錢(qián)時(shí)權(quán)，石亞中，戚翠紅，孫曉俠，伍亞華，汪張貴，許 暉

（蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，安徽蚌埠 233030）

大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇靜態(tài)吸附與解吸工藝條件優(yōu)化

錢(qián)時(shí)權(quán)，石亞中，戚翠紅，孫曉俠，伍亞華，汪張貴，許 暉

（蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，安徽蚌埠 233030）

研究了大孔樹(shù)脂AB-8、D4020、DM130、HPD600對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇的靜態(tài)吸附和解吸特性，然后以AB-8大孔樹(shù)脂為研究對(duì)象，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上對(duì)其吸附條件進(jìn)行了響應(yīng)面法優(yōu)化，最后對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂的解吸條件進(jìn)行了探討。結(jié)果表明：與另外3種大孔樹(shù)脂相比，大孔樹(shù)脂AB-8對(duì)白藜蘆醇具有較好的吸附和解吸性能。吸附時(shí)間和溫度對(duì)白藜蘆醇吸附效果影響極顯著，pH則影響顯著，得到山葡萄渣白藜蘆醇AB-8大孔樹(shù)脂吸附最佳工藝參數(shù)為pH6.4、吸附時(shí)間4.2h、溫度25.8℃，在此條件下，吸附量達(dá)到89.05mg/g。采用75%乙醇對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇解吸2.5h時(shí)，解吸率為85.77%。

大孔樹(shù)脂，白藜蘆醇，吸附與解吸特性，工藝優(yōu)化

白藜蘆醇是一種多酚類化合物，具有多種生物學(xué)活性及藥理作用。研究表明它具有抗癌[1-2]、抗菌[3]、抗 衰 老[4]、預(yù) 防 心 臟 病[5]、降 血 脂[6]和 抗 艾 滋 病[7]等 作用，特別是具有很強(qiáng)的抗腫瘤活性及對(duì)心血管系統(tǒng)的作 用[8-11]，已 經(jīng) 成 為 食 品 及 醫(yī) 藥 行 業(yè) 研 究 的 熱 點(diǎn) 。研究表明[12-14]，葡萄中白藜蘆醇含量較高。我國(guó)葡萄資源比較豐富。如何將葡萄渣中的白藜蘆醇分離純化出來(lái)，變廢為寶，將具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與現(xiàn)實(shí)意義。白藜蘆醇的分離純化方法很多，其中大孔樹(shù)脂法近年來(lái)發(fā)展比較迅速。由于大孔樹(shù)脂具有物理化學(xué)穩(wěn)定性高、吸附選擇性強(qiáng)、不受無(wú)機(jī)物存在的影響、再生簡(jiǎn)便、解吸條件溫和、使用周期長(zhǎng)、易構(gòu)成閉路循環(huán)、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，目前已被廣泛應(yīng)用于生化物質(zhì)的分離純化[15-18]。研究以山葡萄渣為原料，探討大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇吸附與解吸工藝條件，為進(jìn)一步純化山葡萄渣白藜蘆醇提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山葡萄渣（除去果肉后的葡萄皮和葡萄籽混合物，經(jīng)干燥后過(guò)80目篩） 購(gòu)自蚌埠市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)品（純度98%） 山東泓捷生物科技有限公司；大孔樹(shù)脂D4020、AB8、MD130、HpD600 購(gòu)自天津南開(kāi)大學(xué)化工廠；濃鹽酸、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇、甲醇、丙酮 均為分析純。

751紫外分光光度計(jì) 上海光學(xué)儀器廠；超聲波萃取儀 上海生析超聲儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上海予華儀器設(shè)備有限公司。

1.2 樣品的制備[19]

稱取山葡萄渣干粉5g于250mL錐形瓶中，加入150mL 80%的乙醇和丙酮溶液（體積比1∶1），超聲10min（功率400W），提取液5000r/min離心10min，上清液經(jīng)濃縮旋轉(zhuǎn)蒸至浸膏狀，溶于50mL 95%乙醇，制成白藜蘆醇粗提液。

1.3 大孔樹(shù)脂的預(yù)處理[20]

將1g大孔樹(shù)脂用95%浸泡24h，采用乙醇濕法裝柱，用95%乙醇反復(fù)沖洗，至流出的乙醇液無(wú)白色渾濁為止，然后以大量蒸餾水洗去乙醇。

1.4 大孔樹(shù)脂的選擇[21]

