付湘晉，冉曉敏，張 慧，黎繼烈，周其中，李忠海

(1.中南林業(yè)科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院;2.糧油深加工及品質(zhì)控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南長(zhǎng)沙410004)

樟樹(shù)［Cinnamomum camphora(L.)J.Presl］系樟樹(shù)屬的常綠喬木植物，是中國(guó)亞熱帶闊葉林的主要樹(shù)種之一［1］.中醫(yī)認(rèn)為樟樹(shù)有祛風(fēng)除濕、行氣止痛、活血化瘀、通利關(guān)節(jié)之功效［2］.中國(guó)是世界上生產(chǎn)芳樟油最多的國(guó)家，其產(chǎn)量占世界的80%.芳樟油主要以樟樹(shù)枝葉為原料，采用蒸餾法生產(chǎn)，由于樟樹(shù)枝葉中芳樟油含量?jī)H約為3%［3］，所以有大量加工下腳料未被利用.樟樹(shù)葉除含有芳樟油以外，還含多酚、類(lèi)胡蘿卜素、多糖、生物堿等多種生物活性物質(zhì)［4］.所以，提取芳樟油后，下腳料可以作為提取這些活性物質(zhì)的低成本原料.

多酚廣泛存在于植物中，具有抗氧化、抗衰老、降脂、抗癌等功效［5，6］.我國(guó)許多地方有以樟樹(shù)葉代茶飲用的歷史，而樟樹(shù)根、枝、葉的藥用范圍更廣.樟樹(shù)多酚的安全性較高，目前樟樹(shù)種植和加工的產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)逐漸走向成熟［7］，因此，樟樹(shù)多酚可能成為產(chǎn)業(yè)化大批量生產(chǎn)的新多酚產(chǎn)品.

目前對(duì)樟樹(shù)多酚的研究剛剛起步，本實(shí)驗(yàn)室前期采用多種方法對(duì)樟樹(shù)葉多酚進(jìn)行提取，獲得樟樹(shù)葉粗多酚［7］.為提高多酚濃度，必須對(duì)其進(jìn)行純化.多酚純化方法很多，其中以大孔樹(shù)脂純化最為常見(jiàn)［5，8－10］.AB-8大孔樹(shù)脂理化性質(zhì)十分穩(wěn)定，可以重復(fù)使用多次，而且具有高效、無(wú)害、成本低等特點(diǎn).本文通過(guò)研究AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)樟樹(shù)葉多酚的靜態(tài)吸附與解吸附特性，為樟樹(shù)葉多酚的純化提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

AB-8大孔樹(shù)脂購(gòu)于安徽三星樹(shù)脂科技有限公司.樟樹(shù)葉:2010年9月于中南林業(yè)科技大學(xué)校園內(nèi)采集樟屬香樟樹(shù)種的樟樹(shù)老葉，風(fēng)干(測(cè)得干物質(zhì)含量為47%，質(zhì)量分?jǐn)?shù))后粉碎，過(guò)32目篩.乙醇、石油醚均為分析純.

722型可見(jiàn)光分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，HA2203A電子分析天平(奧斯特上海公司)，ZD-4A恒溫震蕩箱(常州中捷實(shí)驗(yàn)儀器制造有限公司).

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樹(shù)脂的預(yù)處理 樹(shù)脂的預(yù)處理參照文獻(xiàn)［5］.大孔吸附樹(shù)脂用無(wú)水乙醇在室溫下密封浸泡8h，使其充分溶脹;然后用無(wú)水乙醇沖洗至無(wú)白色渾濁，蒸餾水洗至中性;再用5%的鹽酸溶液浸泡8h，蒸餾水沖洗至中性;最后用5%的NaOH溶液浸泡8 h，蒸餾水沖洗至中性，備用.

1.2.2 樟樹(shù)葉多酚提取 樟樹(shù)葉→雙水相耦合超聲波萃取→樟樹(shù)葉多酚提取物→減壓濃縮→濃縮物→石油醚脫脂→水溶液即為粗多酚.其中雙水相體系是40%的乙醇－硫酸銨0.2 g·mL－1，超聲波功率是255 w，料液比是1∶38，萃取時(shí)間是 95 min，萃取溫度是21 ℃［7］.

