蔣紅芝,義崇寬,尹翠瑩
(廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué),廣西 南寧 530007)
單寧是一類(lèi)廣泛存在于植物體內(nèi)的多元酚類(lèi)化合物,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,已被證實(shí)具有多種功效,比如抗氧化作用,能有效預(yù)防高血脂、高血糖、心腦血管等慢性疾病[1]。荔枝屬植物荔枝的果實(shí)。我國(guó)是荔枝生產(chǎn)大國(guó),主要荔枝產(chǎn)地為廣東、福建、廣西、海南。荔枝在食藥、營(yíng)養(yǎng)保健、紡織染整等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用,比如單寧與鐵、銅、鋁金屬離子結(jié)合可生成有色絡(luò)合物,用于羊毛、蠶絲等蛋白質(zhì)染色[2-3]。
荔枝皮目前尚未得到有效利用。荔枝皮含有多酚物質(zhì)(單寧),為主要功能成分之一。純化單寧的方法有溶劑萃取法、沉淀分離法、大孔樹(shù)脂吸附法、膜分離技術(shù)等[4]。其中,大孔樹(shù)脂吸附法具有生產(chǎn)效率高、成本低且操作簡(jiǎn)單方便、選擇性好、吸附容量大、大孔樹(shù)脂可再生重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于工業(yè)化制備天然產(chǎn)物中[5]。筆者對(duì)荔枝皮中單寧的純化工藝進(jìn)行研究,采用紫外-可見(jiàn)分光法測(cè)量荔枝皮中單寧的含量,利用大孔樹(shù)脂吸附對(duì)荔枝皮濃縮液中的單寧進(jìn)行分離和純化,篩選出性能較優(yōu)的大孔樹(shù)脂[6],為實(shí)現(xiàn)荔枝皮資源的綜合利用提供參考。
原料:桂味荔枝經(jīng)自然曬干的荔枝皮。
材料:?jiǎn)螌幩幔ǚ治黾儯旖蚴兄逻h(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司),無(wú)水乙醇(分析純,成都市科隆化學(xué)品有限公司),AB-8 大孔吸附樹(shù)脂、D101 大孔吸附樹(shù)脂(安徽三星樹(shù)脂科技發(fā)展有限公司),NKA-9 大孔吸附樹(shù)脂、ADS-21 大孔吸附樹(shù)脂、HPD826 大孔吸附樹(shù)脂(上海一基實(shí)業(yè)有限公司)。
儀器與設(shè)備:AS 220.R2 電子天平(蘇州培科實(shí)驗(yàn)室儀器科技有限公司)、高速多功能粉碎機(jī)(永康市鉑歐五金制品有限公司)、KQ5200E 型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)、SHB—Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵(鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司)、TopPette 手動(dòng)單道可調(diào)移液器[大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器(北京)股份公司]、TU-1901 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)、SB-5200D 超聲波清洗儀(寧波新藝超聲設(shè)備有限公司)、DBS-100 電腦全自動(dòng)部份收集器(上海滬西分析儀器廠有限公司)、HB-2B 恒流泵(上海青浦滬西儀器廠)、RE-2000B 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)。
1.2.1 單寧標(biāo)準(zhǔn)曲線和含量測(cè)定
