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        大孔吸附樹脂純化錐栗殼色素的工藝研究

        2018-07-04 02:17:06黃艷黃曉菲吳琳珊李燁羅德赟
        食品研究與開發(fā) 2018年13期
        關(guān)鍵詞:錐栗大孔色素

        黃艷,黃曉菲,吳琳珊,李燁,羅德赟

        (1.武夷學(xué)院茶與食品學(xué)院,福建武夷山354300;2.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,福建福州350002)

        錐栗(Castanea henryi Rehd.et Wils.),別稱毛榛、尖栗、棒栗,山毛櫸目,殼斗科栗屬[1]。我國(guó)錐栗栽培已有1800多年歷史,栽培面積在不斷地?cái)U(kuò)大,主要分布于浙、贛、湘、閩等地區(qū),其中較為著名的當(dāng)屬“名特優(yōu)經(jīng)濟(jì)林錐栗之鄉(xiāng)”的福建建甌市[2-3],其栽培的品種、面積、產(chǎn)量均居全國(guó)首位[4-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)[6],目前建甌錐栗的年產(chǎn)量達(dá)3.3萬(wàn)噸,產(chǎn)值達(dá)4.61億元,而每年由于錐栗果實(shí)加工產(chǎn)生的錐栗殼也逐年上漲,年產(chǎn)量達(dá)1.74萬(wàn)噸。錐栗果實(shí)的開發(fā)利用一直備受關(guān)注,但錐栗殼廢棄物的利用研究較少,目前除被用作制造活性炭之外,大部分被作為廢渣焚燒或廢棄[7],不僅造成資源浪費(fèi),且對(duì)環(huán)境造成污染。錐栗殼中含有一定的色素物質(zhì),主要為棕色色素,筆者已應(yīng)用恒溫-回流法從錐栗殼中提取色素,最佳得率可達(dá)17%左右[7]。伴隨我國(guó)錐栗種植面積的增加,錐栗殼廢棄物亦逐年增加,這為開發(fā)利用安全性高的錐栗殼天然棕色素提供原料保障。

        目前采用有機(jī)溶劑提取、堿提等方法[8]獲得的天然色素普遍存在雜質(zhì)多、色素純度較低的問(wèn)題。大孔樹脂是一類不帶離子交換基團(tuán)的多孔型交聯(lián)聚合物[9],具有良好的選擇吸附特性[10],經(jīng)大孔樹脂處理后,可有效地去除粗提液中大量的糖類、蛋白質(zhì)等成分,使色素成分高度富集而提高色素純度和品質(zhì)[11]。近年來(lái),應(yīng)用大孔樹脂技術(shù)提取純化板栗、榛子等堅(jiān)果類果殼色素的研究已見較多報(bào)道[12-16],但應(yīng)用該技術(shù)吸附純化錐栗殼色素并未見相應(yīng)報(bào)道。

        以錐栗殼為原料,利用易回收、安全性高的乙醇溶液提取錐栗殼粗色素,應(yīng)用大孔吸附樹脂進(jìn)一步純化,篩選出最佳純化工藝,以期為錐栗殼天然色素的工業(yè)化分離純化提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        錐栗殼:由福建省光祥食品有限公司提供。錐栗殼經(jīng)篩選去除霉?fàn)€部分,清洗后先晾曬數(shù)天,去除貼殼的帶絨毛的果衣,再于烘箱中60℃烘干,粉碎后過(guò)100目篩,備用。

        無(wú)水乙醇、95%乙醇、氫氧化鈉、石油醚、鹽酸、乙酸乙酯(分析純):國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

        大孔吸附樹脂(NKA-9、D4020、XAD-7、DA-201、AB-8、X-5、D101):均購(gòu)于安徽三星樹脂有限公司,具體物理性能如表1所示。

        1.2 儀器與設(shè)備

        PW80高速萬(wàn)能粉碎機(jī):天津市泰斯特儀器有限公司;SHB-III循環(huán)水式真空泵:鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司;PB-10酸度計(jì):上海多博科學(xué)儀器有限公司;TG16K-II高速離心機(jī):衡陽(yáng)東旺實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;DHG-9123電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;Sartorius BSA2245型電子分析天平:北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;島津UV-2550紫外可見分光光度計(jì):北京京科瑞達(dá)科技有限公司;HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋:河北中捷儀器制造有限公司;R-1001-VN旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:鄭州長(zhǎng)城儀器有限公司;DZF-6050真空干燥箱:揚(yáng)州市培英實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;SH2-82恒溫振蕩器:常州國(guó)華電器有限公司;BSZ-100-LCD自動(dòng)部分收集器:上海琪特分析儀器有限公司;HL-2恒流泵、CXG-1電腦恒溫層析柜:上海滬西分析儀器廠有限公司。