采用靜態(tài)吸附和解吸的方式進(jìn)行篩選，具體過(guò)程如下：分別稱取1g預(yù)處理好的4種大孔樹(shù)脂置于150mL三角瓶中，加入40mL質(zhì)量濃度為10mg/mL的白藜蘆醇粗提物，置搖床中在25℃以120r/min中振蕩以達(dá)到吸附平衡，然后用去離子水清洗，再加入95%乙醇置搖床中在30℃以120r/min中振蕩進(jìn)行解吸，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。測(cè)定吸附和解吸溶液的白藜蘆醇的濃度。

1.5 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

1.5.1 單因素實(shí)驗(yàn) 在吸附時(shí)間為4h，溫度為25℃時(shí)，設(shè)定pH（4、5、6、7、8）；在pH6，溫度為25℃時(shí)，設(shè)定吸附時(shí)間（2、3、4、5、6h）；在pH6，吸附時(shí)間為4h時(shí)，設(shè)定溫度（15、20、25、30、35、40、45℃）。研究AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇吸附量的影響。

1.5.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)，選取pH、吸附時(shí)間、溫度為自變量，以吸附量為響應(yīng)值，進(jìn)行Box-Behnken設(shè)計(jì)，見(jiàn)表1，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行響應(yīng)面分析并對(duì)最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)因素與水平表Table 1 Factors and levels of Box-Behnken desigh

1.5 靜態(tài)解吸實(shí)驗(yàn)

其他條件不變時(shí)，分別在乙醇體積分?jǐn)?shù)（55%、65%、75%、85%、95%）和解吸時(shí)間（1.5、2.5、3.5、4.5、5.5h）時(shí)考慮AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇解吸效果的影響。

1.6 白藜蘆醇含量、吸附量和解吸率的測(cè)定

白藜蘆醇的濃度測(cè)定采用分光光度法。測(cè)定不同濃度標(biāo)準(zhǔn)白藜蘆醇樣品在測(cè)定不同濃度標(biāo)準(zhǔn)白藜蘆醇樣品在306nm下的吸光度值，以吸光度值為橫坐標(biāo)，濃度為縱坐標(biāo)，經(jīng)回歸計(jì)算白藜蘆醇標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：y=0.1308x+0.0039，R2=0.9997。式中，x為吸光度，y為白藜蘆醇含量（mg/L）。

吸附量和解吸率的計(jì)算公式如下[22]：

式中，Q為吸附量（mg/g）；C0和Ce分別為樣品的初始濃度和吸附平衡時(shí)的濃度（mg/mL）；V為吸附時(shí)加入的樣品的體積（mL）；m是樹(shù)脂的干重（g）；D為解吸率（%）；Cd解吸液中白藜蘆醇濃度（mg/mL）；Vd為解吸液體積（mL）。

2 結(jié)果與分析

2.1 4種大孔樹(shù)脂的比較選擇

大孔吸附樹(shù)脂的吸附和解吸能力與其物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。分別考察了4種不同物理化學(xué)性質(zhì)大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇的吸附和解吸性能，結(jié)果見(jiàn)表2。

白藜蘆醇含有多個(gè)酚羥基，是極性較強(qiáng)的分子。一般來(lái)說(shuō)，樹(shù)脂的極性、比表面積、孔徑以及與被吸附分子的極性、分子大小是影響吸附效果的主要因素。由表2可知，與D4020、MD-130和HPD600相比，由于AB-8型大孔樹(shù)脂的平均孔徑和比表面面積較大，其吸附量和解吸率分別達(dá)到了85.02mg/g和84.51%，對(duì)白藜蘆醇有較好的吸附和解吸性能。因此，選擇AB-8大孔樹(shù)脂用于分離純化白藜蘆醇。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 白藜蘆醇溶液pH對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂吸附山葡萄渣白藜蘆醇的影響 由圖1（a）可知，在pH6時(shí)，吸附率最高，達(dá)到86.77%；當(dāng)pH超過(guò)6時(shí)，吸附率逐漸下降。說(shuō)明AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)pH有一定的選擇性，吸附環(huán)境的pH影響大孔樹(shù)脂的吸附效果。結(jié)果顯示，AB-8大孔樹(shù)脂在弱酸及近中性時(shí)吸附效果較好，這可能與白藜蘆醇的酸堿度及AB-8大孔樹(shù)脂具有的弱極性特性有關(guān)。因此，選用pH6。

2.2.2 吸附時(shí)間對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂吸附山葡萄渣白藜蘆醇的影響 結(jié)果見(jiàn)圖1（b），當(dāng)吸附時(shí)間在2～4h時(shí)，白藜蘆醇的吸附量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，當(dāng)吸附時(shí)間為4h時(shí)，大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇的吸附作用最強(qiáng)，吸附量達(dá)到最大，此后，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附量基本維持不變。