1.2.3 靜態(tài)吸附與解吸附 準(zhǔn)確稱(chēng)取經(jīng)過(guò)預(yù)處理的AB-8大孔樹(shù)脂1.00 g，置于150 mL錐形瓶中，加入樟樹(shù)葉多酚提取液50 mL(多酚含量1.00 g·L－1)，振蕩8 h(100 r·min－1)，使樹(shù)脂對(duì)料液中的多酚吸附達(dá)到平衡狀態(tài)，用濾紙過(guò)濾后定容，測(cè)定濾液的多酚濃度，計(jì)算吸附率.

多酚吸附率/%=［(樟樹(shù)葉提取液多酚濃度－吸附后濾液中多酚濃度)÷樟樹(shù)葉提取液多酚濃度］×100

吸附量/(mg·g－1)=多酚吸附率×樟樹(shù)葉提取液多酚濃度×樟樹(shù)葉提取液體積÷大孔樹(shù)脂質(zhì)量

取上述過(guò)濾后的樹(shù)脂，加入100 mL洗脫溶劑，放入恒溫震蕩箱中，震蕩8 h(100 r·min－1)，過(guò)濾后定容至100 mL，測(cè)定解析液中樟樹(shù)葉多酚濃度，計(jì)算解吸率.

多酚解吸率/%=(解吸液中的樟樹(shù)多酚濃度×解吸液體積)÷吸附量×100

1.2.4 等溫吸附模型擬合 在150 mL具塞錐形瓶中加入50 mL不同濃度的樟樹(shù)多酚粗提液，加入經(jīng)過(guò)預(yù)處理的AB-8大孔樹(shù)脂1.00 g，將錐形瓶置于25℃的恒溫振蕩箱中，振蕩6 h(100 r·min－1)，測(cè)定AB-8大孔樹(shù)脂吸附的多酚及溶液中未被吸附的多酚，分別記為平衡吸附量(Qe)和平衡濃度(Ce).

Langmuir吸附模型的原式表示為［10－11］:

其中，Qm:飽和吸附量(mg·g－1);K:吸附常數(shù);Ce:平衡濃度(g·L－1);Qe:平衡吸附量(mg·g－1).以(1)式建立模型，以平衡濃度的倒數(shù)(1/Ce)為橫坐標(biāo)，以平衡吸附量倒數(shù)(1/Qe)為縱坐標(biāo)繪圖，研究數(shù)據(jù)與Langmuir吸附模型的擬合程度.

1.2.5 樟樹(shù)葉多酚含量的測(cè)定 以沒(méi)食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品，采用福林比色法測(cè)定樟樹(shù)葉多酚含量［12］，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的回歸方程是 y=0.0931 x－0.0054，R2=0.9984.

多酚純度:Ca/%=C×V÷M×100

其中，Ca:多酚的純度;C:溶液中多酚的濃度(g·L－1);V:多酚溶液體積(mL);M:多酚溶液固形物重量(mg).

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有試驗(yàn)均重復(fù)3次，采用SPSS 10.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析.

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂吸附樟樹(shù)葉多酚的影響

由圖1可知，在25℃時(shí)，吸附率最高;在30和20℃時(shí)，吸附率次之.因此，后續(xù)試驗(yàn)均采用25℃.

2.2 多酚溶液pH對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂吸附樟樹(shù)葉多酚的影響

采用體積分?jǐn)?shù)為0.1%的鹽酸和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的氫氧化鈉溶液對(duì)樟樹(shù)葉多酚溶液的pH進(jìn)行調(diào)整，然后用AB-8大孔樹(shù)脂進(jìn)行吸附(圖2).

圖1 溫度對(duì)靜態(tài)吸附效果的影響Fig.1 Effect of temperature on adsorption

圖2 多酚溶液pH對(duì)吸附特性的影響Fig.2 Effect of pH on adsorption

在pH 3.0－4.0時(shí)，AB-8樹(shù)脂對(duì)樟樹(shù)多酚吸附后溶液呈現(xiàn)分層現(xiàn)象;在pH＞6.0時(shí)，隨著pH值的增大，AB-8樹(shù)脂對(duì)樟樹(shù)多酚吸附能力有所下降，其原因可能是化合物的酸堿度對(duì)物質(zhì)吸附的影響較大，酸性化合物在酸性溶液條件中易吸附，堿性化合物在堿性溶液條件中易吸附.樟樹(shù)葉多酚中可能含有一些酸性酚類(lèi)，樟樹(shù)葉多酚提取液的pH為5.68，所以后續(xù)試驗(yàn)不調(diào)pH值.

