孫敬敬，楊瑞金，楊進(jìn)潔，張文斌*

1(江蘇省食品安全與質(zhì)量控制協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無錫，214122)2(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122) 3(煙臺(tái)雙塔食品股份有限公司，山東 招遠(yuǎn)，265404)

核桃(JuglansregiaL.)是胡桃科核桃屬植物，世界四大堅(jiān)果之一，有補(bǔ)腎、益智、固精強(qiáng)腰、溫肺定喘、潤腸通便等功效[1]。核桃仁作為一種高油料作物，含有角鯊烯、維生素及多酚等多種活性物質(zhì)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高。核桃種皮約占核桃仁質(zhì)量的5%～10%，核桃仁中90%以上的多酚類物質(zhì)都集中于種皮中，主要為酚酸、水解鞣質(zhì)及少量黃酮類成分[2]。核桃多酚具有多種生物活性，如抗氧化、清除自由基、預(yù)防心臟病、改善血液循環(huán)、抗動(dòng)脈粥樣硬化、抗炎等[3-4]。然而，種皮中的多酚容易通過氫鍵、疏水相互作用及離子鍵等與蛋白結(jié)合，影響核桃蛋白的功能特性[5]。且因核桃種皮的苦味和澀味，在食品生產(chǎn)加工過程中常被當(dāng)作廢物處理[6]。核桃乳加工中常用濕堿法去皮，導(dǎo)致企業(yè)每生產(chǎn)1 t核桃乳就會(huì)產(chǎn)生數(shù)噸的堿性廢水，在鮮食核桃仁及核桃蛋白粉等食品加工制作過程中也常做脫皮處理，造成了種皮多酚的極大浪費(fèi)。

目前多酚的純化方法主要有硅膠柱層析法、葡聚糖凝膠色譜法和大孔吸附樹脂法等。大孔樹脂因操作簡單、可回收再生，具有良好的吸附選擇性和穩(wěn)定性及不易受酸堿和雜質(zhì)的影響等優(yōu)點(diǎn)而被國內(nèi)外學(xué)者廣泛應(yīng)用于天然活性物質(zhì)的分離純化[7]。GUO等[8]研究表明獼猴桃果皮多酚經(jīng)NKA-II樹脂純化后純度由33.2%提高到了55.26%。張旭等[9]采用AB-8樹脂對(duì)核桃青皮汁多酚進(jìn)行純化，使得多酚純度提高了4.68倍。徐佳[10]用HZ-801型樹脂對(duì)核桃外果皮多酚提取液進(jìn)行純化，多酚含量由純化前的8.00%提高到了17.68%。國內(nèi)外對(duì)核桃多酚的純化和抗氧化性等方面研究較多，然而，對(duì)核桃種皮多酚大孔吸附樹脂富集分離時(shí)，其功效組分的保留情況關(guān)注較少。

與此同時(shí)，國內(nèi)外有少數(shù)關(guān)于核桃多酚的鑒定研究，趙聰[11]采用HPLC方法鑒定出核桃種皮多酚中含有表兒茶素、沒食子酸和槲皮素等8種酚類物質(zhì)。LIU等[12]采用超高效液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜在核桃仁中鑒定出黃酮、單寧和酚酸等27種多酚類物質(zhì)。REGUEIRO等[2]研究結(jié)果表明核桃仁中的主要的酚類物質(zhì)是鞣花單寧、鞣花酸及其衍生物。ZHANG等[13]在核桃種皮中鑒定出鞣花酸、奎寧酸、香豆酸、對(duì)香豆酸、原兒茶酸、咖啡酸、對(duì)羥基苯甲酸和丁香酸等32種酚類物質(zhì)?，F(xiàn)有的研究中大多是直接對(duì)核桃多酚類物質(zhì)鑒定，卻鮮有關(guān)于核桃種皮多酚的純化及鑒定的綜合研究。