        表1 大孔樹脂物理性能Table 1 Physical properties of macroporous resin

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 錐栗殼色素的提取純化工藝

        色素提取工藝參照本課題組的方法進(jìn)行[7]。提取純化工藝流程如下:

        錐栗殼粉→乙醇恒溫回流浸提→抽濾、離心→減壓濃縮→色素粗提液→加乙醇、乙酸乙酯及石油醚萃取除雜→減壓濃縮→真空干燥→粗提色素干品→按需配置成一定濃度的溶液→大孔吸附樹脂純化→乙醇解析→減壓濃縮→冷凍干燥→純化色素干品

        根據(jù)此提取制備工藝,制得的粗提色素干品呈土棕色、粉末狀,觸摸有沙沙的顆粒感。

        1.3.2 錐栗殼色素標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

        準(zhǔn)確稱取0.005 g的錐栗殼粗提色素干品溶于適量的40%乙醇溶液中,并定容至100 mL。取5支試管,分別量取 1、2、3、4、5 mL 色素溶液,再分別加入 9、8、7、6、5 mL乙醇溶液,配置成不同濃度的色素溶液,在λmax=277 nm處(前期色素提取試驗(yàn)測(cè)定得出)測(cè)定不同濃度的吸光度,繪制錐栗殼色素溶液的濃度C與吸光度A的標(biāo)準(zhǔn)曲線,如圖1所示。

        圖1 錐栗殼色素溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The standard curve of Castanea henryi shell pigment solution

        錐栗殼色素在0.005 mg/mL~0.025 mg/mL范圍內(nèi),吸光度值與其濃度呈良好的線性關(guān)系,回歸方程如下:A=16.94C+0.0729,R2=0.9989,式中:A 為吸光度值;C為錐栗殼色素溶液濃度,mg/mL。

        1.3.3 大孔樹脂預(yù)處理

        將1.1中所述的7種大孔樹脂分別用95%乙醇溶液浸泡24 h,再進(jìn)行抽濾,用蒸餾水抽濾洗滌樹脂,至洗出液無(wú)乙醇味,流出的洗滌液澄清不渾濁;接著將大孔樹脂放入5%HCl溶液中浸泡5 h,用蒸餾水抽濾洗滌,直至pH試紙顯示流出的洗滌液呈中性,最后用5%NaOH溶液浸泡5 h,用蒸餾水抽濾洗滌,直至pH試紙顯示流出的洗滌液呈中性。將處理好的大孔樹脂置于蒸餾水中備用,以防微生物侵染。

        1.3.4 最佳吸附樹脂的選擇

        用濾紙輕輕擦拭經(jīng)預(yù)處理活化的大孔樹脂表面水分,分別準(zhǔn)確稱取 2.0 g D101、X-5、XAD-7、D4020、DA-201、AB-8、NKA-9大孔樹脂于100 mL的錐形瓶中,加入10 mL錐栗殼色素溶液,測(cè)定吸光度A0。于恒溫振蕩箱(30℃,150 r/min)中充分振蕩 24 h,過(guò)濾,測(cè)定濾液吸光度A1,根據(jù)式(1)計(jì)算吸附率。

        去除濾液,并抽濾水洗除去大孔樹脂表面的錐栗色素。將7種大孔樹脂分別裝于100 mL錐形瓶中,分別加入10 mL 80%乙醇溶液作為解吸液。設(shè)置恒溫振蕩箱溫度30℃,轉(zhuǎn)速150 r/min,充分振蕩24 h,再過(guò)濾溶液,測(cè)定濾液的吸光度A2,根據(jù)式(2)計(jì)算解吸率。

        選取吸附率和解吸率綜合效果好的大孔樹脂進(jìn)行后續(xù)純化工藝的研究。

        1.3.5 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)