準(zhǔn)確稱(chēng)取單寧0.0500±0.0001g,用純化水定容至100mL,配制成500μg/mL 單寧貯備液。精確量取不同體積的貯備液0mL、0.25mL、0.50mL、1.00mL、1.50mL、2.00mL、2.50mL 置于50mL 容量瓶中,用純化水定容,搖勻,選取0.25mL 稀釋到50mL 的溶液在200~400nm掃描吸收曲線,獲得最大吸收波長(zhǎng)。在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列的吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[7]。
取曬干的荔枝皮,粉碎至細(xì)粉。參照前期研究的荔枝皮單寧最佳提取工藝[3],精密稱(chēng)定荔枝皮粉,按料液比1∶40,加入70%乙醇(體積分?jǐn)?shù)),浸泡20min 后,放入45℃的超聲波清洗儀中提取40 min,冷卻后進(jìn)行抽濾,記錄提取抽濾液的體積。采用60℃減壓濃縮,得荔枝皮濃縮液,稀釋后測(cè)定吸光度A,計(jì)算單寧的含量,見(jiàn)公式(1)。
式中:m 為濃縮液中單寧的質(zhì)量,μg;c 為提取液稀釋后的濃度,μg/mL;V 為濃縮液的體積,mL;n 為稀釋倍數(shù)。
單寧的吸附量、吸附率計(jì)算見(jiàn)公式(2)、公式(3)。
式中:me為吸附平衡后溶液中的單寧量,μg;ce為吸附平衡后溶液中單寧的濃度,μg/mL;V 為吸附平衡后剩余溶液的體積,mL;n 為稀釋倍數(shù);m0為吸附前溶液中的單寧量,μg。
1.2.2 大孔樹(shù)脂分離純化
柱層析分離純化的工藝流程為:吸附樹(shù)脂預(yù)處理→大孔樹(shù)脂裝柱→平衡→添加荔枝皮單寧濃縮液→樹(shù)脂吸附單寧→用洗脫溶劑洗脫→收集洗脫液→稀釋后測(cè)定吸光度→吸光度乘以稀釋倍數(shù)后繪圖[8]。
1.2.2.1 大孔樹(shù)脂的預(yù)處理
先用95%乙醇浸泡大孔樹(shù)脂24 h,使其充分溶脹,適當(dāng)攪拌使大孔樹(shù)脂充分接觸,以便趕出孔中的空氣[6],然后將大孔樹(shù)脂裝柱,用95%乙醇沖洗,直至洗出液加適量純化水后無(wú)白色渾濁現(xiàn)象出現(xiàn),最后用純化水洗至沒(méi)有乙醇即可使用。
1.2.2.2 最佳樹(shù)脂的篩選
分別稱(chēng)取2.00g 預(yù)處理過(guò)的型號(hào)為ADS-21、HPD826、AB-8、NKA-9、D101 的大孔樹(shù)脂,加入荔枝皮單寧提取液的濃縮液5mL,室溫下靜置吸附一定時(shí)間后取上清液測(cè)定吸光度,吸光度小則說(shuō)明吸附好。
1.2.2.3 大孔樹(shù)脂靜態(tài)吸附和洗脫
分別稱(chēng)取10.00g 預(yù)處理過(guò)的型號(hào)為ADS-21、HPD826、AB-8、NKA-9、D101 的大孔樹(shù)脂[7]置于5 個(gè)燒杯中,加入荔枝皮濃縮液10.00mL,在室溫下吸附30min、60min 后取上清液測(cè)定吸光度,至達(dá)到吸附平衡為止,計(jì)算吸附率。據(jù)此選擇出吸附效果好的樹(shù)脂。
從已充分吸附荔枝皮濃縮液的5 種型號(hào)的樹(shù)脂中分別稱(chēng)取2.00g 各3 份,加入不同體積分?jǐn)?shù)(50%、70%、90%)的乙醇溶液5mL,洗脫30min、60min、80min,分別測(cè)定上清液的吸光度,計(jì)算洗脫率。據(jù)此選擇出洗脫效果好的樹(shù)脂。
1.2.2.4 大孔樹(shù)脂動(dòng)態(tài)吸附和洗脫
分別稱(chēng)取25.00g HPD826、ADS-21 預(yù)處理過(guò)的樹(shù)脂置于2 個(gè)燒杯中,加入荔枝皮的濃縮液25.00mL,在室溫下的超聲波清洗器中進(jìn)行振蕩吸附30min、60min后測(cè)定上清液的吸光度[9]。用90%乙醇洗脫,收集洗脫液,測(cè)定吸光度。
1.2.2.5 柱層析吸附和洗脫
將靜態(tài)吸附試驗(yàn)篩選出的大孔樹(shù)脂HPD826、大孔樹(shù)脂ADS-21 分別裝柱(濕法裝柱),量取荔枝皮濃縮液25.00mL,吸附1h,用純化水洗3 次。再用90%乙醇洗脫,收集洗脫液,測(cè)定吸光度??疾煜疵撊軇┯昧繉?duì)洗脫率的影響[10]。洗脫率計(jì)算公式見(jiàn)公式(4)。
