李云志，金志峰

（安徽中醫(yī)藥大學藥學院，安徽合肥230045）

隨著生活水平的提高，人們對飲食的要求也逐漸提高，富有營養(yǎng)、保健作用和色香味俱全的食品成為大家的首選。色素是一類重要的食品添加劑，可以達到改善食品的色澤，增進食品感官性質(zhì)的作用。目前，在食品工業(yè)上廣泛使用的色素主要分為天然色素和人工合成色素兩類。天然色素來自于自然界，除了具有基本的著色作用以外，很多還具有一定的生理活性[1-2]。因此，從自然界中獲取天然色素已成為食用色素發(fā)展的必然趨勢[3-4]。

西蘭花，屬十字花科蕓苔屬甘藍變種，又名綠菜花、青花菜，營養(yǎng)豐富，被譽為“蔬菜皇冠”。其食用部分為綠色幼嫩花莖和花蕾，不僅含有蛋白質(zhì)、糖、脂肪、維生素和胡蘿卜素等常見的營養(yǎng)成分，而且還含有一定量類黃酮物質(zhì)[5]。類黃酮是一類植物色素，具有多樣的生理活性，如抗氧化、抗炎、抗腫瘤、保肝等作用，可以作為食品、化妝品的天然添加劑[6]。因此，利用西蘭花提取食用色素，對食品資源的綜合開發(fā)利用，新型食用色素的研發(fā)具有重要意義。大孔樹脂是一類不帶離子交換基團的多孔型交聯(lián)聚合物，近年來廣泛應(yīng)用于天然活性成分的純化研究，并取得了較好的效果[7-14]。因此，本實驗擬采用大孔樹脂研究西蘭花色素的純化工藝，為其開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

西蘭花 市購；95%乙醇 為國產(chǎn)分析純；AB-8、DM-130、D1300、NKA-9、HPD-300型大孔吸附樹脂 安徽三星樹脂公司。

722型紫外可見分光光度計 上海菁華科技有限公司；BSA2201-CW型電子天平 賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；SHZ-D型循環(huán)水式真空泵 鞏義市英山谷予華儀器廠；DZF-6090型真空干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；RE-52AA型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 無錫沃信儀器有限公司；DKZ-2B型電熱恒溫振蕩水槽 上海恒勤科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大孔樹脂預(yù)處理 大孔樹脂裝柱，用95%乙醇浸泡24h，再用95%乙醇以2BV/h的流速（1BV為一個樹脂床體積）通過樹脂層，洗至流出液加蒸餾水不呈白色渾濁為止，再用去離子水洗至pH為中性。

1.2.2 西蘭花粗色素制備及定性鑒別 稱取500g的西蘭花，除雜、研磨破碎，按1g∶5m L的比例加入60%的乙醇溶液，滴加鹽酸，調(diào)節(jié)pH 3.0，40℃水浴2h，抽濾，40℃下減壓濃縮濾液得到浸膏，最后真空干燥得到粗色素。然后采用經(jīng)典的鹽酸-鎂粉實驗對提取物進行定性鑒別，以確定其是否為黃酮類化合物[15]。

1.2.3 色素色價的測定方法[4]準確稱取色素1g，用pH 3.0的檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液稀釋至1000m L，配制成色素原液；吸取10m L原液，用緩沖液稀釋至100m L，測定最大吸收波長，并在最大吸收波長處測定其Abs值，用式（1）計算色價。

式中，S：總色價（A/g）；A：吸光度；W：原料質(zhì)量（g）；V1：提取液體積（m L）；V2：取樣體積（m L）；n：取樣稀釋倍數(shù)。

1.2.4 靜態(tài)吸附

1.2.4.1 吸附率和解析率的計算 用濾紙吸干預(yù)處理后的大孔樹脂，準確稱取各0.5g，加入具塞三角瓶；稱取0.5g色素，用檸檬酸-磷酸氫二鈉緩沖液（pH3.0）1000m L配制成溶液，測定吸光度A0；各取50m L色素溶液加入裝有大孔樹脂的三角瓶，置于恒溫振蕩器振蕩24h（30℃，150r/m in），過濾，測定濾液的吸光度A1；過濾后的吸附色素的大孔樹脂，分別加入50m L 90%乙醇，置30℃和150r/m in恒溫振蕩器中振蕩24h，過濾，測定濾液中色素的吸光度（A2），按下式計算解吸率。

以吸附率與解析率為指標，選取吸附率與解析率高的大孔樹脂進行下述工藝參數(shù)研究。

1.2.4.2 pH對大孔樹脂吸附的影響 量取上述色素原液6份，每份50m L，調(diào)節(jié)pH分別為2.2、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0；準確稱取6份選定的大孔樹脂，每份0.5g，分別加入色素溶液，30℃150r/m in振蕩60m in，過濾，測濾液吸光度，計算吸附率。

