劉曉麗，吳克剛，柴向華，于鴻鵬

（廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院食品與生物工程系，廣東 廣州 510006）

大孔樹脂對海帶多酚的吸附研究

劉曉麗，吳克剛，柴向華，于鴻鵬

（廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)院食品與生物工程系，廣東 廣州 510006）

以海帶總多酚的含量為指標(biāo)，通過靜態(tài)吸附與解吸試驗對5種大孔樹脂進行篩選，XDA-1大孔吸附樹脂表現(xiàn)出較好的吸附性能與解吸效果。通過單因素試驗，確定XDA-1樹脂的較佳動態(tài)吸附條件為海帶多酚液濃度5mg/mL，上樣流速1.0 mL/min，較佳洗脫條件為乙醇濃度80%（體積分?jǐn)?shù)），洗脫速度1.0 mL/min，洗脫體積10 BV，可得到純度為80.5%的海帶多酚。XDA-1型大孔吸附樹脂對海帶多酚具有良好的富集作用，適于海帶多酚的分離純化。

海帶多酚；大孔吸附樹脂；純化

海帶（Laminaria Japomica Aresch）是一種重要的經(jīng)濟海藻，在我國分布廣泛，其海產(chǎn)量和養(yǎng)殖產(chǎn)量居亞洲之最[1]。海帶多酚（kelp polyphenol，KP）作為一類重要的褐藻多酚化合物（phlorotannins），是海帶次級代謝產(chǎn)生的以間苯三酚為結(jié)構(gòu)單元的聚合物。褐藻多酚具有較好的抗氧化和抑菌作用，作為天然食品添加劑中的抗氧化劑、防腐劑等方面具有重要的意義[2-3]。此外，褐藻多酚還具有抗腫瘤、抗病毒、化學(xué)防御、除臭等活性。近年來，隨著對褐藻多酚研究的深入，其獨特的生物活性和醫(yī)藥價值日益受到人們的關(guān)注[4]。初步提取的海帶多酚提取物中多酚物質(zhì)含量較低，需要進一步純化。在各種分離純化方法中，大孔吸附樹脂具有性質(zhì)穩(wěn)定、選擇性強、處理量大、再生方便等優(yōu)點，在天然產(chǎn)物工業(yè)化提取分離中有廣泛的應(yīng)用[5]。本試驗以多酚吸附量和解吸率為指標(biāo)，對5種常用的大孔吸附樹脂進行篩選，并研究樹脂對海帶多酚的動態(tài)吸附特性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海帶多酚提取液：采用料液比[海帶勻漿∶乙醇，(g/mL)]1∶8，乙醇體積分?jǐn)?shù)80%，浸提溫度70℃，浸提時間4h，浸提次數(shù)2次，35℃下濃縮至無醇并進行冷凍干燥。經(jīng)測定，其中海帶多酚的干基含量（純度）為36.4%。

XDA-1（極性）、LSA-10（中極性）大孔樹脂：西安藍(lán)曉交換吸附材料有限責(zé)任公司；H103（非極性）、S-8（極性）、AB-8（弱極性）大孔樹脂：南開大學(xué)化工廠。

沒食子酸丙酯：上海生化試劑二廠；其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器

UV-2100紫外可見光分光光度計：上海尤尼柯儀器有限公司；HY-2恒溫水浴搖床：江蘇金壇市宏華儀器廠；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠；ALPHA1-4冷凍干燥機：德國CHRIST公司。

1.3 方法

1.3.1 總多酚含量測定

采用Folin-Ciocalteu法測定[6]，取樣品溶液1 mL，加入5 mLFolin-ciocalteu試劑，搖勻后再加入15 mL 20%的NaCO3溶液，反應(yīng)2 h。在700 nm波長處測定樣品溶液吸光度。以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品，測得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：Y=0.0013X－0.0022，R2=0.9994。式中:X 為沒食子酸濃度，（μg/mL）；Y為吸光度。

1.3.2 大孔吸附樹脂的預(yù)處理

將樹脂用無水乙醇室溫下密封浸泡24 h，水洗后用5%（體積分?jǐn)?shù)）鹽酸溶液浸泡8 h，水洗至中性，再用5%NaOH溶液浸泡8 h，用水洗至中性備用。