本文為提高核桃種皮多酚的純度，篩選適宜富集核桃種皮多酚的大孔樹脂，優(yōu)化分離工藝條件，并采用液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)純化后保留的多酚組分進(jìn)行鑒定，為進(jìn)一步開發(fā)利用核桃種皮多酚提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

核桃仁，云南省臨滄市；沒食子酸、無水乙醇、福林酚、無水Na2CO3、濃鹽酸等均為分析純，國藥集團(tuán)；AB-8、D101、NKA-9、HPD 100樹脂，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

LE2002E電子天平、DELTA-320型pH計(jì)，梅特勒托利多儀器有限公司；M348834旋渦振蕩器，德國IKA公司；水浴恒溫振蕩器，常州諾基儀器有限公司；酶標(biāo)儀，南京拜爾沃克公司；RV10型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，廣州儀科實(shí)驗(yàn)技術(shù)有限公司；冷凍干燥機(jī)，北京BMH有限公司；HD-3000紫外檢測(cè)儀，上海嘉鵬科技有限公司；玻璃層析柱，上海五相儀器儀表有限公司；超高效液相色譜串聯(lián)四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Waters公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 粗多酚樣品的制備及標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參照文獻(xiàn)[14]制備核桃種皮多酚提取液，旋蒸后冷凍干燥，凍干的粗酚樣品貯存于4 ℃冰箱。

多酚含量的測(cè)定：精確稱取沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品，蒸餾水溶解定容配制成100 μg/mL的母液。分別吸取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7 mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液于比色管中，加水補(bǔ)足至1 mL，加入1 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的Na2CO3溶液和0.5 mL福林酚試劑(稀釋10倍)，混勻后，室溫避光反應(yīng)1.5 h，測(cè)定765 nm處的吸光度，以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以同樣的方法將樣品溶液稀釋至一定濃度后，測(cè)定樣品的吸光值。

1.2.2 大孔樹脂的預(yù)處理

大孔樹脂用體積分?jǐn)?shù)95%乙醇溶液浸泡12 h,蒸餾水洗至無醇味，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%NaOH溶液浸泡處理4 h，蒸餾水沖洗至中性；最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%鹽酸浸泡4 h，蒸餾水洗樹脂至中性，備用。

1.2.3 樹脂的選型

分別稱取1.00 g預(yù)處理的4種濕樹脂于100 mL錐形瓶中，加入2 mg/mL核桃種皮多酚溶液20 mL，密封置于25 ℃水浴搖床上，150 r/min持續(xù)振蕩12 h，使樹脂吸附飽和，從上清液中取樣測(cè)定多酚含量。將吸附飽和的樹脂真空抽濾，用蒸餾水潤洗至樹脂表面無酚液殘留，加入20 mL的體積分?jǐn)?shù)為70%乙醇溶液解吸6 h，測(cè)定解吸液中多酚含量。依據(jù)公式(1)～公式(3)計(jì)算樹脂吸附量(mg/g)、吸附率(%)和解吸率(%)：

(1)

(2)

(3)

式中：ρ0，初始多酚質(zhì)量濃度，mg/mL；ρ1，吸附后多酚液質(zhì)量濃度，mg/mL；ρ2，解吸液多酚質(zhì)量濃度，mg/mL；V1，吸附液體積，mL；V2，解吸液體積，mL；m，濕樹脂質(zhì)量，g。

1.2.4 AB-8樹脂靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)曲線

處理方法同1.2.3，每隔0.5 h取0.5 mL上清液，按1.2.1測(cè)定吸光值，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算上清液的多酚含量和吸附率，繪制飽和吸附曲線。

1.2.5 上樣液濃度對(duì)樹脂吸附率的影響

稱取1.00 g預(yù)處理好的AB-8樹脂各5份，依次加入20 mL質(zhì)量濃度分別為1、2、3、4、5 mg/mL的核桃種皮多酚溶液，密封置于25 ℃水浴搖床上，150 r/min持續(xù)振蕩3 h，測(cè)定上清液中的多酚含量，按公式(2)計(jì)算吸附率。