1.2.4.3 靜態(tài)吸附動力學研究 準確稱取預(yù)處理后的大孔樹脂0.5g，置于具塞三角瓶中，加入50m L色素溶液，置50℃恒溫振蕩器，150r/m in振蕩，每隔10m in移取1m L溶液，用95%乙醇定容至5m L，測定吸光度，繪制靜態(tài)動力學曲線。

1.2.4.4 溫度對大孔樹脂吸附的影響 準確稱取6份大孔樹脂，每份0.5g，各加入色素溶液50m L，分別在20、30、40、50、60、70℃下恒溫振蕩70m in（150r/m in），每隔10m in測色素溶液在最大吸收波長處的吸光度，作吸附率隨時間的變化曲線。

1.2.4.5 解析液體積分數(shù)對大孔樹脂解吸的影響 稱取6份經(jīng)吸附飽和的AB-8大孔樹脂，每份0.5g，分別加入50m L體積分數(shù)為20%、35%、50%、65%、80%、95%的乙醇水溶液，在水浴振蕩器上振蕩（30℃，150r/m in）60min，過濾，測定濾液的吸光度。

1.2.5 大孔樹脂的動態(tài)吸附實驗 取上述選定的大孔樹脂10g，裝入直徑為1.2cm的層析柱，進行動態(tài)吸附與解析實驗，考察上樣液濃度、流速以及解析液流速對吸附與解析的影響。

1.2.5.1 上樣液濃度對吸附的影響 配制質(zhì)量濃度0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mg/m L，pH 4.0的色素溶液，以1.0m L/m in流速上樣，每5m L收集一次流分，測流出液吸光度。當流出液的吸光度達到上樣液的10%時，為泄露點，停止上樣，根據(jù)上樣液體積與濃度計算吸附率。

1.2.5.2 上樣液流速對吸附的影響 配制1.2.5.1最佳上樣液濃度、pH4.0的色素溶液，分別以0.5、1.0、2.0、3.0m L/m in流速流過樹脂，每5m L收集一次流分，測其吸光度。當流出液的吸光度達到上樣液的10%時，為泄露點，停止上樣，根據(jù)上樣液體積與濃度計算吸附率。

1.2.5.3 解吸液流速對解吸的影響 配制pH 4.0的色素溶液流經(jīng)樹脂直至達到飽和，然后用3BV蒸餾水洗柱，再以1.2.4.5確定的最佳濃度洗脫液分別在0.5、1.0、1.5、2.0、2.5m L/min流速下洗脫，5m L收集一管，測其吸光度，當吸光度為零時停止洗脫。

1.2.6 實際吸附解析實驗 以上述最佳參數(shù)上樣，每5m L收集一次流分，測吸光度，當流出液吸光度為上樣液吸光度的1/10時，停止上樣；然后以3BV的蒸餾水洗柱，再以1.2.4.5確定的洗脫液最佳濃度、以1.2.5.3確定的最佳流速及洗脫體積洗脫，合并洗脫液，真空濃縮，測定色價。

2 結(jié)果與分析

2.1 西蘭花色素的定性鑒別

采用經(jīng)典的鹽酸-鎂粉實驗測定所提取的色素是否為黃酮類化合物，結(jié)果顯示陽性反應(yīng)，因此所提取的成分為黃酮類化合物。

2.2 大孔樹脂靜態(tài)吸附實驗

2.2.1 西蘭花色素在不同大孔樹脂上的吸附及解吸率 實驗采用的5種樹脂對西蘭花色素的靜態(tài)吸附率和解析率如表1所示，結(jié)果顯示AB-8在5種大孔樹脂中吸附率最高，DM-130、D1300次之，HPD-300、NKA-9最低；AB-8的解析率在所研究樹脂中最高。因此，AB-8樹脂對西蘭花色素具有較好的選擇性，后續(xù)實驗以該樹脂為研究對象，考察其靜動態(tài)吸附與解析性能。

表1 色素在不同大孔樹脂上的吸附及解吸率Table1 Adsorption rate and deadsorption rate of differentmacroporous resin

2.2.2 pH對AB-8大孔樹脂吸附的影響 在pH分別為2.2、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0的條件下，AB-8大孔樹脂對西蘭花色素的吸附率如表2所示。結(jié)果顯示，pH= 4.0時AB-8樹脂對西蘭花色素的吸附率最高。

表2 不同pH條件下AB-8的吸附率Table2 Adsorption rate of AB-8 under different pH conditions

2.2.3 靜態(tài)吸附動力學特征曲線 靜態(tài)吸附動力學是樹脂的重要性能參數(shù)。由圖1可知，隨著時間的延長，AB-8樹脂吸附后色素溶液的吸光度呈現(xiàn)下降的趨勢，當吸附50m in以后，吸光度已基本沒有變化，表明在此時間點吸附劑已經(jīng)基本吸附飽和。

