秦微微，金婷，王爽，宋學東，丁振鐸，張衡（.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院，黑龍江哈爾濱5005；.棗莊學院生命科學系，山東棗莊7760；.哈爾濱市農(nóng)業(yè)信息中心，黑龍江哈爾濱500）

大孔樹脂純化東北山核桃殼棕色色素工藝的研究

秦微微1，金婷2，王爽1，宋學東1，丁振鐸1，張衡3
（1.黑龍江生態(tài)工程職業(yè)學院，黑龍江哈爾濱150025；2.棗莊學院生命科學系，山東棗莊277160；3.哈爾濱市農(nóng)業(yè)信息中心，黑龍江哈爾濱150021）

為減少東北山核桃殼棕色色素的雜質(zhì)，提高其色價，選擇4種大孔吸附樹脂，分別測定了它們對棕色素的吸附率和解吸率，篩選出較優(yōu)的棕色素吸附劑，并對其吸附性能進行了考察。結(jié)果表明：NKA-9樹脂對棕色素有較好的吸附和解吸效果，當濃度為0.1mg/mL時樹脂的吸附效果最好，上樣液的最佳pH值為3.0，最佳解析液為70%乙醇溶液，最佳上樣液流速為2.0mL/min，最佳洗脫液流速為1.0mL/min，洗脫劑用量不少于3BV。經(jīng)樹脂純化后，色素色價可提高至162.81%。

大孔樹脂；純化；核桃殼；棕色素

核桃殼屬于山核桃加工的廢棄物，在黑龍江省林地面積可達1 962.13萬公頃，山核桃的產(chǎn)量非常豐富。隨著核桃產(chǎn)品加工量的逐年擴大，核桃殼的利用引起了人們的關(guān)注。對核桃殼的深入研究發(fā)現(xiàn)，核桃殼中含有天然的棕色色素，將這種天然色素提取出來，并用于食品加工中，既避免了核桃殼資源的浪費，又滿足了人們對健康、安全的天然色素的需求，充分地體現(xiàn)了核桃殼的價值［1-2］。核桃殼棕色色素在提取過程中，其粗提液中含有糖類、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)，為了提高棕色素的品質(zhì)，拓寬其應用范圍，本文對粗提液進行了純化研究。

大孔吸附樹脂具有理化性質(zhì)穩(wěn)定，不溶于酸堿和有機溶劑，選擇性好，不受無機鹽的影響，解吸溫和、再生簡便、使用周期長等優(yōu)點。自20世紀70年代以來，大孔樹脂分離技術(shù)被廣泛用于天然產(chǎn)物分離［3-5］。目前，利用大孔樹脂純化東北山核桃殼的報道很少，本文就大孔樹脂純化山核桃殼棕色色素的工藝進行了研究，旨在為東北山核桃殼棕色色素的深入研究奠定一定的理論參考。

1　材料與儀器

1.1材料

東北山核桃殼采自黑龍江省尚志市山區(qū)。

1.2儀器

T6-1901紫外可見分光光度計：北京普析通用；SHY-2A雙功能數(shù)顯水浴恒溫振蕩器：江蘇金城；JY20002精密電子天平：上海良平儀器儀表有限公司；R-501旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海申順；PHS-3C酸度計：上海雷磁；DZF-6050真空干燥箱，上海博訊；DOB-20003型光電分析天平：重慶實驗設備廠。

1.3試劑

HCl、NaOH、95%乙醇均為國產(chǎn)分析純；大孔樹脂（各項參數(shù)詳見表1）：天津光復精細化工研究所。

表1　大孔樹脂的參數(shù)Table 1　Parmeters of different macroporous adsorptive resins

2　方法

2.1山核桃殼棕色色素的制備

取5.0g粉碎至40目～80目的山核桃殼粉，加入50%的乙醇溶液100 mL，在80℃水浴中浸提1 h，冷至室溫后過濾，濾渣同法再浸提一次，合并兩次濾液，減壓濃縮，真空干燥得棕色粉末。