1.2.6 pH值對(duì)樹脂吸附率的影響

稱取1.00 g預(yù)處理好的AB-8樹脂各7份，依次加入20 mL pH值分別為1、2、3、4、5、6、7 的核桃種皮多酚溶液，密封置于25 ℃水浴搖床上，150 r/min持續(xù)振蕩3 h，測(cè)定上清液中的多酚含量，按公式(2)計(jì)算吸附率。

1.2.7 乙醇濃度對(duì)解吸率的影響

稱取1.00 g預(yù)處理好的AB-8樹脂各6份，依次加入20 mL pH 9.0，質(zhì)量濃度為2 mg/mL的核桃種皮多酚溶液，密封置于25 ℃水浴搖床上，150 r/min持續(xù)振蕩吸附3 h后，抽濾后洗滌樹脂，分別加入體積分?jǐn)?shù)為50%、60%、70%、80%、90%、100%的乙醇溶液20 mL，瓶口密封，按1.2.3方法解吸并根據(jù)公式(3)計(jì)算解吸率。

1.2.8 大孔樹脂動(dòng)態(tài)吸附及解吸

(1) 泄露曲線：將預(yù)處理好的AB-8樹脂20.00 g濕法裝入Φ1.0 cm×30 cm的層析柱(1 BV=35 mL)，用去離子水平衡過夜，將質(zhì)量濃度為2 mg/mL，pH 3.0的核桃種皮多酚粗提液以1 mL/min流速上柱，10 mL每管收集流出液并測(cè)定多酚濃度，直至流出液多酚濃度(Ct)達(dá)到上樣液的多酚濃度(Co)的10%時(shí)停止進(jìn)樣，繪制泄露曲線。

(2) 洗脫曲線：將質(zhì)量濃度為2 mg/mL、pH 3.0的核桃多酚溶液以1 mL/min的流速上樣14 BV，經(jīng)3 BV去離子水除雜后，用體積分?jǐn)?shù)為70%乙醇溶液洗脫至無紫外吸收，10 mL每管收集洗脫液，測(cè)定多酚濃度，繪制洗脫曲線。

將洗脫液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)去除乙醇，凍干后測(cè)定多酚純度。多酚類物質(zhì)的純度定義為混合物中多酚類物質(zhì)質(zhì)量與混合物總質(zhì)量的比值，如公式(4)所示：

(4)

1.2.9 核桃種皮多酚組分鑒定

通過超高效液相色譜串聯(lián)四級(jí)桿飛行時(shí)間質(zhì)譜(ultra-performance liquid chromatography coupled with quadrupole time-of-flight tandem mass spetrometry，UPLC-TOF-MS/MS)對(duì)核桃種皮中酚類物質(zhì)進(jìn)行鑒定。

色譜條件：Waters Acquity BEH C18 色譜柱(2.1 mm×50 mm，1.7 μm)；流動(dòng)相A為純乙腈，B為0.1%甲酸(體積分?jǐn)?shù))，梯度洗脫：0～0.1 min，5% A；0.1～5 min，5%～20% A；5～8 min，20%～40% A；8～10 min，40%～80% A；10～15 min，100% A。流速0.3 mL/min，DAD檢測(cè)波長為200～600 nm，進(jìn)樣量5 μL。

質(zhì)譜條件：負(fù)離子模式，電噴霧離子化源，離子源溫度100 ℃，毛細(xì)管電壓3.0 kV，錐孔氣流量50 L/h，脫溶劑溫度400 ℃，脫溶劑氣體流量500 L/h，掃描范圍m/z50～1 500。