        1.3.5.1 靜態(tài)動(dòng)力學(xué)吸附研究

        準(zhǔn)確稱取質(zhì)量為1.0 g的大孔樹脂,置于50 mL錐形瓶中,再加入30 mL錐栗殼色素溶液,置于恒溫振蕩箱中,設(shè)置溫度30℃,轉(zhuǎn)速150 r/min,充分振蕩。每隔15 min從中快速移取1 mL溶液,用40%乙醇溶液準(zhǔn)確定容至5 mL,測(cè)定吸光值,繪制靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)曲線。

        1.3.5.2 色素溶液pH值對(duì)D101樹脂吸附效果的影響

        準(zhǔn)確稱取7份1.0 g大孔樹脂,分別置于7個(gè)50mL錐形瓶中,分別調(diào)節(jié)色素溶液pH值為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0,再分別加入 10 mL 色素溶液,置于恒溫振蕩箱中,設(shè)置溫度30℃,轉(zhuǎn)速150 r/min,充分振蕩120 min。過(guò)濾后測(cè)定色素溶液的吸光值A(chǔ)1,根據(jù)1.3.4中的式(1)計(jì)算不同pH值下樹脂的吸附率。

        1.3.5.3 溫度對(duì)D101樹脂吸附效果的影響

        準(zhǔn)確稱取5份1.0g大孔樹脂,分別置于5個(gè)50mL錐形瓶中,再分別加入20 mL色素溶液,設(shè)置轉(zhuǎn)速150 r/min,分別于 20、30、40、50、60 ℃的恒溫振蕩箱中振蕩吸附,每隔20 min測(cè)定上層液的吸光值,繪制不同溫度下錐栗殼色素溶液的吸附曲線。

        1.3.5.4 乙醇濃度對(duì)D101樹脂解吸效果的影響

        準(zhǔn)確稱取7份1.0 g大孔樹脂,置于7個(gè)50 mL錐形瓶中,分別加入10 mL色素溶液。設(shè)置溫度30℃,轉(zhuǎn)速150 r/min,置于恒溫振蕩箱中充分振蕩120 min,待樹脂基本吸附飽和后,抽濾棄去濾液,留下吸附飽和的樹脂,分別加入10 mL濃度為50%、60%、70%、80%、90%、95%、100%的乙醇溶液,充分振蕩解吸24 h(溫度30℃,轉(zhuǎn)速150 r/min)。解析后測(cè)定濾液的吸光值,對(duì)比不同濃度的乙醇溶液對(duì)大孔樹脂的解吸效果。

        1.3.6 動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)

        1.3.6.1 吸附柱徑高比對(duì)吸附效果的影響

        適宜的吸附柱徑高比有利于提高色素的分離效率[17]。將充分活化的大孔濕樹脂分別以 1∶7、1∶8、1∶9、1∶10的柱徑高比進(jìn)行裝柱,配制適當(dāng)濃度及pH 4.0的色素上樣液,調(diào)節(jié)層析柜溫度40℃,采用1.0 mL/min的流速進(jìn)行上樣。每5 mL收集一管流出液,測(cè)定其吸光度。當(dāng)流出液的吸光值達(dá)到上樣液吸光值的10%時(shí),被稱作為泄露點(diǎn),表明大孔樹脂已經(jīng)吸附飽和,即可停止上樣,繪制不同柱徑高比對(duì)錐栗殼色素溶液的吸附曲線。

        1.3.6.2 上樣流速對(duì)吸附效果的影響

        用充分活化的大孔濕樹脂按1.3.6.1確定的最佳柱徑高比進(jìn)行裝柱。配制0.100 mg/mL、pH 4.0的色素上樣液,調(diào)節(jié)層析柜溫度40℃,分別以0.5、1.0、1.5、2.0 mL/min流速流過(guò)樹脂,每5 mL收集一管流出液,測(cè)定其吸光度。同1.3.6.1待大孔樹脂吸附飽和后停止上樣,繪制不同上樣流速對(duì)錐栗殼色素溶液的吸附曲線。

        1.3.6.3 上樣濃度對(duì)吸附效果的影響

        用充分活化的大孔濕樹脂按1.3.6.1確定的最佳柱徑高比進(jìn)行裝柱。配制濃度分別為0.075、0.100、0.125、0.150 mg/mL錐栗殼色素溶液,調(diào)節(jié)pH 4.0,以1.3.6.2確定的最佳流速上樣。每5 mL收集一管流出液,測(cè)定其吸光度。同1.3.6.1待大孔樹脂吸附飽和后停止上樣,繪制不同上樣濃度對(duì)錐栗殼色素溶液的吸附曲線。

