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(kāi)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(kāi)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(shù)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(shù)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(shù)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(jiàn)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(jiàn)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(shù)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(shù)脂（NKA-9、D4020、XAD-7、DA-201、AB-8、X-5、D101）：均購(gòu)于安徽三星樹(shù)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(jiàn)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(shù)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(shù)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(shù)脂預(yù)處理

將1.1中所述的7種大孔樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂置于蒸餾水中備用，以防微生物侵染。

1.3.4 最佳吸附樹(shù)脂的選擇

用濾紙輕輕擦拭經(jīng)預(yù)處理活化的大孔樹(shù)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(shù)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(shù)脂表面的錐栗色素。將7種大孔樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂吸附效果的影響

準(zhǔn)確稱取7份1.0 g大孔樹(shù)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(shù)脂的吸附率。

1.3.5.3 溫度對(duì)D101樹(shù)脂吸附效果的影響

準(zhǔn)確稱取5份1.0g大孔樹(shù)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(shù)脂解吸效果的影響

準(zhǔn)確稱取7份1.0 g大孔樹(shù)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(shù)脂基本吸附飽和后，抽濾棄去濾液，留下吸附飽和的樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂至其飽和。再用蒸餾水上樣，洗除樹(shù)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(shù)脂在不同洗脫液流速下的解吸曲線。

1.3.6.5 D101大孔樹(shù)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(jiàn)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(shù)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(shù)脂的篩選

采用7種大孔樹(shù)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(shù)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(shù)脂吸附性能的因素較多，如樹(shù)脂的極性、樹(shù)脂的比表面積、樹(shù)脂孔徑等。通常樹(shù)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(shù)脂比表面積大時(shí)吸附效果較好；樹(shù)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(shù)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(shù)脂進(jìn)行靜態(tài)吸附試驗(yàn)，由表3可知，在7種大孔樹(shù)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(shù)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(shù)脂的極性相似，因此D101樹(shù)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(shù)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(shù)脂靜態(tài)吸附研究

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

D101大孔樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂對(duì)色素吸附效果的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖2 樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂呈一定程度的失水，從而增大樹(shù)脂孔徑，使得錐栗殼色素從樹(shù)脂孔中逃逸，且pH值過(guò)低會(huì)使大孔樹(shù)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(shù)脂吸附效果的影響

吸附溫度對(duì)D101大孔樹(shù)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(shù)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(shù)脂間形成的氫鍵易斷開(kāi)，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(shù)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(shù)脂解吸效果的影響

乙醇濃度對(duì)大孔樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂的動(dòng)態(tài)吸附研究

2.3.1 柱徑高比對(duì)D101樹(shù)脂吸附效果的影響

柱徑高比對(duì)D101樹(shù)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(shù)脂吸附效果的影響

上樣流速對(duì)D101樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂作用時(shí)間太短，因此樹(shù)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(shù)脂吸附效果的影響

上樣濃度對(duì)D101樹(shù)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(shù)脂吸附已達(dá)到飽和狀態(tài)，樹(shù)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(shù)脂解吸效果的影響

洗脫液流速對(duì)D101樹(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(jiàn)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(jiàn)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂的再生性實(shí)驗(yàn)。

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