1.2.10 數(shù)據(jù)分析

所有結(jié)果表示均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差，所有樣品均做3次平行實(shí)驗(yàn)，分別用SPSS 22做統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和Origin Pro 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 四種大孔樹脂對(duì)核桃種皮多酚的吸附和解吸性能比較分析

大孔樹脂的吸附是利用樹脂多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和高比表面積形成的分子篩作用，也與樹脂和目標(biāo)物之間的范德華力或氫鍵締合能力有關(guān)[15]。如表1所示，AB-8樹脂的吸附量和解吸率顯著高于其他幾種樹脂。一般來說，極性化合物在極性樹脂上具有較好的吸附性能，雖然NKA-9樹脂為極性樹脂，但其吸附量和解吸率卻低于AB-8樹脂，可見樹脂的平均孔徑和比表面積等物理特性也能影響多酚類物質(zhì)的吸附效果。綜合考慮，AB-8樹脂是最適合純化核桃種皮多酚的樹脂。

表1 大孔吸附樹脂的吸附及解吸性能比較Table 1 Comparison of adsorption and desorption properties of resins

2.2 大孔樹脂的靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)曲線

如圖1所示，吸附開始的1 h 內(nèi)核桃種皮多酚快速吸附至樹脂內(nèi)部，多酚的吸附率迅速上升至70%，繼續(xù)振蕩吸附2 h后樹脂達(dá)到吸附飽和狀態(tài)，吸附率

圖1 AB-8樹脂靜態(tài)吸附動(dòng)力學(xué)曲線Fig.1 Adsorption kinetics curve of AB-8 resin

無明顯變化。故選擇3 h為最佳吸附時(shí)間。

2.3 上樣液質(zhì)量濃度對(duì)吸附效果的影響

如圖2所示，核桃種皮多酚上樣液質(zhì)量濃度為2 mg/mL時(shí)，樹脂的吸附率最大，可能是核桃種皮多酚上樣液在低濃度時(shí)，樹脂仍有吸附位點(diǎn)剩余，多酚可以迅速擴(kuò)散至樹脂內(nèi)部；當(dāng)上樣液質(zhì)量濃度>2 mg/mL時(shí)，AB-8樹脂的吸附率隨濃度升高呈下降趨勢(shì)，可能是高濃度的上樣液會(huì)使樹脂內(nèi)多酚類物質(zhì)的擴(kuò)散受到抑制，且上樣液濃度越高，雜質(zhì)越多，會(huì)阻塞多酚分子進(jìn)入樹脂，增大傳質(zhì)阻力，從而引起樹脂吸附率下降。因此，核桃種皮多酚上樣液質(zhì)量濃度選擇2 mg/mL為宜。

圖2 上樣液質(zhì)量濃度對(duì)樹脂吸附率的影響Fig.2 Effect of walnut pellicle polyphenols concentration on adsorption rate

2.4 pH值對(duì)吸附效果的影響

如圖3所示，樹脂的吸附率隨核桃種皮多酚上樣液pH值的升高呈先上升后下降趨勢(shì)，pH>3.0時(shí)，樹脂的吸附率降低,表明酸性條件下能保持多酚的酚羥基結(jié)構(gòu)，更有利于AB-8樹脂對(duì)核桃種皮多酚的吸附。因此，核桃種皮多酚上樣液最佳pH值為3.0。

圖3 pH值對(duì)樹脂吸附率的影響Fig.3 Effect of pH value on the adsorption rate

2.5 乙醇濃度對(duì)解吸率的影響

多酚類物質(zhì)一般具有一定的極性和親水性，一般使用甲醇、乙醇及丙酮等作為樹脂的解吸溶劑，實(shí)際加工利用中乙醇的安全性較高且成本低，因而選擇乙醇溶液作為AB-8樹脂的解吸液。如圖4所示，AB-8樹脂的解吸率隨乙醇濃度的升高呈先上升后下降趨勢(shì)，當(dāng)乙醇溶液體積分?jǐn)?shù)為70%時(shí)，核桃種皮多酚的解吸率最大。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)>70%時(shí)，樹脂解吸率