1.3.3 大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附量及解吸率測定

將粗海帶多酚濃縮液稀釋至海帶多酚含量為5 mg/mL的溶液。稱取經(jīng)過預(yù)處理的5種吸附樹脂各1 g置于100 mL三角瓶中，各加50 mL海帶多酚溶液，水浴搖床30℃下振搖吸附24 h后過濾，測定濾液中的海帶多酚含量。再各用100 mL 80%（體積分?jǐn)?shù)）乙醇，水浴搖床30℃下振搖解吸24 h后過濾，分別測定濾液及洗脫液中海帶多酚總量和純度，按下式計算各樹脂吸附量及解吸率：

式中：Q 為樹脂吸附量，（mg/g）；C0為海帶多酚初始濃度，（mg/mL）；C1為濾液中海帶多酚的濃度，（mg/mL）；V1為濾液體積，mL；C2為洗脫液海帶多酚濃度，（mg/mL）；V2為洗脫液體積，mL；W 為大孔樹脂濕重，g；ξ為解吸率，%。

1.3.4 大孔吸附樹脂靜態(tài)動力學(xué)特性測定

按照1.3.3的方法測定樹脂在t時刻（t=1 h～12 h）時的吸附量Q(mg/g)，以Q對t做圖，得樹脂對海帶多酚的吸附動力學(xué)曲線。

1.3.5 大孔吸附樹脂吸附等溫曲線的測定

稱取各型號樹脂0.5 g，加入不同濃度的海帶多酚水溶液20 mL，置水浴搖床，30℃振蕩24 h后測定水溶液中海帶多酚含量，計算吸附量，以吸附平衡后水溶液中海帶多酚濃度為橫坐標(biāo)、此時樹脂吸附量為縱坐標(biāo)繪制各樹脂對海帶多酚的吸附等溫線。

1.3.6 大孔樹脂對海帶多酚的動態(tài)吸附

取一定量預(yù)處理過的大孔樹脂，濕法裝入1.6 cm×60 cm玻璃柱，其中樹脂裝填高度50 cm，樹脂體積100 mL。粗海帶多酚提取物5 g，配制成濃度為50 mg/mL的水溶液，平衡后以l mL/min流速上樣，待吸附飽和后以一定體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液洗脫，收集各流出液，測定其中海帶多酚的含量、回收率和純度。

2 結(jié)果與分析

2.1 大孔吸附樹脂的篩選

2.1.1 不同樹脂對海帶多酚的吸附與解吸性能

5種不同樹脂對海帶多酚的靜態(tài)吸附與解析結(jié)果見表1。

表1 不同大孔樹脂對海帶多酚的靜態(tài)吸附性能Table1 Absorbend ability of 5 types of macroporous absorbent resin

由表 1 可見，XDA-1、LSA-10、S-8、AB-8 樹脂對海帶多酚有較強的吸附能力，H103的吸附能力相對較小。S-8樹脂雖然比表面積較小，但由于其極性很強而且孔徑較大，對海帶多酚甚至雜質(zhì)均具有很強的吸附能力。從解吸效果及產(chǎn)物純度來看，S-8樹脂的洗脫液中，海帶多酚的純度雖然很高，但海帶多酚解吸率很低，說明海帶多酚被S-8樹脂吸附后很難洗脫，不適于海帶多酚的分離。AB-8樹脂的吸附量比較大，解吸率也能在80%以上，但其產(chǎn)物純度不高。LSA-10、XDA-1樹脂對海帶多酚的選擇性較強，而且解吸較容易，解吸率接近90%，海帶多酚純度也比較理想，因此進一步研究這2種樹脂對海帶多酚的吸附特性。

2.1.2 大孔吸附樹脂吸附動力學(xué)研究

在有充分時間吸附的情況下，有些樹脂可能有相近的飽和吸附量，但各樹脂理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)不同，其吸附動力學(xué)過程各異。兩種大孔樹脂對海帶多酚的靜態(tài)吸附曲線見圖1，由圖1可以看出，XDA-1和LSA-10在0～2 h內(nèi)的吸附速率較快，隨著時間增加吸附速率急劇下降，然后緩慢趨向飽和，4 h后吸附已經(jīng)進入相對平衡的狀態(tài)。XDA-1樹脂的吸附量也在4 h后發(fā)生吸附平衡，平衡時的吸附量高于LSA-10。

