張倩茹，尹蓉，段澤敏，王賢萍

（山西省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點實驗室，山西太原030031）

5種大孔樹脂分離蘋果多酚的比較研究

張倩茹，尹蓉，段澤敏，王賢萍

（山西省農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點實驗室，山西太原030031）

為有效開發(fā)蘋果產(chǎn)業(yè)的可利用資源，進行植物多酚大孔樹脂分離、純化的工業(yè)化生產(chǎn)，采用動態(tài)吸附法，比較研究了XDA-1，XDA-5，XAD-16，AB-8，LH-20國內(nèi)外5種不同大孔樹脂對蘋果多酚的吸附規(guī)律以及XAD-16的解吸特性。結果表明，大孔樹脂的類型不同，對蘋果多酚各組分的最大吸附量不同，其中，XDA-1對總酚的最大吸附量最大，試驗測定值與模型擬合值分別為38.90，38.26 mg/g（R2＝0.968 4）；LH-20對黃烷醇類物質(zhì)的最大吸附量最大，試驗測定值與模型擬合值分別為37.75，37.98 mg/g（R2＝0.980 6）；XAD-16對原花色素的吸附量最大，試驗測定值與模型擬合值分別為29.60，30.05 mg/g（R2＝0.976 6）；蘋果多酚各組分達到最大吸附量所需要的平衡時間因大孔樹脂類型的不同而異，其中，XAD-16在9 h達到總酚最大吸附量的98.43%，AB-8在10 h達到黃烷醇最大吸附量的93.18%，XDA-5在10 h達到原花色素最大吸附量的94.86%；XAD-16達到吸附平衡后，乙醇濃度不同對蘋果多酚各組分的解吸效率存在顯著差異，使用濃度為50%乙醇作為解吸液，1 h對總酚的解吸率為95.05%～105.29%，使用濃度為70%的乙醇作為解吸液，可使總酚和原花色素的解吸率達90%以上。建議選擇使用XAD-16大孔樹脂，并配合使用50%乙醇作為解吸液進行蘋果多酚的分離純化。

蘋果多酚；大孔樹脂；吸附量；解吸率

蘋果是薔薇科（Rosaceae）蘋果屬（Malus）植物的果實，原產(chǎn)于歐洲中部和東南部，在我國已有多于2 000 a的栽培歷史。據(jù)統(tǒng)計，2013年我國蘋果種植面積和總產(chǎn)量分別達230萬hm2和3 968萬t[1]。而山西省位于黃土高原東部，處于蘋果優(yōu)質(zhì)產(chǎn)業(yè)帶，是我國重要的蘋果生產(chǎn)基地，截至2014年底，全省蘋果種植總面積已達到36萬hm2，蘋果最高年產(chǎn)量約有480萬t左右[2]。隨著我國蘋果種植業(yè)和加工業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)生了大量的生理落果、采前落果、殘次果及果渣等可利用資源，合理開發(fā)與有效利用此類資源中的植物多酚類物質(zhì)，對于我國蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

國內(nèi)外學者對蘋果多酚的長期研究發(fā)現(xiàn)，蘋果多酚在抗氧化、清除自由基、抗突變、抗腫瘤、抑制高血壓高血脂、抗病毒、抗衰老及治療各種炎癥等方面，均有顯著作用[3-17]。陳瑋琦等[18]用FRAP法測定了不同濃度梯度蘋果幼果多酚粗提物的總還原能力，結果表明，不同濃度蘋果幼果多酚粗提物FRAP值均比BHT高，抗氧化能力優(yōu)于BHT；CHAUDHARY等[19]研究證明，當蘋果多酚的質(zhì)量濃度為0.2 mg/mL時，可抑制由輻射引起的細胞損傷；當蘋果多酚的質(zhì)量濃度為2 mg/mL時，可以抑制由輻射引起的DNA死亡。SATVIR SEKHON-LOODU等[20]研究發(fā)現(xiàn)，從干燥和冷凍的蘋果皮中分離的蘋果多酚，對脂質(zhì)氧化的抑制效果明顯高于維生素E；HASBAY等[21]研究表明，蘋果渣多酚提取物的總酚含量為0.47 mg/g時，其清除自由基的能力為3.30 mg/mg。

