附的；最佳解吸条件为65%乙醇水溶液（含0.3%的柠檬酸）。关键词：大孔树脂；黑胡萝卜红色素；吸附；解吸；分离纯化

StudyonAdsorptionandSeparationofRedColorfromDaucuscarotaL.byMacroporousResinsZHAOXin1，YUYi-fan1，SUWan-ying1，ERKENA-mina1，WUMin1，CHANGXiu-lian1，*，ZHANYa-li2

（1.SchoolofLifeSciences，YantaiUniversity，Yantai264005，Shandong，China；2.QingdaoPengyuanKanghuaNaturalProductsCo.，Ltd.，Laixi266612，Shandong，China）

粤遭泽贼则葬糟贼：Acidicaqueoussolutionwasusedastheextractantfortheextractionofredcolorfromblackcarrot.Adsorptionofblackcarrotredcolorontosixmacroporousresins（LS-610B，BM3，D101，LSA-40，AB-8，LSA-305）wasscreenedtodevelopapotentialapproachforlarge-scaleproductionofblackcarrotredcolor，andtwo

promisingresins（LS-610B，BM3）wereselectedforthefollowingstaticanddynamicadsorption/desorptionex原periments.ResultsshowedthattheoptimaladsorptionpHoftheextractedsolutionwas2.0，theadsorptiondata

ofresinLS-610BcouldbewellfittedbothbyLangmuirandFreundlichequations，withcorrelatedcoefficientof0.9799and0.9740，respectively.TheadsorptiondataofresinBM3couldbebetterfittedbyLangmuirequa原

tion，withcorrelatedcoefficientof0.9662，exhibitingmono-layeradsorptionmechanism，andthempseudo

first-ordermodelcoulddescribethedynamicmodelbetterforthetworesins，internalandexternaldiffusioncontrollingtheadsorptionrate.Theoptimaldesorptionconditionwas65%ethanolaqueoussolutioncontaining

0.3%citricacid.

运藻赠憎燥则凿泽：macroporousresin；blackcarrotredcolor；adsorption；desorption；separationandpurification食品研究与开发云oodResearchAndDevelopment圆园17年12月第38卷第23期

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2017.23.007

基金项目：国家级星火计划项目（2014GA741008）；烟台大学研究生科技创新基金（YDYB1716）；烟台大学开放实验室作者简介：赵昕（1991—），女（汉），硕士研究生，研究方向：天然产物的分离提取。*通信作者胡萝卜是现在大众所经常食用的主要农作物之

一，虽然黑胡萝卜（DaucuscarotaL.）属于胡萝卜的一个特殊品种，但是对它的了解却是很少，实际上黑胡

萝卜的种植历史要远远早于胡萝卜。黑胡萝卜的外观

为紫黑色，因其所能提供的红色素在粉红色到红色范

围内为相关的食品饮料提供相应的天然色素而被广泛研究[1]，同时红色素中富含花青素[2]，花青素一般在

自然状态下以花色苷的形式存在，主要为槐糖或矢车菊-3-葡萄糖。花青素具有一系列的生物活性，包括抗

氧化[3]、抗炎[4-5]、抗肿瘤[6]、抗突变[7]、化学预防[8]、琢-葡萄糖苷酶抑制性[9]等。此外，花青素类天然色素还能有效

调节动脉保护机制，从而降低冠心病发病风险[10]，防止血小板聚集病发生[11]，以及增强人体免疫功能等[12]。大

量研究已经证明花青素以及其他黄酮类物质具有突

出的药理活性以及安全性，但是由于其种类繁多，结构复杂，性质不稳定，而且对其制备工艺尚不成熟，目

前仍未被用作临床治疗药物。吕晓玲等[13]研究利用荧分离提取38光化学发光法测定色素对DPPH·以及O2-、·OH和H2O2等活性氧自由基的较强清除作用。因此也可推断

黑胡萝卜色素中含有具有抗氧化、预防心脑血管疾病

和高血压等功效的活性成分。

黑胡萝卜中花青素是一种水溶性色素，工业上水

溶性色素常用的分离纯化方法一般采用大孔树脂吸附法[14]，该方法的主要优点有成本低，树脂再生容易，

产品纯度高并且容易去除色素中的糖类等易吸湿成

分，从而增加产品稳定性。柠檬酸的酸性能对黑胡萝卜中含有的花青素起到保护作用，因此在洗脱时采用

工业上常用的柠檬酸乙醇溶液进行洗脱。本研究中，

根据生产企业的实践结果，同时参照实验室对多种色

素的吸附经验[15-17]，选择来自不同厂家的6种大孔树脂，以筛选出最佳树脂并利用最佳树脂开发一个简单

而有效的初步分离纯化黑胡萝卜花青素的工艺过程。

1材料和方法1.1试验仪器

HY-6双层振荡器：中外合资深圳天南海北有限公

司；pH211酸度计：意大利哈纳公司；752S紫外可见分

光光度计：上海棱光技术有限公司；TDL-60B低速大容量离心机：长沙湘智离心机仪器有限公司；AR1530分

析天平：奥豪斯国际贸易（上海）有限公司；RE-52A旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂。1.2试验材料