2.1.3 大孔吸附樹脂吸附等溫曲線

兩種大孔樹脂對海帶多酚的吸附等溫線見圖2。

由圖2可以看出，一定范圍內(nèi)樹脂對海帶多酚的平衡吸附量隨著樣液中海帶多酚濃度的增加而增加，吸附等溫線的初始階段幾乎呈線性的，表明低濃度海帶多酚可以在樹脂中高度擴散，溶液中的其他成分不會對樹脂有效吸附位點產(chǎn)生強的競爭效應(yīng)[7]。由于海帶多酚在大孔樹脂上可以進行吸附和洗脫是可逆行為，其發(fā)生的吸附是以范德華引力為基礎(chǔ)的物理吸附，以樹脂對海帶多酚的吸附等溫線擬合固體表面的吸附模型：Langmuir吸附等溫式及Freundlich吸附經(jīng)驗公式[8]進行探索。

Freundlich吸附經(jīng)驗公式：Qe=KFCen即：lnQe=nlnCe+lnKF

式中：Qe為平衡吸附量，（mg/g）；Ce為平衡濃度，（mg/mL）；Qm為飽和吸附量，（mg/g）；KL為結(jié)合常數(shù)，（mL/mg）；KF，n 為等溫吸附特征常數(shù)，KL可以評價吸附量的大小，n則可描述等溫線的變化趨勢[8]。將圖2的相關(guān)數(shù)據(jù)用Langmuir方程和Freundlich線性方程擬合，分別得到相應(yīng)各回歸方程及其參數(shù)見表2。

表2 等溫線擬合Langmuir及Freundlich方程的參數(shù)Table2 Regression Equation and Model Parameters of Langmuir and Freundlich

從表2的線性回歸結(jié)果可以看出海帶多酚在XDA-1和LSA-10樹脂上的吸附符合Langmuir方程和Freundlich方程（二者相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.95以上）。根據(jù)Langmuir等溫吸附模型的假定，可以認(rèn)為在所研究的濃度范圍內(nèi)各樹脂對海帶多酚的吸附為單層吸附。XDA-1樹脂的Freundlich模型的等溫吸附特征常數(shù)n值介于0.1～0.5之間，為“優(yōu)惠吸附”[9]，說明海帶多酚在XDA-1樹脂上的吸附更容易實現(xiàn)。同時，由Langmuir等溫方程常數(shù)可以看出XDA-1樹脂具有較高的最大吸附量，與靜態(tài)吸附的結(jié)果相一致。因此選用XDA-1樹脂進行下一步的試驗。

2.2 XDA-1樹脂的靜態(tài)吸附解析研究

2.2.1 樣品濃度對樹脂吸附量的影響

樣品濃度對海帶多酚吸附量的影響見圖3。

由圖3可見，在多酚濃度較低的條件下，隨著濃度的提高，多酚的吸附量也隨著增加，但是隨著料液濃度的提高，尤其是樣液濃度超過5 mg/mL后，吸附量卻隨著樣液濃度的增加而減少，這可能是因為在多酚溶液濃度較低時，增加試液濃度，可以增加多酚分子與樹脂的接觸，加速多酚進入樹脂內(nèi)部并迅速擴散，而當(dāng)試液濃度增加至一定量后，繼續(xù)升高濃度，樹脂接觸表面多酚分子過多，阻礙其他多酚分子進入樹脂內(nèi)部，影響多酚分子在樹脂內(nèi)部的擴散，導(dǎo)致樹脂吸附量有所下降[9]。同時，濃度增加，試液中能與多酚競爭吸附的雜質(zhì)也會增加，因此，樣液濃度控制在5 mg/mL左右為宜。

2.2.2 解吸劑的選擇

為盡可能提高海帶多酚的回收率，通常選用解吸率較高的溶劑作為解吸劑，考慮到海帶多酚一般要應(yīng)用在食品及醫(yī)藥行業(yè)中，因此選用乙醇作為解吸劑，考察乙醇濃度對解吸率的影響，見圖4。