        1.3.6.4 洗脫流速對(duì)解吸效果的影響

        用充分活化的大孔濕樹脂按1.3.6.1確定的最佳柱徑高比進(jìn)行裝柱。配制pH 4.0的錐栗殼色素溶液,以1.3.6.2確定的最佳流速上樣,色素溶液流經(jīng)大孔樹脂至其飽和。再用蒸餾水上樣,洗除樹脂外表面的殘留色素。洗滌完畢,待無(wú)蒸餾水流出,再用80%乙醇溶液分別以0.5、1.0、1.5、2.0 mL/min流速洗脫,每5 mL收集一管流出液,測(cè)定其吸光度。當(dāng)吸光度為零時(shí)停止洗脫,繪制吸附飽和大孔樹脂在不同洗脫液流速下的解吸曲線。

        1.3.6.5 D101大孔樹脂動(dòng)態(tài)吸附的正交試驗(yàn)

        根據(jù)單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù),以色素吸附率為評(píng)價(jià)指標(biāo),進(jìn)行正交設(shè)計(jì)。正交試驗(yàn)和因素水平見表2。

        表2 正交試驗(yàn)因素與水平Table 2 Orthogonal test factors and levels

        1.3.7 純化前后色素的性質(zhì)對(duì)比[14]

        分別對(duì)1.3.1即乙醇恒溫回流提取的色素干品和大孔樹脂純化后的色素液經(jīng)濃縮、干燥處理得到的色素干品進(jìn)行色價(jià)測(cè)定,具體操作為:分別準(zhǔn)確稱取純化前后錐栗殼色素0.1 g,用蒸餾水定容至100 mL,從中移取10 mL,再定容至100 mL,用1 cm比色皿在最大吸收波長(zhǎng)277 nm處測(cè)定錐栗殼色素的吸光值。色價(jià)計(jì)算公式如下:

        式中:A為吸光度;R為100 mL溶液需稀釋至適合測(cè)定吸光值的倍數(shù);M為100 mL溶液中所含色素干品的質(zhì)量,g。

        稱取相同質(zhì)量的純化前后的錐栗殼色素,分別配成溶液,觀察它們的水溶性、色澤及穩(wěn)定性。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 大孔吸附樹脂的篩選

        采用7種大孔樹脂對(duì)錐栗殼色素進(jìn)行靜態(tài)吸附,其吸附和解析性能如表3所示。

        表3 不同大孔樹脂的吸附和解吸性能比較Table 3 Comparison of adsorption and desorption capacity between different macroporous resins %

        影響大孔樹脂吸附性能的因素較多,如樹脂的極性、樹脂的比表面積、樹脂孔徑等。通常樹脂的極性與被吸附分子的極性相同或者近似時(shí)效果較好;樹脂比表面積大時(shí)吸附效果較好;樹脂孔徑與被吸附分子大小是5倍關(guān)系時(shí)吸附性更佳[9],因此選擇樹脂要多因素綜合考慮。本研究選取了非極性、弱極性、中極性3種類型的不同比表面積及孔徑大小的樹脂進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn),由表3可知,在7種大孔樹脂中,D101吸附率最高,X-5和 XAD-7次之,DA-201、AB-8和 NKA-9吸附效果較差,吸附率均低于40%;DA-201雖解吸效果最佳,但其吸附率較低,D101的解吸效果次之,且與DA-201解析率比較接近。D101樹脂的比表面積較大,利于色素的擴(kuò)散吸附與洗脫,且可能由于錐栗殼色素中主要成分的極性與D101樹脂的極性相似,因此D101樹脂對(duì)錐栗殼色素的吸附與解析效果均較好。綜合考慮,選取D101樹脂進(jìn)行后續(xù)的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)的吸附和解吸試驗(yàn)。

        2.2 D101大孔樹脂靜態(tài)吸附研究

        2.2.1 D101大孔樹脂靜態(tài)動(dòng)力學(xué)吸附研究

        D101大孔樹脂靜態(tài)動(dòng)力學(xué)吸附曲線如圖2所示。

        由圖2可知,色素溶液的吸光值隨著D101樹脂吸附時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。當(dāng)吸附120 min后,吸光值隨時(shí)間增加變化不大,吸附曲線趨于平緩,說(shuō)明此時(shí)樹脂基本達(dá)到吸附飽和平衡。