2.3 乙醇濃度對(duì)解吸附的影響

不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇對(duì)樟樹(shù)多酚的解吸附有較大影響，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為20%－60%時(shí)，隨著體積分?jǐn)?shù)的增大，其解吸率增大，如果繼續(xù)增大乙醇體積分?jǐn)?shù)，解吸率反而下降(圖3).后續(xù)試驗(yàn)均采用體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇作為樟樹(shù)葉多酚的洗脫液.

2.4 AB-8大孔樹(shù)脂吸附樟樹(shù)葉多酚的靜態(tài)吸附和解吸動(dòng)力學(xué)特性

由圖4可知，吸附時(shí)間為4、6、8 h的吸附率之間無(wú)顯著差異(P＜0.05).在4 h內(nèi)，AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)多酚物質(zhì)基本達(dá)到吸附平衡，吸附率94.4%.說(shuō)明AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)樟樹(shù)多酚的吸附屬于快速平衡型，有利于工業(yè)生產(chǎn).

圖3 洗脫劑乙醇濃度對(duì)解吸率的影響Fig.3 The effect of ethanol concentration on desorption

圖4 靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)Fig.4 Dynamic curves of static state adsorption

由圖5可以看出，乙醇對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂具有較好的解吸能力.當(dāng)解吸2 h時(shí)，解吸率為80.28%，大部分樟樹(shù)葉多酚已經(jīng)被洗脫下來(lái).如果繼續(xù)延長(zhǎng)解吸時(shí)間，多酚解吸率進(jìn)一步提高，但多酚純度也快速下降，所以采用解吸2 h.

在25℃，多酚溶液pH為5.68，AB-8大孔樹(shù)脂吸附樟樹(shù)葉多酚4 h，采用體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液洗脫，多酚得率為75.78%，純度63.56%.

2.5 Langmuir和Freundlich吸附模型擬合

Langmuir吸附模型是近年來(lái)研究吸附問(wèn)題經(jīng)常采用的一種等溫吸附模型，采用Langmuir表達(dá)模型進(jìn)行擬合，以1/Ce為橫坐標(biāo)，1/Qe為縱坐標(biāo)作圖(圖6).

圖5 靜態(tài)解吸動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)Fig.5 Dynamic curves of static state desorption

圖6 Langmuir擬合等溫吸附Fig.6 Langmuir adsorption isotherm

擬合方程的相關(guān)系數(shù)R2為0.9799，表明吸附過(guò)程可用Langmuir方程描述.Qm表示飽和吸附量，經(jīng)計(jì)算，AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)樟樹(shù)葉多酚的飽和吸附量為47.619 mg·g－1，這與AB-8樹(shù)脂對(duì)中華補(bǔ)血草根多酚的吸附類(lèi)似，AB-8樹(shù)脂對(duì)中華補(bǔ)血草根多酚的吸附也符合 Langmuir模型，Qm為55.30 mg·g－1［10］.

3 結(jié)論

(1)AB-8大孔樹(shù)脂是較為理想的分離純化樟樹(shù)葉多酚類(lèi)物質(zhì)的樹(shù)脂.25℃的條件下吸附率最高，吸附過(guò)程中不需調(diào)節(jié)pH;樹(shù)脂吸附樟樹(shù)葉多酚后，體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液適宜作為樟樹(shù)葉多酚的洗脫液.

(2)AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)樟樹(shù)多酚靜態(tài)吸附4 h左右基本達(dá)到吸附平衡，屬于快速平衡型，吸附率達(dá)到94.4%;而靜態(tài)解吸動(dòng)力學(xué)特性測(cè)定結(jié)果表明，解吸2 h，解吸率就達(dá)到了80.28%.

(3)在上述最佳條件下，多酚得率達(dá)到75.78%，純度達(dá)到63.56%.

(4)AB-8大孔樹(shù)脂等溫吸附樟樹(shù)多酚過(guò)程符合Langmuir方程，表明該過(guò)程為吸熱吸附，而且是物理吸附過(guò)程.

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