目前，國內(nèi)外蘋果多酚的提取方法主要有溶劑萃取法、熱提取法、加壓液相萃取法、超聲波輔助提取法、超臨界流體萃取法、微波輔助提取法等，這些提取方法大多需要使用溶劑，得到的多酚粗提物中含有淀粉、多糖、蛋白質(zhì)、無機鹽、果膠等，不僅存在溶劑殘留的污染，而且需要進一步純化[22]。常用的純化方法主要有溶劑萃取法、柱層析法、高速逆流法等[23]，其中，柱層析法中的大孔吸附樹脂層析法是目前天然產(chǎn)物分離純化的重要手段。與溶劑純化法相比，大孔吸附樹脂具有選擇性強、吸附容量大、吸附速度快、生產(chǎn)效率高、解吸容易、溶劑用量少、成本低，且操作簡便易行、樹脂可再生重復利用等優(yōu)點[24]。劉京鑫等[25]研究了XDA-5，AB-8，D-101，XDA-7等4種型號大孔樹脂的靜態(tài)和動態(tài)吸附性，結果顯示，XDA-5大孔樹脂靜態(tài)和動態(tài)吸附性能和解析性能均最好，其靜態(tài)解析率和動態(tài)解析率分別達69.281%±0.214%和73.585%±0.499%；金瑩等[26]研究了AB-8大孔樹脂對蘋果多酚的吸附特性，結果表明，供試液蘋果多酚的純度是對照的53倍；徐懷德等[27]采用X-5大孔樹脂對蘋果葉多酚進行初步純化，用LH-20大孔樹脂進一步精致，結果表明，蘋果葉多酚的純度從10.07%提高到38.55%，蘋果葉多酚精制品中根皮苷的含量由2.45%提高到47.61%。

本研究使用國外Sephadex LH-20，Amberlite XAD-16與國產(chǎn)XDA-1，XDA-5和AB-8型號的大孔樹脂進行分離純化蘋果多酚的比較研究，以確定適宜的工藝技術方案，為開發(fā)利用蘋果再生資源提供技術依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

蘋果多酚，天津尖峰天然產(chǎn)物研究開發(fā)有限公司生產(chǎn)；大孔樹脂XDA-1，西安電力樹脂廠生產(chǎn)；大孔樹脂XDA-5，西安電力樹脂廠生產(chǎn)；大孔樹脂AB-8，南開大學提供；大孔樹脂Sephadax LH-20，北京金歐亞科技發(fā)展有限公司分裝；大孔樹脂Amberlite XAD-16，北京慧德易科技有限公司分裝。

1.2 儀器與試劑

恒溫水浴鍋，金壇市新航儀器廠；FA2004電子天平，上海精科實業(yè)有限公司；UV-7520型紫外分光光度計，上海分析儀器廠；KQ-250TDB型數(shù)控超聲波發(fā)生器，昆山市超聲波儀器公司；KS型康氏振蕩器，江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠。

鎢酸鈉、磷鉬酸、磷酸、沒食子酸、正丁醇、鹽酸、硫酸鐵銨、香草醛、甲醇均為分析純。

1.3 試驗方法

1.3.1 基礎液配制稱取蘋果多酚1.5g，加入500mL去離子水，40℃，250 W，80 kHz超聲處理5 min，充分溶解，定容1 000 mL。

1.3.2 樹脂處理XDA-1，XDA-5，AB-8分別用自來水洗3～5次，5%堿液浸泡6 h以上，用自來水洗至中性；5%酸浸泡6 h以上，用自來水洗至中性；80%乙醇浸泡6 h以上，用自來水洗3次以上，去離子水洗至256 nm處無吸收。SephadaxLH-20，Amberlit XAD-16用去離子水浸泡24 h以上并沖洗10次以上。

1.3.3 吸附試驗將處理完畢的大孔樹脂，用濾紙過濾至無重力水時，用感量0.000 2 g天平分別稱取2.000 0 g，加150 mL平衡液，振蕩12 h，按所需要的時間取樣分析，測定平衡液原始及各時間段的總酚、黃烷醇、原花色素含量，大孔樹脂的吸附量Qa由公式計算。

式中，Qa為吸附量，C0為溶液初始濃度，Cr為吸附平衡濃度，Va為吸附液體積，W為樹脂質(zhì)量。結果均以每克濕樹脂吸附的純量（mg）來表示。

1.3.4 XAD-16解吸試驗用感量0.01 g的天平稱取濾紙，過濾去重力水的濕樹脂15.00 g，加1%蘋果多酚基礎液750 mL，振蕩12 h，放置12 h使其吸附平衡，采樣，抽濾，稱取濕樹脂2.00 g共5份，分別加100 mL pH值為5的純水、70%的乙醇、pH值為5的70%乙醇、50%的乙醇、pH值為5的50%乙醇。康氏振蕩器解吸振蕩，不同時間取樣分析。大孔樹脂的吸附量Qb由公式計算。

式中，Qb為解吸量，Cs為各時段解吸液量，Ct為平衡后樹脂吸附量。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 總酚含量的測定其采用FC法。取0.5 mL樣液于具塞試管中，加入0.250 mLFC試劑后再加入1.25 mL碳酸鈉溶液，旋搖試管，于暗條件下保存反應試樣40 min后，測定725 nm波長條件下的吸光值。