結(jié)果如圖4所示，隨著乙醇濃度增加，解析率先升高后下降。當(dāng)乙醇濃度為80%（體積分?jǐn)?shù)）時，解吸率達(dá)到最大，為90.8%。因此，選用80%乙醇溶液對海帶多酚進行洗脫。

2.3 XDA-1大孔樹脂對海帶多酚的動態(tài)吸附研究

2.3.1 上樣速度對樹脂吸附量的影響

上樣速度對海帶多酚動態(tài)吸附量的影響見圖5。

由圖5可知，隨著上料液流速的增加，多酚物質(zhì)的吸附量降低，這是由于當(dāng)上樣液流速過大時，多酚物質(zhì)還未擴散到樹脂的內(nèi)表面，就被沖出柱子，從而造成吸附量快速下降。雖然低流速對吸附有利，但流速過低又會影響到生產(chǎn)效率，使生產(chǎn)周期延長，提高生產(chǎn)的成本。綜合考慮，上料液流速以1.0 mL/min較為適宜。

2.3.2 動態(tài)洗脫曲線

吸附飽和的XDA-1樹脂，用少量水洗去吸附的可溶性糖類，再用10 BV（柱體積）的80%(體積分?jǐn)?shù))的乙醇洗脫，洗脫速度為1.0 mL/min，測定室溫下乙醇溶液對樹脂吸附的多酚物質(zhì)的動態(tài)洗脫效果，洗脫曲線見圖6。

由圖6可以看出，動態(tài)條件下XDA-1樹脂上吸附的多酚物質(zhì)極易洗脫，只用很少量的洗脫劑即可使樹脂柱上吸附的多酚物質(zhì)洗脫下來。多酚物質(zhì)的洗脫高峰也相對比較集中，當(dāng)洗脫體積為25 mL～65 mL時，洗脫液中的海帶多酚含量較高。合并多酚含量較高的試管測定回收率達(dá)到84.7%。合并的多酚洗脫液濃縮后，冷凍干燥，測得海帶多酚的干基含量 (純度)為80.5%。

3 結(jié)論

1）對5種大孔吸附樹脂的靜態(tài)吸附和解吸效果進行了比較和篩選，得出XDA-1樹脂對海帶多酚的吸附量較大、解吸率高、選擇性好。

2）當(dāng)多酚液濃度為5 mg/mL，上樣流速1.0 mL/min時，XDA-1樹脂對海帶多酚的吸附量較大。

3）80%（體積分?jǐn)?shù)）乙醇溶液作為解吸劑時，解吸率可達(dá)到90.8%。動態(tài)吸附時，洗脫速度為1.0 mL/min，海帶多酚的動態(tài)吸附回收率達(dá)到84.7%，且洗脫峰集中，對稱性好，無明顯拖尾現(xiàn)象。

4）XDA-1型大孔吸附樹脂對海帶多酚具有良好的富集作用，適于海帶多酚的分離純化，純化后可得到純度為80.5%的海帶多酚。

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Adsorption of Polyphenols from Laminaria Japomica by Macropous Absorbent Resins

LIU Xiao-li,WU Ke-gang,CHAI Xiang-hua,YU Hong-peng
（Department of Food Science and Bioengineering，F(xiàn)aculty of Chemical Engineering and Light Industry，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，Guangdong，China）

Taking the contents of total polyphenol as index,static adsorption and desorption experiments were carried out to screen the suitable resin from 5 types of macroporous absorbent resin for kelp polyphenol（KP）.Results indicated that macroporous resin XDA-1 possessed the strongest absorbend ability and easier desorption property,which is a better candidate for KP purificating.Through single factor experiments,the optimum adsorption conditions of macroporous resin XDA-1 were concentration of feed 5 mg/mL,feeding rate 1.0 mL/min,and the optimum desorption conditions were elute-ethanol concentration 80%,elution rate 1.0 mL/min,elute volume 10 BV.Under the conditions,80.5%the purification of KP was obtained.The results showed,the purity of the KP was effectively improved by macroporous resins XDA-1.

kelp polyphenol;macroporous absorbent resin;purification

廣東省科技計劃農(nóng)業(yè)攻關(guān)項目（2007A02030008－2）；廣東工業(yè)大學(xué)博士啟動基金（083056）

劉曉麗（1977—），女（漢），講師，博士，研究方向：食品添加劑與食品保鮮。

2009-08-26