黑胡萝卜：青岛鹏远康华天然产物有限公司；树脂LS-610B、LS-305：陕西蓝深特种树脂有限公司；BM3：

山东鲁抗立科药物化学有限公司；D101、LSA-40：西安

蓝晓科技新材料股份有限公司；AB-8：天津南开大学

化工厂；试剂均为分析纯。1.3试验方法1.3.1黑胡萝卜色素提取液的制备

将黑胡萝卜切成1mm左右薄片，加入0.2%的稀盐酸溶液，按一定的料液比（根据起始浓度的要求），

在常温避光的条件下浸提两次（每次24h），去渣，合并

两次浸提的滤液在4000r/min下离心15min得黑胡萝卜色素提取液，用分光光度法测定其色素含量。1.3.2树脂的预处理

取适量大孔吸附树脂，用3倍体积的95%乙醇浸

泡24h后，用蒸馏水反复清洗至无乙醇味，然后用3倍体积1mol/L的NaOH溶液浸泡3h，用蒸馏水反复清

洗至中性，再用3倍体积1mol/L的HCl溶液浸泡3h，

用蒸馏水反复清洗至中性。

处理完后的树脂用滤纸吸干表面水分至无水印，用密度瓶测定湿树脂的密度（在试验过程中使用树脂

时，将相应的体积转化成质量来称量），最后密封保存

至塑料袋中，备用。1.3.3大孔树脂的预选

对6种树脂（LS-610B、BM3、D101、LSA-40、AB-8、LSA-305）进行预选，主要是初步评估其吸附能力和

解吸率。1.3.3.1树脂的吸附能力

一定质量的树脂（相当于1.5mL的湿树脂）和100mLpH2.0的料液加入到250mL三角瓶中，在20益，

120r/min摇床上吸附24h，然后测其520nm和700nm

的吸光度，计算花青素的含量以及吸附量。

黑胡萝卜中的红色素属于花色苷类，对花色苷总

量的测定[18]采用美国化学工程师协会（AOAC）的方法。

总花色苷/（mg/L）=A伊M伊D伊10001伊着（1）

式中：吸光度A为（A520-A700）pH1.0-（A520-A700）pH4.5；M为表示摩尔质量，以矢车菊-3-葡萄糖苷为基准，449.2g/mol；D为待测样品的稀释倍数；1为表示光路

长，cm，测试时采用1cm光路长的比色皿；着为表示矢

车菊-3-葡萄糖苷的摩尔消光系数，260900L/（mol·cm）；1000表示g转换成mg的系数。

树脂的吸附量qe/（mg/mL）=（C0-Ce）V伊V0（2）

式中：C0为黑胡萝卜中色素初始含量，mg/L；Ce为

平衡液相中黑胡萝卜色素含量，mg/L；V0为料液的体

积，L；V为湿树脂堆积体积，mL。1.3.3.2树脂的解吸能力

采用200目筛网过滤树脂，然后用水清洗树脂，再

加入65%乙醇水溶液（含0.3%的柠檬酸），于20益，120r/min的摇床解吸3h，最后测其520nm和700nm

的吸光度，计算其解吸率。

树脂解吸黑胡萝卜中的色素，解吸率D：

D/%=Cd伊Vd（C0-Ce）伊V0伊100（3）

式中：Cd为解吸液中色素含量，mg/L；Vd为解吸液

的体积，L；其他符号含义同公式（2）。1.3.4不同条件对大孔树脂的吸附试验的影响

将100mL一定pH值的料液与一定质量的湿树

脂（相当于1.5mL的湿树脂）加入到250mL的三角瓶

中，于20益，120r/min的摇床上吸附一定的时间，再用

分光光度法测定吸附量。1.3.5不同条件对大孔树脂解吸试验的影响

吸附完毕的树脂，用滤网过滤并用水冲洗，加入赵昕，等：大孔树脂吸附分离黑胡萝卜红色素的研究分离提取39