大孔树脂纯化紫玉米花色苷的工艺及产品表征研究

白茹 冯颖

摘要：以吸附率和解吸率为指标，利用大孔树脂纯化紫玉米花色苷，研究上样液浓度、上样液pH值、上样液体积和解吸液浓度、解吸液pH值对大孔树脂吸附和解吸花色苷效果的影响，并对比纯化前后花色苷产品表征。结果表明：在最佳工艺条件下，即紫玉米花色苷提取液的上样液浓度0.05 mg/mL，上样液pH值3，上样液体积11 BV，解吸液浓度70%，解吸液浓度pH值为2时，紫玉米花色苷纯度为7.2%，色价为32.8，对DPPH自由基具有良好的清除能力。

关键词：紫玉米;花色苷;大孔树脂;纯化

中图分类号：TS202.3    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2022）03-0053-04

紫玉米中花色苷总含量为6.8～82.3 mg/g，是花色苷的重要来源，具有抗氧化、抗菌、抗癌等多种功效。传统工艺提取的紫玉米花色苷产品中含有大量的淀粉、蛋白质、脂肪等成分，稳定性较差，生物活性较低，直接影响其功能性产品的研发与利用，需要进行纯化。大孔树脂具有吸附力强、稳定性好、价格低廉、可重复利用等优点，可用于花色苷的分离纯化。研究大孔树脂分离纯化紫玉米花色苷的工艺条件，对其纯化产品表征进行评价，以期为工业化生产紫玉米花色苷产品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫玉米粒：山东滨州。

乙醇（色谱纯）：天津市富宇精细化工有限公司;氯化钾：国药集团化学试剂有限公司;乙酸钠：国药集团化学试剂有限公司;D101大孔树脂：国药集团化学试剂有限公司;盐酸：国药集团化学有限公司。

1.2 仪器与设备

KQ5200B型超声清洗机：昆山市超声仪器有限公司;XMTD-8222型电热恒温水浴锅：精宏水浴锅实验设备有限公司;旋转蒸发器：上海亚荣生化仪器厂;SHZ-D（Ⅲ）型循环水式多用真空泵：天津华鑫仪器厂;SHA-C型恒温水浴振荡器：常州润华电器有限公司;Evolution 201型紫外可见分光光度计：北京赛多利斯科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 紫玉米花色苷的提取 将紫玉米粒粉碎过40目筛网，称取20 g紫玉米干粉置于250 mL锥形瓶中，加入提取溶剂（0.2 mol/L柠檬酸∶无水乙醇=3∶7）200 mL，将紫玉米干粉溶解，于57 ℃下超声15 min，過滤，滤液于40 ℃下旋转蒸发至无醇味，即得紫玉米花色苷提取液。

1.3.2 大孔树脂的预处理 将D101大孔树脂用蒸馏水充分洗涤，去除其中不均匀及破损树脂，再用无水乙醇浸泡24 h，使其充分溶胀，用蒸馏水洗至无醇味残留，备用。

1.3.3 静态吸附—解吸试验 1） 上样液浓度对大孔树脂吸附花色苷效果的影响。精确称取5份D101大孔树脂1.0 g于50 mL锥形瓶中，分别加入浓度为0.01，0.03，0.05，0.07，0.09 mg/mL的花色苷提取液（pH值4）20 mL，于30 ℃恒温水浴振荡器中震荡6 h，过滤，测定滤液中花色苷浓度，计算吸附率。2） 上样液pH值对大孔树脂吸附花色苷效果的影响。精确称取5份D101大孔树脂1.0 g于50 mL锥形瓶中，分别加入pH值为1，2，3，4，5的花色苷提取液（浓度0.05 mg/mL）20 mL，于30 ℃恒温水浴振荡器中震荡6 h，过滤，测定滤液中花色苷浓度，计算吸附率。3） 解吸液浓度对大孔树脂解吸花色苷效果的影响。精确称取5份D101大孔树脂1.0 g于50 mL锥形瓶中，分别加入浓度0.05 mg/mL，pH值3的紫玉米花色苷提取液20 mL，于恒温水浴振荡器中以150 r/min震荡6 h，过滤，测定滤液中花色苷浓度;将5份吸附饱和的大孔树脂置于50 mL锥形瓶中，分别加入10%，30%，50%，70%，90%的乙醇溶液（pH值2）20 mL，于恒温水浴振荡器中以150 r/min震荡6 h，过滤，测定滤液中花色苷浓度，计算解吸率。4） 解吸液pH值对大孔树脂解吸花色苷效果的影响。精确称取5份D101大孔树脂1.0 g于50 mL锥形瓶中，分别加入浓度0.05 mg/mL，pH值3的紫玉米花色苷提取液20 mL，于恒温水浴振荡器中以150 r/min震荡6 h，过滤，测定滤液中花色苷浓度;将5份吸附饱和的大孔树脂置于50 mL锥形瓶中，分别加入pH值1，2，3，4，5的乙醇溶液（浓度70%）20 mL进行解吸，测定解吸液中花色苷的浓度，计算解吸率。

1.3.4 动态吸附—解吸试验 1） 吸附泄露曲线绘制。将经预处理的大孔树脂20 g湿法装柱，将浓度0.05 mg/mL，pH值3的花色苷提取液以1 mL/min的流速上样，每0.5 BV收集1次流出液，测定其在510 nm处的吸光度，绘制吸附泄露曲线。2） 洗脱曲线绘制。将吸附饱和的大孔树脂用体积分数70%，pH值2的乙醇溶液以1 mL/min的流速进行洗脱，每1.0 BV收集1次流出液，测定其中花色苷浓度，绘制洗脱曲线。