2.2棕色色素吸收光譜的確定

取50 μg/mL核桃殼棕色素溶液（以50%乙醇作溶劑），用T6-1901紫外可見分光光度計在200nm～800 nm波長范圍內(nèi)進行光譜掃描，確定最大吸收波長。

2.3樹脂的預處理

將新購置的大孔樹脂置于干凈的燒杯中，加入體積分數(shù)為95%的乙醇浸泡24 h，傾去上層懸浮物，繼續(xù)用95%的乙醇反復洗滌，至流出液與蒸餾水按照體積比為1∶5混合無白色混濁為止，然后用蒸餾水洗至無醇味備用。

2.4大孔樹脂純化山核桃殼棕色色素工藝的研究

2.4.1樹脂篩選

準確稱取已處理的NKA-9、D101、AB-8、D4020大孔樹脂各5.0 g，分別置于150 mL三角瓶中，各加入20.0 mL一定濃度的色素溶液，用保鮮膜封口，于25℃恒溫振蕩器上140 r/min振蕩吸附3 h后，測定色素溶液的吸光值。用蒸餾水洗去樹脂上殘余色素后吸干水分。然后將樹脂再次置于150 mL三角瓶中，分別加入20.0 mL 60%的乙醇溶液洗脫樹脂，用保鮮膜封口，于25℃恒溫振蕩器上140 r/min振蕩解吸3 h后，測定色素溶液的吸光值。按照（1）、（2）式，計算各樹脂的吸附率及解吸率。

式中：D1為吸附率，%；A0為吸附前樣品吸光值；A1為吸附后樣品吸光值。

式中：D2為解吸率，%；A0為吸附前樣品吸光值；A1為吸附后樣品吸光值；A2為解吸液吸光值。

2.4.2樹脂靜態(tài)吸附與解析的研究

2.4.2.1上樣液濃度對樹脂吸附的影響

稱取5.0 g已處理的NKA-9樹脂6份，分別置于6個150 mL三角瓶中，分別加入濃度0.05、0.075、0.1、0.125、0.15、0.175 mg/mL的粗提取液各20.0 mL，用保鮮膜封口，在恒溫振蕩器上于25℃、140 r/min條件下吸附3 h，測定吸附后色素液的吸光值，計算吸附率。

2.4.2.2pH對樹脂吸附率的影響

配制pH值為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0的0.1 mg/mL的色素溶液各20.0 mL，測定吸光值后分別置于150 mL三角瓶中。分別稱取已處理的NKA-9樹脂5.0 g于5個三角瓶中，用保鮮膜封口，置恒溫振蕩器上于25℃、140 r/min振蕩3 h，充分吸附后測定色素液的吸光值，計算吸附率。

2.4.2.3洗脫劑濃度對解吸的影響

精確稱取5份經(jīng)預處理過的NKA-9樹脂5.0 g于150 mL的三角瓶中，分別加入0.1 mg/mL的色素溶液各20.0 mL，用保鮮膜封口，置恒溫振蕩器上于25℃、140 r/min振蕩3 h，過濾，過濾后的樹脂再分別加入體積分數(shù)為50%、60%、70%、80%、90%乙醇溶液20 mL，于25℃、140 r/min條件下振蕩解吸3 h，測定解析液的吸光值，計算解析率。

2.4.3樹脂動態(tài)吸附與解析的研究

2.4.3.1上樣流速對樹脂吸附率的影響稱取30.0 g預處理后的NKA-9大孔樹脂，采用濕法裝柱（11 cm×Φ3 cm），在同樣條件下分別以1.0、2.0、3.0 mL/min的流速收集流出液，測定流出液的吸光值，確定上樣流速對樹脂吸附的影響。

2.4.3.2洗脫流速及洗脫劑用量對樹脂解析色素的影響

將吸附飽和的樹脂在同樣條件下，先用2BV（100mL）蒸餾水沖洗柱子，以適量的70%乙醇作為洗脫劑，在1.0、2.0、3.0 mL/min的速度下洗脫，測定流出液的吸光值，確定洗脫流速對樹脂解析的影響。