表2 4種大孔樹(shù)脂的物理性質(zhì)及吸附和解吸性能Table 2 Physical properties and adsorption and desorption properties of four kinds of macroporous resins

2.2.3 溫度對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂吸附山葡萄渣白藜蘆醇的影響 從圖1c可以看出，當(dāng)溫度低于25℃時(shí)，吸附量隨溫度的升高而增大，溫度為25℃時(shí)，吸附量最大。當(dāng)溫度超過(guò)25℃后，進(jìn)一步提高溫度，吸附量反而下降。這可能是由于溫度的升高改變了山葡萄渣白藜蘆醇的特性，而不利于大孔樹(shù)脂吸附，從而造成吸附量下降。

圖1 白藜蘆醇溶液pH、吸附時(shí)間和溫度對(duì)靜態(tài)吸附效果的影響Fig.1 Effect of pH，time of static adsorption and temperature on static adsorption to resveratrol

2.3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

為進(jìn)一步優(yōu)化AB-8大孔樹(shù)脂對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇的吸附條件，選取pH（A）、吸附時(shí)間（B）和溫度（C）為自變量，以吸附量Y為響應(yīng)值進(jìn)行響應(yīng)面分析。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3中數(shù)據(jù)，采用SAS軟件進(jìn)行回歸分析，得到二次方程模型為：

Y=-401.821+28.5325A+64.9575B+20.439C-1.77375A2-1.9425AB+0.0865AC-7.8638B2+0.5375BC-0.4512C2。

對(duì)表3中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到的方差分析結(jié)果如表4所示。由表4可知，模型極顯著（p＜0.01），并且失擬項(xiàng)不顯著（p=0.5301＞0.05），R2=0.9922表明此模型能解釋99.22%響應(yīng)變化，回歸方程擬合程度良好，因此模型可以真實(shí)地?cái)M合和預(yù)測(cè)實(shí)際情況。從回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)可知：一次項(xiàng)B、C影響極顯著，A影響顯著。即吸附時(shí)間和溫度影響極顯著，pH影響顯著。二次項(xiàng)B2和C2影響極顯著，A2影響顯著，交互項(xiàng)BC影響極顯著，AB影響顯著，AC影響不顯著。通過(guò)表3中p值可以判斷3個(gè)因素對(duì)白藜蘆醇吸附效果影響的主次順序?yàn)槲綍r(shí)間＞溫度＞pH。

表3 Box-Behnken設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of Box-Behnken design

表4 方差分析Table 4 Variance analysis

2.4 響應(yīng)面分析及優(yōu)化

由圖2（a）可知，當(dāng)固定溫度為25℃時(shí)，當(dāng)pH一定時(shí)，吸附量隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)先增加，達(dá)到一定吸附量后，吸附量先維持不變而后略有下降，而當(dāng)吸附時(shí)間一定時(shí)，pH對(duì)吸附量的影響不明顯。由圖2（b）可知，當(dāng)固定pH為6時(shí)，當(dāng)吸附時(shí)間不變時(shí)，吸附量隨著溫度的升高呈先增后減的趨勢(shì)。溫度一定時(shí)，吸附量隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)先慢慢增加，達(dá)到一定值后又慢慢降低。由圖2（c）可知，當(dāng)固定吸附時(shí)間為4h，當(dāng)pH不變時(shí)，溫度在20~30℃范圍內(nèi)，吸附量隨著溫度的升高先增加后，當(dāng)吸附量達(dá)到極大值后，繼續(xù)升高溫度，吸附量反而會(huì)下降。當(dāng)溫度不變時(shí)，pH在5～7范圍內(nèi)對(duì)吸附量的影響不明顯。根據(jù)回歸方程，經(jīng)SAS軟件分析，得出山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹(shù)脂吸附最佳工藝參數(shù)為pH6.36、吸附時(shí)間4.23h、溫度25.78℃，得到吸附量理論值為89.58mg/g。為驗(yàn)證模型的可靠性，考慮到實(shí)際操作，在pH6.4、吸附時(shí)間4.2h、溫度25.8℃下進(jìn)行3組重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得到的吸附量含量平均值為89.05mg/g，平均誤差為1.47%，小于5%，實(shí)驗(yàn)值與理論值基本吻合，說(shuō)明該模型真實(shí)可靠，能較好地預(yù)測(cè)山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹(shù)脂吸附效果。