圖4 乙醇濃度對(duì)樹脂解吸率的影響Fig.4 Effect of ethanol concentration on desorption rate

下降，可能是因?yàn)楦邼舛纫掖既芤旱臉O性與多酚的極性相差較大，核桃種皮多酚在乙醇溶液中的溶解度變低。在工業(yè)生產(chǎn)中，乙醇濃度過高容易使其揮發(fā)加快，在實(shí)際生產(chǎn)中也很難控制，因此選擇70%的乙醇溶液作為最適解吸溶液。

2.6 AB-8樹脂動(dòng)態(tài)吸附泄露曲線及洗脫曲線

樹脂對(duì)目標(biāo)物的吸附能力有限，當(dāng)樹脂吸附的目標(biāo)物濃度到達(dá)一定量時(shí)，樹脂對(duì)目標(biāo)物的吸附作用會(huì)降低，進(jìn)樣液便從樹脂柱上泄露。如圖5所示，以pH值為3.0，質(zhì)量濃度為2 mg/mL的核桃種皮多酚溶液進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附，上樣14 BV時(shí)，流出液的多酚濃度可達(dá)到上樣液濃度的10%，繼續(xù)增加上樣體積，流出液的多酚濃度快速升高，樹脂的吸附能力降低，因此核桃種皮多酚的最大上樣量為14 BV；如圖6所示，用70%的乙醇溶液洗脫時(shí)，在1.5 BV時(shí)洗脫液多酚濃度達(dá)到最大，繼續(xù)洗脫至流出液在280 nm下無紫外吸收，此時(shí)洗脫液用量為4 BV。綜上可知，AB-8樹脂在動(dòng)態(tài)吸附條件下，最大上樣量為14 BV，洗脫液用量為4 BV。

圖5 核桃種皮多酚在AB-8樹脂上的泄露曲線Fig.5 Breakthrough curves of walnut pellicle polyphenols on AB-8 resins

圖6 核桃種皮多酚在AB-8樹脂上的洗脫曲線Fig.6 Desorption curves of walnut pellicle polyphenols on AB-8 resins

2.7 核桃種皮多酚的組分鑒定

UPLC-TOF-MS/MS的分析表明，二級(jí)質(zhì)譜比一級(jí)質(zhì)譜專屬性更強(qiáng)，對(duì)物質(zhì)的鑒定更準(zhǔn)確，在含有甲酸的流動(dòng)相中，有利于核桃種皮中多酚類物質(zhì)的鑒定。對(duì)核桃種皮多酚組分的鑒定結(jié)果如表2所示，主要是鞣花酸及其衍生物，其中包括含有六羥基聯(lián)苯二甲酰基即鞣花?；?hexahydroxydiphenoyl，HHDP)的鞣花單寧含量最豐富。

表2 核桃種皮多酚組分鑒定表

如圖7所示，峰1和峰2給出準(zhǔn)分子離子m/z為481[M-H]-和碎片離子m/z300.99(M-H-180，葡萄糖丟失)，m/z300.99為鞣花酸的分子離子峰與文獻(xiàn)[16]報(bào)道一致，初步鑒定為鞣花?；咸烟钱悩?gòu)體。峰3和峰8給出準(zhǔn)分子離子m/z為783，在m/z481(M-H-302，HHDP丟失)和m/z301(M-H-481，HHDP-葡萄糖丟失)處產(chǎn)生主要片段離子，這種碎裂方式可能是二鞣花?；咸烟?，已被報(bào)道為核桃中主要的鞣花單寧之一[17]。在一級(jí)質(zhì)譜中，峰4、峰5、峰6等多個(gè)出峰位置均鑒定出m/z為951準(zhǔn)分子離子，二級(jí)質(zhì)譜中還檢測(cè)到m/z907、783(M-H-168，沒食子酸損失)、481(M-H-469，三沒食子?；鶃G失)、301和275的碎片，該物質(zhì)可能是三沒食子?；坊；咸烟荹2]。峰12給出準(zhǔn)分子離子m/z為935和碎片離子m/z301和275，該物質(zhì)可能為木麻黃素或木麻黃鞣亭異構(gòu)體，與文獻(xiàn)[18]鑒定結(jié)果一致。在m/z為933處的物質(zhì)被鑒定為Glansrin C異構(gòu)體，在m/z631(M-H-301，HHDP丟失)、m/z481(M-452，三沒食子酰基團(tuán)丟失)、m/z451(M-482，HHDP-葡萄糖丟失)和m/z301處可鑒定出主要的MS2片段。