2.5色素的色價與純化率

將山核桃殼棕色色素的粗提液和純化液分別進行，濃縮，干燥，得固體粉末。分別精確稱量0.100 0 g，用50%乙醇將其溶解定容至100 mL，再取1 mL溶液定容至100 mL，在289 nm下測定其吸光值。按照公式（3）、（4）計算色價和純化率。

式中：E為色價；A為吸光值；m為樣品質(zhì)量，g；f為稀釋倍數(shù)，E純化后為純化后色價；E純化前為純化前色價。

3　結(jié)果分析

3.1棕色色素吸收光譜

棕色色素吸收光譜如圖1。從吸光曲線上可以看出，核桃殼棕色素在289 nm處出現(xiàn)最大吸收峰，即λmax=289。

圖1 棕色素的吸收光譜Fig.1　UV absorption spectrum of the brown pigment

3.2樹脂的篩選

4種樹脂對棕色素的吸附率和解析率見表2。表中顯示，樹脂NKA-9的吸附率最高，達到70%以上，樹脂AB-8和D4020的吸附率在60%上下，D-101的吸附率最低；4種樹脂的解析率以D101最高達到95%以上，NKA-9稍次之，AB-8最低。

大孔樹脂的吸附率與其比表面積、表面極性、孔結(jié)構(gòu)等有關(guān)，尤其是比表面積在吸附過程中起較大作用［6］。4種樹脂中，NKA-9的吸附率最高，比表面積也是最小的，在解析率的比較中，NKA-9的解析率僅次于D-101，但D-101的吸附率較之NKA-9相差甚多，所以，綜合考慮，樹脂NKA-9為純化色素的較好樹脂。

表2　4種樹脂對棕色素的吸附率和解析率的影響Table 2 Absorption and desorption of different resins to the brown pigment

3.3樹脂靜態(tài)吸附與解析的研究

3.3.1上樣液濃度對樹脂吸附的影響

上樣液濃度對樹脂吸附的影響如表3。

表3　不同上樣液濃度對樹脂吸附率的影響Table 3 Effect of different sample concentration of adsorption to absorption

由表3可知，解析率隨著上樣液濃度的增加而上升，當濃度為0.1 mg/mL時，吸附率達90.0%，之后隨著樣液濃度的增加，吸附率變化很小。因此，選取0.1 mg/mL為上樣液濃度。

3.3.2pH值對樹脂吸附率的影響

pH值對樹脂吸附率的影響見圖2。

圖2pH值對樹脂吸附率的影響Fig.2　Adsorption of resin NKA-9 to the brown pigment at different pH values

溶液pH值改變可以改變?nèi)芤旱臉O性，影響有效成分和大孔樹脂間的分子間作用力。從pH由2.0到6.0的遞增過程中，樹脂對色素的吸附率呈先升后降的趨勢，當pH為3.0時色素的吸附率最高，達到92.1%。因此，選擇3.0為最佳吸附溶液pH值。

3.3.3洗脫劑濃度對解吸的影響

洗脫劑濃度對解吸的影響見圖3。

圖3　棕色素在不同乙醇濃度下的解析率Fig.3　Desorption of the brown pigment under different concentrations of ethanol

由圖3可以看出，解析溶劑乙醇濃度越高，色素的解析率越高。乙醇是一種極性溶劑，濃度越高，對吸附劑與色素之間的作用力改變越大，進而增加了樹脂中被吸附色素的溶出，從而樹脂的解析率就會增大。當乙醇體積濃度達到70%后，色素解析附率增幅平緩，變化不明顯。因此，選擇70%乙醇作為洗脫劑。