        2.2.2 色素溶液pH值對(duì)D101大孔樹脂吸附效果的影響

        調(diào)整錐栗殼色素溶液的pH值,考察D101樹脂對(duì)色素吸附效果的影響,結(jié)果如圖3所示。

        圖2 樹脂靜態(tài)動(dòng)力學(xué)吸附曲線Fig.2 The curve of resin static kinetic adsorption

        圖3 不同pH值下D101樹脂的吸附性能Fig.3 Adsorption capacity of D101 under different pH values

        由圖3可看出,錐栗殼色素的吸附率隨著pH值升高呈先增加后降低的趨勢(shì),當(dāng)色素溶液pH值為4時(shí),D101大孔樹脂對(duì)色素的吸附率最高,達(dá)到88.44%;當(dāng)pH值低于4時(shí),樹脂吸附率雖較高,但色素溶液顏色淺,顯色效果差,這是由于酸性的洗脫液使大孔樹脂呈一定程度的失水,從而增大樹脂孔徑,使得錐栗殼色素從樹脂孔中逃逸,且pH值過(guò)低會(huì)使大孔樹脂過(guò)度緊縮,阻礙了色素的逃逸,致使解析率降低[18];pH值較高,通常需要加酸,工業(yè)化生產(chǎn)中會(huì)增加對(duì)設(shè)備的腐蝕[19];當(dāng)pH值超過(guò)4時(shí),隨pH值的增加,吸附率逐漸降低,說(shuō)明pH值越高,色素越不穩(wěn)定,pH值超過(guò)7后,吸附率變化趨于平緩。因此,樣液pH值選取4.0為宜。

        2.2.3 吸附溫度對(duì)D101大孔樹脂吸附效果的影響

        吸附溫度對(duì)D101大孔樹脂吸附效果影響如圖4所示。

        由圖4可知,在設(shè)定的溫度范圍內(nèi),隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng),D101型大孔樹脂對(duì)錐栗殼色素溶液的吸附率均呈明顯的上升趨勢(shì)。在吸附時(shí)間為100 min時(shí),20、30、40℃對(duì)應(yīng)的吸附率非常接近;隨著溫度升高,分子運(yùn)動(dòng)加劇導(dǎo)致分子與樹脂間形成的氫鍵易斷開,吸附率會(huì)下降[20],因此50、60℃最終的吸附率相較于40℃的低。因此,吸附溫度選取40℃為宜。

        圖4 吸附溫度對(duì)大孔樹脂吸附效果的影響Fig.4 Influence of temperature on adsorption of macroporous resin

        2.2.4 乙醇濃度對(duì)D101大孔樹脂解吸效果的影響

        乙醇濃度對(duì)大孔樹脂解吸效果的影響如圖5所示。

        圖5 不同乙醇濃度條件下D101大孔樹脂的解吸率Fig.5 Desorption rate of D101 resin under different ethanol concentration

        由圖5可知,乙醇溶液對(duì)D101大孔樹脂有較好的解吸效果,解析率隨著乙醇濃度的增大而增大。當(dāng)乙醇溶液濃度為80%時(shí),解吸率達(dá)85.11%,繼續(xù)增加乙醇濃度,解吸率變化不大,趨于平緩。因此,從解吸效果以及節(jié)省乙醇考慮,乙醇洗脫濃度選取80%為宜。

        2.3 D101大孔樹脂的動(dòng)態(tài)吸附研究

        2.3.1 柱徑高比對(duì)D101樹脂吸附效果的影響

        柱徑高比對(duì)D101樹脂吸附效果的影響如圖6所示。

        圖6 柱徑高比對(duì)色素吸附效果的影響Fig.6 The impact of mean-diameter blade length ratio on the adsorption effcct