圖7 核桃種皮多酚負(fù)離子模式總離子流圖Fig.7 Total ion current diagram of walnut pellicle polyphenol in negative ion mode

峰24可能為鞣花酸，因鞣花酸在負(fù)離子模式掃描時(shí)失去1個(gè)H，產(chǎn)生m/z300.99分子離子峰，在m/z257(M-44，CO2丟失)、229(M-44-28，CO2和CO丟失)和185(丟失2個(gè)CO2和1個(gè)CO)處產(chǎn)生碎片離子，與文獻(xiàn)[19]報(bào)道一致。此外，m/z分別為463和433的物質(zhì)分別可能為鞣花酸己糖異構(gòu)體和鞣花酸戊糖異構(gòu)體，二者均在m/z300.99處產(chǎn)生離子碎片[13]。

在MS2質(zhì)譜的基礎(chǔ)上，[M-H]-在m/z592處，MS2片段在403、343、241和197處的化合物可能為Glansreginins A，與文獻(xiàn)[19-20]報(bào)道一致。峰20給出準(zhǔn)分子離子m/z為785，在m/z301和275處產(chǎn)生主要碎片離子，這種碎裂模式可能是二沒食子?；?鞣花?；?葡萄糖[19]。峰25給出準(zhǔn)分子離子m/z為787，在m/z617、169和125處產(chǎn)生主要碎片離子，這種碎裂模式可能是四沒食子?；咸烟荹19]。此外，大量文獻(xiàn)報(bào)道核桃中還含有綠原酸、丁香酸、沒食子酸、咖啡酸、阿魏酸、槲皮素和兒茶素等多種單體酚酸及其衍生物，可能是由于核桃原料的來源和基因存在差異，致使本文鑒定出的核桃種皮多酚種類與相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道存在差異[21]。

3 結(jié)論

試驗(yàn)篩選出AB-8樹脂是最適合富集核桃種皮多酚的樹脂，靜態(tài)吸附的最佳工藝為：上樣液質(zhì)量濃度2 mg/mL，pH 3.0，吸附時(shí)間3 h，解吸液為體積分?jǐn)?shù)70%的乙醇溶液，動(dòng)態(tài)吸附最大上樣量為14 BV，洗脫液用量為4 BV，此工藝可使核桃種皮多酚純度提高至純化前的2.91倍。UPLC-TOF-MS/MS鑒定出核桃種皮多酚組分主要為鞣花酸、鞣花?；咸烟钱悩?gòu)體、二鞣花?；咸烟?、三沒食子酰基鞣花?；咸烟恰⑺臎]食子?；咸烟恰⒛韭辄S素/木麻黃鞣亭異構(gòu)體、Glansrin C 異構(gòu)體、鞣花酸己糖異構(gòu)體、鞣花酸戊糖異構(gòu)體及Glansreginin A等30種多酚組分。本文對(duì)酸性乙醇超聲提取的核桃內(nèi)種皮多酚進(jìn)行了大孔吸附樹脂富集探索，篩選出能保留鞣花酸及其衍生物等主要功效成分的初步分離方法，可為核桃種皮多酚的開發(fā)提供新的指引。