式中:ma為洗脫的質(zhì)量,μg;m0為吸附前溶液中的單寧量,μg;me為吸附平衡后溶液中的單寧量,μg。
2.1.1 單寧酸的最大吸收波長(zhǎng)和標(biāo)準(zhǔn)曲線方程
從單寧酸掃描曲線得到最大吸收波長(zhǎng)為276nm。在276nm 下測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度A,繪出c-A 標(biāo)準(zhǔn)曲線,得線性回歸方程c=28.849A+2.4219。標(biāo)準(zhǔn)單寧酸濃度c 在0~30.00μg/mL 范圍內(nèi)與A 呈良好的線性關(guān)系。
2.1.2 荔枝皮單寧最大吸收波長(zhǎng)
用70%乙醇提取荔枝皮中的單寧,提取液色澤為暗紅色,提取液減壓濃縮,回收乙醇。取濃縮液0.15mL 并稀釋成50mL,掃描曲線得最大吸收波長(zhǎng)為278nm。其處于單寧酸最大吸收波長(zhǎng)276±2nm 范圍內(nèi),故荔枝皮提取液中含有單寧。分別測(cè)定提取液、濃縮液稀釋后的吸光度,計(jì)算出對(duì)應(yīng)的單寧含量,數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。
表1 不同提取液、濃縮液中單寧的含量
分別稱(chēng)取2.00g 預(yù)處理過(guò)的型號(hào)為ADS-21、HPD826、AB-8、NKA-9、D101 的大孔樹(shù)脂,分別加入荔枝皮單寧提取液的濃縮液5mL,室溫下靜置吸附一定時(shí)間后,測(cè)定上清液的吸光度。影響大孔樹(shù)脂吸附性能的因素包括孔徑和比表面積等,孔徑大小影響被吸附物質(zhì)的擴(kuò)散,比表面積大小影響吸附物質(zhì)的量[11]。通過(guò)靜態(tài)吸附后,取上清液2mL 稀釋至50mL,用5 種樹(shù)脂吸附60min 后,測(cè)定吸光度,計(jì)算吸附率。吸附率結(jié)果見(jiàn)圖1。
圖1 不同型號(hào)的大孔樹(shù)脂對(duì)荔枝皮單寧的吸附效果
數(shù)據(jù)表明,大孔樹(shù)脂對(duì)荔枝皮單寧的吸附率由大到小順序?yàn)镹KA-9 >ADS-21 >HPD826 >D101 >AB-8。顯然,NKA-9 大孔樹(shù)脂吸附效果最好,其次分別是ADS-21 大孔樹(shù)脂、HPD826 大孔樹(shù)脂。
吸附荔枝皮單寧的大孔樹(shù)脂洗脫率見(jiàn)表2,表2中的洗脫率數(shù)據(jù)取4 位有效數(shù)字。
表2 溶劑對(duì)荔枝皮單寧的洗脫率影響
數(shù)據(jù)表明,5 種類(lèi)型樹(shù)脂各自的洗脫率極高值集中在體積分?jǐn)?shù)為90%的乙醇中處理30min,而5 種類(lèi)型樹(shù)脂在體積分?jǐn)?shù)為50%的乙醇中處理30min 也能相應(yīng)得到較好的洗脫率。
HPD826 在90%乙醇中洗脫30min 時(shí),洗脫率為5種類(lèi)型樹(shù)脂全部測(cè)試數(shù)據(jù)的最高值16.13%,說(shuō)明其洗脫效果最好。在90%乙醇中洗脫30min 時(shí),ADS-21 洗脫率為13.77%;在90%乙醇中洗脫30min 時(shí),D101 洗脫率達(dá)15.70%,但其洗脫60min 后降為13.56%。結(jié)合圖1 的吸附率數(shù)據(jù)看,NKA-9 的大孔樹(shù)脂吸附效果比較好但洗脫效果差。經(jīng)綜合比較后認(rèn)為,HPD826、ADS-21 的吸附率、洗脫率均較好,故后續(xù)選擇HPD826、ADS-21 做大樣試驗(yàn)。而洗脫溶劑選擇體積分?jǐn)?shù)為90%的乙醇洗脫效果較好。
2.4.1 靜態(tài)吸附結(jié)果