        由圖6所示,當(dāng)柱徑高比為1∶7時(shí),在第21管出現(xiàn)泄漏點(diǎn),達(dá)到泄露點(diǎn)時(shí)間過(guò)早,色素吸附量較少;當(dāng)柱徑高比為1∶10時(shí),在第29管出現(xiàn)泄漏點(diǎn),達(dá)到泄漏點(diǎn)的時(shí)間過(guò)久。在實(shí)際生產(chǎn)中,會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)周期過(guò)長(zhǎng)和工作效率低下等問(wèn)題,不利于規(guī)模生產(chǎn);當(dāng)柱徑高比為1∶8時(shí),在第23管出現(xiàn)泄漏點(diǎn);當(dāng)柱徑高比為1∶9時(shí),在第25管出現(xiàn)泄漏點(diǎn),達(dá)到泄漏點(diǎn)的時(shí)間適宜。因此,柱徑高比選擇1∶9為宜。

        2.3.2 上樣流速對(duì)D101樹脂吸附效果的影響

        上樣流速對(duì)D101樹脂吸附效果的影響如圖7所示。

        圖7 上樣流速對(duì)色素吸附效果的影響Fig.7 The impact of sample velocity on the adsorption result

        上樣流速差異,導(dǎo)致色素分子在D101大孔樹脂內(nèi)部的擴(kuò)散作用差異,因此樣液的上柱流速對(duì)吸附效果影響較大。當(dāng)上樣濃度相同時(shí),流速越快,色素分子還未擴(kuò)散到樹脂內(nèi)部而直接流走,容易造成泄漏現(xiàn)象,通常以泄漏點(diǎn)最遲出現(xiàn)的吸附流速為最佳控制流速[16]。

        由圖7所示,當(dāng)上樣液流速為2 mL/min時(shí),在第21管出現(xiàn)泄漏點(diǎn)。這是由于流速快,色素分子與樹脂作用時(shí)間太短,因此樹脂無(wú)法有效吸附色素,一方面降低吸附效率,另一方面造成色素浪費(fèi);當(dāng)流速為0.5 mL/min時(shí),達(dá)到泄漏點(diǎn)的時(shí)間過(guò)久,延長(zhǎng)生產(chǎn)周期,降低工作效率,不利于實(shí)際生產(chǎn);當(dāng)流速為1、1.5 mL/min時(shí),分別在第25管、22管出現(xiàn)泄漏點(diǎn)。因此,吸附流速選擇1 mL/min為宜。

        2.3.3 上樣濃度對(duì)D101樹脂吸附效果的影響

        上樣濃度對(duì)D101樹脂吸附效果的影響如圖8所示。

        圖8 上樣濃度對(duì)色素吸附效果的影響Fig.8 The impact of sample concentration on the adsorption effect

        由圖8所示,當(dāng)上樣液濃度為0.15 mg/mL和0.125 mg/mL時(shí),分別在第16管和第19根管出現(xiàn)泄漏點(diǎn)。由于上樣液濃度過(guò)高,在短時(shí)間內(nèi),樹脂吸附已達(dá)到飽和狀態(tài),樹脂無(wú)法繼續(xù)吸附色素,造成色素流出;當(dāng)濃度為0.075 mg/mL時(shí),在第28管出現(xiàn)泄漏點(diǎn),時(shí)間過(guò)長(zhǎng)且色素的吸附量少;當(dāng)濃度0.100 mg/mL時(shí),在第25根管出現(xiàn)泄漏點(diǎn)。因此,選擇吸附濃度0.100 mg/mL為宜。

        2.3.4 洗脫液流速對(duì)D101樹脂解吸效果的影響

        洗脫液流速對(duì)D101樹脂解吸效果的影響如圖9所示。

        圖9 洗脫液流速對(duì)解吸效果的影響Fig.9 The impact of eluent flow rate on the desorption effect

        由圖9所知,吸附飽和的大孔樹脂隨著洗脫的進(jìn)行,洗出液的吸光值逐漸增加,現(xiàn)象觀察發(fā)現(xiàn)樹脂顏色由棕色逐漸變淺,流出液的顏色不斷變深,說(shuō)明洗出液中的色素不斷增多;當(dāng)吸光值達(dá)到頂峰時(shí),隨即迅速下降,最終解吸液變清澈透明狀態(tài),說(shuō)明洗脫完成。與吸附原理類似,流速為2.0 mL/min時(shí),洗脫液與樹脂的作用時(shí)間過(guò)短,色素洗脫不完全,富集獲得的色素較少;流速為0.5 mL/min與1.0 mL/min的洗脫效果相似,但大規(guī)模生產(chǎn)時(shí),采用1.0 mL/min的洗脫流速,生產(chǎn)效率和富集效果更佳。