1.4.2 黃烷醇含量的測定其采用香蘭素-鹽酸法。取0.1 mL樣液于具塞試管中，加入3 mL的0.1%p-DMACA的1 mol/L的鹽酸甲醇溶液，充分振蕩混勻后，室溫下反應10 min，在640 nm處測定吸光值。

1.4.3 原花色素含量的測定其采用正丁醇-鹽酸法。取1 mL樣液于具塞試管中，依次加入6 mL正丁醇/鹽酸溶液及0.2 mL硫酸鐵銨溶液，然后于沸水中加熱40 min后迅速冷卻，以試劑空白作參比，在546 nm處測定其吸光值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件進行數(shù)據(jù)整理；采用DPS軟件進行數(shù)據(jù)的計算。

2 結果與分析

2.1 不同大孔樹脂的吸附動力學特點分析

不同大孔樹脂對蘋果總酚、黃烷醇、原花色素的吸附量列于表1。

表1 不同大孔樹脂對蘋果總酚、黃烷醇、原花色素的吸附量mg/g

從圖1、表1、表2可以看出，在本試驗條件下，不同大孔樹脂對蘋果多酚各組分的動態(tài)吸附量符合郎格繆爾公式。除AB-8對黃烷醇和LH-20對原花色素的決定系數(shù)值R2≤0.9外，其余的決定系數(shù)值R2＞0.9；XAD-16對原花色素回歸方程擬合的精度略低，顯著性水平為P＝0.003 6，其余顯著性水平均很高，說明盡管不同大孔樹脂存在理化性質(zhì)方面的差異，但對蘋果多酚各組分的吸附行為均有規(guī)律可循，且表現(xiàn)形式相近。

從各大孔樹脂對不同蘋果多酚組分的最大吸附量可以看出，對總酚的最大吸附量的排序為XDA-1＞XDA-5＞LH-20＞XAD-16＞AB-8，可見，如果以總酚為指標，國產(chǎn)大孔樹脂XDA-1具有很大的技術優(yōu)勢；對黃烷醇類物質(zhì)最大吸附量的排序為：LH-20＞XDA-1＞XDA-5＞XAD-16＞AB-8，可見，如果選擇性吸附黃烷醇類物質(zhì)，LH-20具有很強的技術優(yōu)勢；對原花色素而言，各樹脂最大吸附量的排序為：XAD-16＞XDA-5＞LH-20＞XDA-1＞AB-8，可見，選擇性吸附蘋果多酚中的主要組分原花色素，XAD-16具有很強的技術和成本優(yōu)勢。

表2 不同大孔樹脂對蘋果多酚各組分的動態(tài)吸附參數(shù)

2.2 不同蘋果多酚組分達到最大吸附量所需要的時間分析

5種大孔樹脂對不同蘋果多酚組分達到最大吸附量所需要的時間列于表3。

從表3可以看出，因為大孔樹脂類型的不同，對不同蘋果多酚組分達到最大吸附量所需要的時間具有顯著差異。從純數(shù)學的理論上分析可以看出，不同大孔樹脂對蘋果多酚吸附過程的數(shù)學表達式Y＝C1/1＋exp（C2＋C3X），是一個存在漸近值而無極值的函數(shù)，即不存在f′＝0的情況，但是，在進行具體問題分析時，結合實際試驗觀測值可以看出，隨著平衡時間的延長，吸附量達到某一極大值后，變化速率減小，同時，在考慮具體生產(chǎn)工藝過程和引入誤差的條件下，仍然可以通過對數(shù)學模型的近似解析，得到具有實際的不同大孔樹脂對不同蘋果多酚組分達到最大吸附量時所需要的具體時間。

表3 5種大孔樹脂對不同蘋果多酚組分達到最大吸附量的時間h

就總酚分析XAD-16具有明顯的時間優(yōu)勢；對黃烷醇而言，XAD-16和AB-8的吸附效率較高，且二者之間無顯著差異；對原花色素而言，效率最高為XDA-5，效率最低為LH-20，而XDA-1，AB-8，XAD-16之間雖存在差異，但屬同一或相近水平。在蘋果多酚的生產(chǎn)中，大孔樹脂的最大吸附量和達到最大吸附量所需要的時間對于制定工藝過程具有重要意義。對本試驗條件下的不同大孔樹脂采用綜合評價進行多指標綜合評價，其排序為XDA-5，XAD-16＞XDA-1＞AB-8＞LH-20。由此可見，國產(chǎn)XDA-5和國外XAD-16用于蘋果多酚的生產(chǎn)具有很強的動力學技術優(yōu)勢。