3.4樹脂動態(tài)吸附與解析的研究

3.4.1上樣液流速對吸附的影響

上樣液流速對吸附的影響如圖4所示。當流出液的吸光值為上柱前色素液吸光值的1/10時，可確定為泄露點，根據(jù)其持續(xù)的時間來選擇合理的動態(tài)吸附流速［7］；流速為1.0 mL/min時，流出液大約達到300 mL出現(xiàn)泄露點，當流速為2.0 mL/min時，流出液大約達到275mL出現(xiàn)泄露點，兩者相差不明顯，但從時間上考慮，2.0 mL/min的流速會快一些。但當流速為3.0 mL/min時，流出液大約達到175 mL出現(xiàn)泄露點，與前兩者比較，泄漏點出現(xiàn)明顯偏早，即總的吸附量會少。因此，從泄漏點出現(xiàn)的早晚及時間上綜合考慮，選擇2.0 mL/min為最佳吸附流速。

圖4　吸附流速對純化效果的影響Fig.4　Effect of adsorption rate on the purification effect

3.4.2洗脫流速及用量對樹脂解析色素的影響

洗脫流速及用量對樹脂解析色素的影響如圖5所示，當洗脫劑流速不同時，洗脫曲線也有所不同，當流速為1.0 mL/min時洗脫效果最好，洗脫劑用量最少；當洗脫流速變快時，洗脫峰出現(xiàn)滯后，洗脫劑用量增多，因此，選擇洗脫流速為1.0 mL/min為最佳洗脫流速，洗脫劑用量應不少于3 BV。

圖5　洗脫流速對純化效果的影響Fig.5　Effect of desorption rate on the purification effect

3.5色素的色價與純化率

粗提色素和純化色素的色價及純化率如表4。從表中可以看出，經(jīng)大孔樹脂NKA-9純化后，樹脂純度增幅較大，純化率達到162.81%，因此經(jīng)大孔樹脂純化可有效提高色素的純度。

表4　色素色價及純化率Table 4　Color value and purification rate of the brown pigment

4　結(jié)論

本研究確定的核桃殼棕色色素的純化條件為：NKA-9型大孔樹脂，上樣液濃度為0.1 mg/mL，上樣液pH值為3.0，解析液乙醇濃度為70%，上樣液流速為2.0 mL/min，洗脫液流速為1.0 mL/min，洗脫劑用量不少于3 BV。經(jīng)純化后，色素色價提高較明顯，純化率可達162.81%。

［1］秦微微，張凌.國內(nèi)核桃殼綜合利用技術(shù)的研究現(xiàn)狀［J］.食品工業(yè)，2012，33（11）：146-148

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Study on Purification Process of Resin to Northeast Walnut Shell

QIN Wei-wei1，JIN Ting2，WANG Shuang1，SONG Xue-dong1，DING Zhen-duo1，ZHANG Heng3
（1.Heilongjiang Vocational Institute of Ecological Engineering，Harbin 150025，Heilongjiang，China；2.Life Science Department of Zaozhuang University，Zaozhuang 277160，Shandong，China；3.Agricultural Information Center of Harbin City，Harbin 150021，Heilongjiang，China）

In order to reduce the impurities of brown pigments from northeast walnut shell and improve its color value，type of macroporous resin for purification of pigments was studied and the purification process conditions was researched.The characteristics of adsorption rates and desorption rates of four kinds of macroporous resins （D-101，D-4020，AB-8，NKA-9）to the brown pigment are investigated.The results showed that NKA-9 resin was the suitable resin for purifying the brown pigment.From the above investigations and analysis，the optimized conditions were obtained as 0.1 mg/mL sample concentration of adsorption，pH value 3.0，70%alcohol of the suitable elution agent，the optimized flow rates of adsorption were 2.0 mL/min，the optimized flow rates of desorption were 1.0 mL/min，the consumption of elution agent weren′t less than 3 BV.After purification，purification rate of color value was ahieved 162.81%.

macroporous resin；purification；walnut shell；brown pigment

2015-09-01

黑龍江省森林工業(yè)總局2011年科技計劃項目（sgzjY2011001）

秦微微（1980—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：食品檢測。