分別稱(chēng)取10.00g 預(yù)處理過(guò)的型號(hào)為ADS-21、HPD826、AB-8、NKA-9、D101 的大孔樹(shù)脂置于5 個(gè)燒杯中,加入荔枝皮的濃縮液10.00mL,在室溫條件下靜置吸附60min 后,取上清液測(cè)定吸光度A。各樹(shù)脂的靜態(tài)吸附率見(jiàn)圖2。靜態(tài)吸附率由大到小的順序?yàn)锳DS-21 >NKA-9 >D101 >HPD826 >AB-8,ADS-21 的吸附率為89.15%,吸附效果最好,其次是NKA-9 的吸附率為82.18%,D101 的吸附率為77.02%。
圖2 不同樹(shù)脂的靜態(tài)吸附率
2.4.2 靜態(tài)洗脫結(jié)果
選擇90%乙醇進(jìn)行洗脫,分別洗脫30min、60min、80min 后,取上層清液1mL 稀釋至50mL,測(cè)定吸光度,計(jì)算洗脫率。不同樹(shù)脂的靜態(tài)洗脫率見(jiàn)圖3。由圖3 可知,各樹(shù)脂隨著洗脫時(shí)間的延長(zhǎng),洗脫率均有所下降,但是下降的趨勢(shì)各不相同。例如,洗脫30min 時(shí),HPD826和D101 的洗脫率相對(duì)其他樹(shù)脂較高,而洗脫60min時(shí),D101 和ADS-21 的洗脫率相對(duì)其他樹(shù)脂較高。
圖3 90%乙醇不同樹(shù)脂靜態(tài)洗脫率
2.5.1 HPD826 動(dòng)態(tài)吸附和洗脫結(jié)果
稱(chēng)取2 份25.00g HPD826 預(yù)處理過(guò)的樹(shù)脂置于2個(gè)燒杯中,加入荔枝皮的濃縮提取液25.00mL。一份在室溫下用超聲波清洗器振蕩吸附30min、60min 后測(cè)定上清液的吸光度,30min 的吸光度為0.334,60min 的吸光度為0.170。另一份在柱層析上吸附,25.00mL 反復(fù)吸附3 次約0.5h,靜置0.5h,合計(jì)1h 后洗凈,測(cè)定上層清液的吸光度。2 份試樣再分別用柱層析洗脫,結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4 可見(jiàn),HPD826 大孔樹(shù)脂柱層析吸附的洗脫峰較高和較窄,柱層析吸附比超聲波吸附的吸附效果好。
圖4 HPD826 大孔樹(shù)脂動(dòng)態(tài)洗脫曲線
2.5.2 2 種樹(shù)脂動(dòng)態(tài)洗脫對(duì)比
HPD826、ADS-21 柱層析動(dòng)態(tài)洗脫液峰值曲線見(jiàn)圖5。由圖5 可見(jiàn),荔枝皮濃縮液經(jīng)過(guò)HPD826、ADS-21 這2 種大孔樹(shù)脂吸附、柱層析動(dòng)態(tài)洗脫分離后較集中在1 個(gè)洗脫峰。HPD826 大孔樹(shù)脂吸附柱層析的洗脫峰比較窄,洗脫下來(lái)的單寧相對(duì)比較集中,即分離洗脫的效果比較好。HPD826 大孔樹(shù)脂洗脫效果優(yōu)于ADS-21 大孔樹(shù)脂。HPD826、ADS-21 2 種樹(shù)脂均可以用作荔枝皮單寧的分離純化。
圖5 HPD826、ADS-21 柱層析動(dòng)態(tài)洗脫液峰值曲線
(1)荔枝皮中單寧的提取參照荔枝皮單寧的最佳提取工藝進(jìn)行,提取液經(jīng)濃縮后得濃縮液。
(2)不同型號(hào)的大孔樹(shù)脂對(duì)荔枝皮濃縮液中單寧的吸附和洗脫效果有所不同。NKA-9、ADS-21、HPD826 吸附效果較好;90%乙醇洗脫效果最好;綜合吸附及洗脫效果,篩選出了對(duì)荔枝皮單寧分離純化效果較好的大孔樹(shù)脂HPD826、ADS-21,二者吸附率分別為76.57%、89.15%,洗脫率分別為16.13%、13.77%。ADS-21 的吸附效果優(yōu)于HPD826,但從洗脫效果看,HPD826 優(yōu)于ADS-21。
(3)HPD826 樹(shù)脂分離純化荔枝皮單寧的工藝參數(shù)為:上柱流速為勻速,質(zhì)量濃度為3828.5μg/ml,洗脫劑為90%乙醇(體積分?jǐn)?shù))。
(4)荔枝皮濃縮液中單寧經(jīng)大孔樹(shù)脂吸附、90%乙醇洗脫后,再經(jīng)濃縮、真空干燥后可得固體單寧。