圖1 AB-8的靜態(tài)吸附動力學曲線Fig.1 Static adsorption curve of AB-8

2.2.4 溫度對吸附的影響 溫度對大孔樹脂的吸附有一定的影響。由圖2可知，在前40min，吸附率隨著溫度的升高而升高，在40min以后，隨著溫度的提高，60、70℃的吸附率反而不如50℃的吸附率，顯示溫度太高反而不利于吸附。綜合考慮，50℃為較為適宜的吸附溫度。

圖2 不同溫度條件下的吸附率Fig.2 Adsorption rate under different temperature conditions

2.2.5 解析液體積分數(shù)對解吸的影響 不同體積分數(shù)的解析液，其極性不同，對吸附在大孔樹脂上的有機物的解析能力不一樣，所以有必要考察解析液體積分數(shù)對解析的影響。實驗采用不同體積分數(shù)的乙醇（20%、35%、50%、65%、80%、95%）進行洗脫，結(jié)果如圖3所示。實驗顯示隨著乙醇體積分數(shù)的增加，AB-8大孔樹脂對西蘭花色素的解析率逐漸增高，但到80%時已基本不變，和95%基本持平，顯示西蘭花色素適宜于高濃度的乙醇洗脫。為節(jié)省成本，在洗脫時選擇80%體積分數(shù)的乙醇作為洗脫液較為適宜。

圖3 乙醇體積分數(shù)對解吸的影響Fig.3 Effectof concentration of ethanol on deadsorption

2.3 大孔樹脂的動態(tài)吸附

2.3.1 上樣液濃度對吸附的影響 上樣液濃度對吸附具有一定的影響，為考察上樣液濃度與吸附量的關(guān)系，取不同濃度的上樣液（0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0mg/m L）以達到泄露點為終點進行動態(tài)吸附研究。結(jié)果（圖4）顯示隨著上樣液濃度的增加，吸附量隨之增加，濃度在2.5mg/m L的上樣液的吸附量達到最大，但是進一步增高濃度后，吸附量反而有下降的趨勢，其原因是色素分子與樹脂之間的吸附需要一定的平衡時間，濃度太高，泄露點提前，反而不利于吸附。

圖4 上樣液濃度與吸附量的關(guān)系Fig.4 The relation between sample concentration and adsorption

2.3.2 上樣液流速對吸附的影響 上樣液的流速對吸附量有一定的影響，上樣液濃度一定，流速越快，泄露的越快。因此，有必要考察上樣液流速對吸附的影響，實驗取上樣液流速分別為0.5、1、2、3m L/m in，結(jié)果如圖5。由圖5可知，隨著進樣流速的增大，樹脂的吸附量降低。當流速為0.5m L/m in時，吸附量最大；當進樣流速為1.0m L/m in時，吸附量與流速為0.5m L/m in時相近?？紤]到流速低，生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。因此，進樣流速為1.0m L/m in較合適。

2.3.3 洗脫液流速對解吸的影響 為考察洗脫液流速對解析的影響，實驗采用不同流速的80%乙醇作為洗脫液進行洗脫，每5m L測定一次吸光度，結(jié)果如圖6所示。實驗顯示洗脫液流速1.0m L/m in時，流出液的吸光度最早達到最低，40m L體積（4BV）的洗脫液基本將色素洗脫完全。

圖5 上樣液流速對吸附的影響Fig.5 Effectof sample loading flow rate on adsorption

圖6 洗脫液流速對解吸的影響Fig.6 Effectof eluate flow rate on deadsorption

2.3.4 驗證實驗 根據(jù)上述實驗結(jié)果，選擇上樣液濃度2.5mg/m L、流速1.0m L/min、pH 4.0、溫度50℃上樣，達到漏點后，用3BV的去離子水洗柱，然后用80%的乙醇以1.0m L/m in的流速洗脫，洗脫液每5m L一管，洗脫4BV。在此參數(shù)下，西蘭花色素色價由純化前的23.7提高到91.7。

3 結(jié)論

實驗選取5種不同極性的大孔樹脂，以對西蘭花色素的吸附率和解吸率為指標，篩選出對西蘭花色素具有選擇性吸附的樹脂。結(jié)果表明，AB-8樹脂對西蘭花色素不僅吸附量大而且解吸率高，適合用于西蘭花色素的分離和富集。以上樣液濃度2.5mg/m L、流速1.0m L/min、pH4.0、溫度50℃上樣；用80%的乙醇以1.0m L/m in的流速，洗脫4BV后，色素的色價有大幅度的提高，由純化前的23.7提高到91.7。

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