2.6 乙醇體積分?jǐn)?shù)和解吸時(shí)間對(duì)AB-8大孔樹(shù)脂解吸山葡萄渣白藜蘆醇的影響

為研究山葡萄渣白藜蘆醇靜態(tài)解吸特性，實(shí)驗(yàn)采用乙醇作為解吸液，研究體積分?jǐn)?shù)對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇解吸效果的影響。由圖3（a）可知，不同體積分?jǐn)?shù)的乙醇對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇的解吸效果不同，當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)為55%～75%時(shí)，隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大，白藜蘆醇的解吸率增大，乙醇體積分?jǐn)?shù)超過(guò)75%后，繼續(xù)增大乙醇體積分?jǐn)?shù)時(shí)，解吸率反而下降。因此，采用體積分?jǐn)?shù)為75%的乙醇對(duì)白藜蘆醇進(jìn)行解吸為宜。當(dāng)采用75%乙醇解吸2.5h時(shí)（圖3b），解吸率達(dá)到為85.77%，當(dāng)繼續(xù)延長(zhǎng)解吸時(shí)間，白藜蘆醇解吸率基本保持不變。因此，解吸時(shí)間選擇2.5h。

圖2 交互作用對(duì)白藜蘆醇吸附效果影響的響應(yīng)曲面圖Fig.2 Response surface plots of interaction effects on adsorption to resveratrol

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)、解吸時(shí)間對(duì)靜態(tài)解吸效果的影響Fig.3 Effect of volume fraction of ethanol and time of desorption on static desorption

3 結(jié)論

3.1 4種大孔樹(shù)脂吸附和解吸山葡萄渣白藜蘆醇的特性比較表明，大孔樹(shù)脂AB-8對(duì)白藜蘆醇有較好的吸附和解吸性能，吸附量和解吸率分別為85.02mg/g和84.51%。

3.2 采用Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)合吸附量與pH、吸附時(shí)間和溫度的二次多項(xiàng)式多元回歸模型。通過(guò)分析可知，吸附時(shí)間和溫度影響對(duì)吸附量影響極顯著，pH影響顯著。吸附時(shí)間對(duì)白藜蘆醇吸附效果影響最大，其次是溫度，pH則最小。得到山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹(shù)脂吸附最佳工藝參數(shù)為pH6.4、吸附時(shí)間4.2h、溫度25.8℃，在此條件下，通過(guò)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到的吸附量為89.05mg/g，實(shí)驗(yàn)值與理論值基本吻合，該模型真實(shí)可靠，能較好地預(yù)測(cè)山葡萄渣白藜蘆醇大孔樹(shù)脂吸附效果。

3.3 采用75%乙醇對(duì)山葡萄渣白藜蘆醇解吸2.5h時(shí)，解吸率達(dá)到為85.77%。

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Optimization of adsorption and desorption of static macroporous resin to resveratrol of grape pomace

QIAN Shi-quan，SHI Ya-zhong，QI Cui-hong，SUN Xiao-xia，WU Ya-hua，WANG Zhang-gui，XU Hui
（Department of Bioengineering and Food，Bengbu College，Bengbu 233030，China）

Properties of adsorption and desorption of four kinds of macroporous resins （AB-8 ， D4020 ，DM130 and HPD600） were investigated.Then，taking AB-8 macroporous resin as an objective，adsorption conditions were optimized using response surface methodology on basis of single factor experiment.Finally ，desorption conditions were also studied.The results indicated that，comparing to other three kinds of macroporous resins，AB-8 macroporous resin was a suitable resin for adsorption and desorption experiments.Time of adsorption and temperature had extremely significant effect on adsorption amount of resveratrol，pH have a significant impact on it.The optimum conditions for adsorpting resveratrol were found to be at 25.8℃ for 4.2h with pH6.4. Under these conditions ，the adsorption amount was 89.05mg/g and the desorption rate was 85.77% ，when using 75%ethanol eluting for 2.5 hours．

macroporous resin；resveratrol；property of adsorption and desorption；process optimization

TS209

B

1002-0306（2014）22-0221-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.22.040

2013－12－23

錢(qián)時(shí)權(quán)（1979-），男，在讀博士，講師，主要從事天然產(chǎn)物開(kāi)發(fā)與食品生物技術(shù)方面的研究。

安徽省高等學(xué)校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目（KJ2013Z196）；安徽省高等學(xué)校省級(jí)食品科學(xué)與工程特色專業(yè)建設(shè)點(diǎn)資助（20101091）；安徽省食品科學(xué)與工程教學(xué)團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目資助（20101094）。