2.3 不同溶劑系統(tǒng)對XAD-16解吸附的動力學過程分析

不同pH條件下、不同濃度的乙醇和水作為解吸劑XAD-16對蘋果總酚、黃烷醇、原花色素的解吸率列于表4～6。

表4 pH5純水的XAD-16解吸率%

表5 70%乙醇及pH5 70%乙醇的XAD-16解吸率%

表6 50%乙醇及pH5 50%乙醇的XAD-16解吸率%

從表4～6可以看出，對蘋果多酚不同組分而言，pH5水解吸過程在1～2 h內(nèi)達成平衡狀態(tài)，各時間內(nèi)的解吸以黃烷醇為主導組分，原花色素達成平衡的過程較為緩慢，純水的解吸效果明顯差于乙醇；不同pH條件下的不同乙醇濃度的解吸效果相近，差異不顯著，其解吸量均在60 min之內(nèi)達到最大值，然而，比較相同pH條件下不同濃度乙醇的解吸作用效果可以看出，50%乙醇的解吸顯著優(yōu)于70%的乙醇，可見，對蘋果多酚不同組分而言，可用50%乙醇作為適宜的解吸液。

3 結論

本研究結果表明，大孔樹脂因為產(chǎn)品類型的不同，對蘋果多酚不同組分的吸附特性存在有明顯差異，其中，XDA-1對總酚的最大吸附量最大（38.90 mg/g），XAD-16對原花色素的吸附量最大（29.60 mg/g），LH-20對黃烷醇類物質(zhì)的最大吸附量最大（37.75 mg/g）。可見，在制定蘋果多酚分離純化工藝過程時，應根據(jù)目標產(chǎn)品的具體要求，選擇使用不同類型的大孔樹脂。

蘋果多酚各組分達到最大吸附量所需要的平衡時間因大孔樹脂的類型不同而異，其中，XAD-16在9 h達到總酚最大吸附量的98.43%，XDA-5在10 h達到原花色素最大吸附量的94.86%，AB-8在10 h達到黃烷醇最大吸附量的93.18%?？梢?，在制定蘋果多酚分離純化工藝過程時，應根據(jù)生產(chǎn)效率的差別，選擇使用不同效率的大孔樹脂。

乙醇濃度不同對蘋果多酚各組分解吸效率存在顯著差異，使用濃度為50%乙醇作為解吸液，1 h對總酚的解吸率為95.05%～105.29%；使用濃度為70%的乙醇作為解吸液，可使總酚和原花色素的解吸率達90%以上。

根據(jù)研究結果，綜合考慮生產(chǎn)成本、分離效率、產(chǎn)品安全等因素，建議選擇使用XAD-16大孔樹脂并配合使用50%乙醇作為解吸液進行蘋果多酚的分離純化。

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Study on the Comparison of Five Kinds of Macroporous Resin in Separating Apple Polyphenols

ZHANGQianru，YINRong，DUANZemin，WANGXianping
（Institute ofPomology，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Shanxi KeyLaboratoryofGermplasm Innovation and Utilization in Pomology，Taiyuan 030031，China）

Adsorption rule of five kinds of macroporous resin XDA-1,XDA-5,XAD-16,AB-8 and LH-20 which were from both domestic and abroad on apple polyphenols,desorption characters of XAD-16 were studied by dynamic adsorption to develop effective measure on both apple plantingand separation and purification ofplant polyphenols through macroporous resin.The results indicated that different types of macroporous resin had different maximum adsorption capacity（Max A）for apple polyphenol components and among that XDA-1 had the largest Max A for total phenols with a measured value of38.90 mg/g and a model fitting value of38.26 mg/g（R2＝0.968 4）,LH-20 had the largest MaxAfor flavanols with a measured value of37.75 mg/gand a model fittingvalue of37.98 mg/g（R2＝0.980 6），XAD-16 had the largest Max A for proanthocyanidins with a measured value of 29.60 mg/g and a model fitting value of 30.05 mg/g（R2＝0.976 6）.The equilibrium time for apple polyphenol components to achieve Max A varied with different types of macroporous resin:9 hours for total phenols toreach 98.43%ofMaxA through XAD-16,while 10 hours for flavanols to reach 93.18%of the Max A through AB-8 and proanthocyanidins to reach 94.86%of Max A through XDA-5.Desorption efficiency of apple polyphenol components also significantly varied according to different concentrations of ethanol when XAD-16 reached adsorption equilibrium and the ratio for 50%ethanol to desorb total phenols was 95.05%-105.29%,while for 70%ethanol to desorb both total phenols and proanthocyanidins it went over 90%.In was demonstrated that XAD-16 macroporous resin with 50%ethanol as the desorption liquid was s good choice toseparate and purifyapple polyphenols.

apple polyphenols;macroporous resin;adsorption capacity;desorption efficiency

TS201.2

A

1002-2481（2017）04-0538-06

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.04.12

2016-05-20

山西省科技攻關項目（051067；20080311048）

張倩茹（1985-），女，江蘇常州人，研究實習員，碩士，主要從事果品加工與質(zhì)量安全研究工作。王賢萍為通信作者。