        2.4 正交試驗(yàn)結(jié)果

        正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。

        表4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Table 4 Orthogonal experiment result analysis

        續(xù)表4 正交試驗(yàn)結(jié)果分析Continue table 4 Orthogonal experiment result analysis

        表5 色素吸附率方差分析Table 5 Variance analysis of pigment adsorption rate

        通過(guò)極差分析可知3個(gè)因素對(duì)錐栗殼色素吸附純化效果影響的大小順序?yàn)椋荷蠘訚舛龋旧蠘恿魉伲局鶑礁弑取7讲罘治鼋Y(jié)果表明,C為主要影響因素,具有顯著性差異(P<0.05),A、B因素均無(wú)顯著性差異(P>0.05)。根據(jù)正交試驗(yàn)結(jié)果確定錐栗殼色素的最佳動(dòng)態(tài)吸附純化工藝為:A3B2C2,即柱徑高比為1∶10,上樣流速為1.5mL/min,上樣濃度為0.100mg/mL。在此工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),錐栗殼色素的吸附率達(dá)到92.88%,高于表4中正交設(shè)計(jì)各組試驗(yàn)的結(jié)果,因此確定其為錐栗殼色素動(dòng)態(tài)吸附純化的最佳工藝條件。

        2.5 錐栗殼色素純化前后的性質(zhì)對(duì)比

        錐栗殼色素純化前后的性質(zhì)對(duì)比見表6。

        表6 色素純化前后性質(zhì)對(duì)比Table 6 Properties contrast of pigment before and after purification

        由表6可知,經(jīng)D101大孔樹脂的吸附純化,錐栗殼色素的色價(jià)由31.2變?yōu)?4.3,純度提高1.38倍,說(shuō)明D101樹脂對(duì)錐栗殼色素的純化效果較佳;純化后色素的水溶性較前者佳,溶液呈深紅棕色、澄清透亮、穩(wěn)定性好。與劉平等[14]得出的板栗殼色素純化前后性質(zhì)類似,但本研究中粗提色素及純化色素的色價(jià)均高于相應(yīng)的板栗殼色素,且錐栗殼純化色素的色價(jià)較粗提色素的增加幅度也高于板栗殼色素。

        3 結(jié)論

        在選用的7種大孔樹脂中,以吸附率和解吸率為考察指標(biāo),發(fā)現(xiàn)D101的綜合效果最佳,篩選D101進(jìn)行后續(xù)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)錐栗殼色素溶液pH為4時(shí),D101樹脂吸附效果最佳;吸附時(shí)間延長(zhǎng),溫度升高,吸附率下降,考慮生產(chǎn)成本,選用40℃為最佳吸附溫度;從解吸效果以及節(jié)省乙醇考慮,選取乙醇溶液濃度80%作為最佳解吸濃度,對(duì)應(yīng)解吸率達(dá)85.11%。動(dòng)態(tài)吸附正交試驗(yàn)結(jié)果表明:上樣濃度是影響吸附效果的最主要因素,確定D101大孔樹脂對(duì)錐栗殼色素吸附純化的最佳工藝條件為:柱徑高比1∶10,上樣流速1.5 mL/min,上樣濃度0.100 mg/mL。在此工藝條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn),錐栗殼色素的吸附率達(dá)到92.88%。洗脫流速以1.0 mL/min為佳。經(jīng)D101大孔樹脂純化,錐栗殼色素的色價(jià)由31.2提高至74.3,純度提高1.38倍,表明D101大孔樹脂對(duì)錐栗殼色素的純化效果較好。純化后色素的溶解性較純化前佳,溶液呈深紅棕色、澄清透亮、穩(wěn)定性好。

        本試驗(yàn)操作較簡(jiǎn)單,成本較低,經(jīng)濟(jì)環(huán)保且能達(dá)到較好的分離純化效果,因此D101樹脂用于錐栗殼色素的分離純化具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。后續(xù)研究可對(duì)大孔樹脂分離純化法得到的純化色素與傳統(tǒng)純化方法如醇沉法、酸沉法等得到的純化色素進(jìn)行比較,測(cè)定其色價(jià)是否高于傳統(tǒng)純化方法,并進(jìn)行D101型樹脂的再生性實(shí)驗(yàn)。

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