1.3.5 指标的测定与计算

1） 花色苷浓度。采用pH试差法测定花色苷浓度。取0.5 mL花色苷提取液，分别加入pH值1.0的氯化钾缓冲液和pH值4.5的乙酸钠缓冲液4.5 mL，稀释10倍，于40 ℃水浴中静置30 min，测定其在510 nm和700 nm处的吸光度A510和A700，按照公式计算总花色苷浓度。

C总=

式中：C总为紫玉米总花色苷浓度，mg/mL;M为紫玉米花色苷的相对分子质量，取值449.2;n为稀释倍数;ε为紫玉米花色苷的消光系数，取值26 900;L为光程厘米数，取值1 cm。

2） 吸附率。按照公式计算吸附率。

吸附率/%=×100%

式中：C0为吸附前花色苷起始浓度，mg/mL;C1为吸附平衡时花色苷浓度，mg/mL。

3） 解吸率。按照公式计算解析率。

解析率（%）=×100%

式中：C2为解吸后溶液中花色苷浓度，mg/mL;V1为吸附液体积，mL;V2为解吸液体积，mL。

4） 紫玉米花色苷纯度。收集大孔树脂纯化所得解吸液，经真空旋转蒸发浓缩后冷冻干燥至质量恒定，准确称取干燥粉末适量，以70%乙醇溶液定容，测定花色苷浓度，计算每100 g纯化紫玉米花色苷冻干粉中花色苷的质量（mg）。

5） 紫玉米花色苷色价。取纯化后的紫玉米花色苷3 mg，用pH值3的柠檬酸—柠檬酸钠缓冲液配置成3 mL的溶液，测定其在520 nm处的吸光度，按照公式计算色价。

E=AR

式中：A为样品溶液吸光度;R为溶液上机测试时的稀释倍数。

6） 紫玉米花色苷清除DPPH自由基能力。配置0.2 mmol/L的DPPH溶液，分别配置0.01，0.02，0.04，

0.06，0.08，0.10，0.20 mg/mL的样品溶液，取样品溶液2 mL和DPPH溶液2 mL充分混合，避光静置30 min，测定其在517 nm处的吸光度。以乙醇和样品溶液混合作为空白组，以乙醇和DPPH混合溶液作为对照组，按照公式计算自由基清除率。

清除率（%）=×100%

式中：A1為样品溶液吸光度;A2为空白组吸光度;A0为对照组吸光度。

2 结果与分析

2.1 上样液浓度对大孔树脂吸附花色苷效果的影响

不同上样液浓度下大孔树脂对花色苷的吸附率如图1所示。

由图1可以看出：随着上样液浓度的增大，大孔树脂对花色苷的吸附率呈逐渐下降趋势。当上样液浓度为0.01 mg/mL时，吸附率最高，达98.88%;当上样液浓度为0.05 mg/mL时，吸附率为94.99%;当上样液浓度继续增大，吸附率显著下降。由于上样液浓度过低会使上样时间延长而影响工作效率，因此，确定最佳上样液浓度为0.05 mg/mL。

2.2 上样液pH值对大孔树脂吸附花色苷效果的影响

不同上样液pH值下大孔树脂对花色苷的吸附率如图2所示。

由图2可以看出：随着上样液pH值的增大，大孔树脂对花色苷的吸附率呈先上升后下降的趋势。当上样液pH值为3时，吸附率最高，达98.66%;当pH值小于3时，花色苷主要以黄烊盐正离子的形式存在，不易被大孔树脂吸附;当pH值大于3时，花色苷的酚羟基在溶液中易电离，其极性发生变化，导致吸附率下降。因此，确定最佳上样液pH值为3。

2.3 解吸液浓度对大孔树脂解吸花色苷效果的影响

不同解吸液浓度下大孔树脂对花色苷的解吸率如图3所示。

由图3可以看出：以乙醇溶液进行解吸，随着解吸液浓度的增大，大孔树脂对花色苷的解吸率呈先上升后下降的趋势。当解吸液浓度为10%时，解吸率最低，仅为9.95%，这是由于花色苷为中等极性物质，当乙醇浓度较小时，解吸液极性较大，花色苷不易溶出，所以解吸率较低;随着乙醇浓度增大，解吸液极性逐渐减小，花色苷的解吸率逐渐上升;当解吸液浓度为70%时，解吸率最高，为72.04%;当解吸液浓度为90%时，解吸率下降为64.56%，这是由于乙醇溶解了其他醇溶性杂质，降低了溶液的吸光度。因此，确定最佳解吸液浓度为70%。

2.4 解吸液pH值对大孔树脂解吸花色苷效果的影响

不同解吸液pH值下大孔树脂对花色苷的解吸率如图4所示。

由图4可以看出：当解吸液pH值由1增大至2时，大孔树脂对花色苷的解吸率显著上升;当pH值由2增大至5时，解吸率呈下降趋势，但无显著性差异。因此，确定最佳解吸液pH值为2。

2.5 上样液体积的确定

紫玉米花色苷提取液通过大孔树脂柱的动态吸附泄漏曲线如图5所示。

由图5可以看出：当收集至11 BV时，流出液吸光度为上样液浓度的10%，出现泄漏点，为上样终点。因此，确定最佳上样液体积为11 BV。

2.6 解吸液体积的确定

解吸液通过吸附花色苷大孔树脂柱的洗脱曲线如图6所示。

由图6可以看出：当解吸液体积为3 BV时，可将花色苷基本洗脱完全。因此，确定最佳解吸液体积为3 BV。

2.7 紫玉米花色苷纯度及色价测定结果

紫玉米花色苷纯化前后表征对比结果见表1。

由表1可知：纯化后的紫玉米花色苷产品为黑紫色粉末。与纯化前相比，产品组织状态得到改善;纯度和色价均得到显著提高，分别为未纯化前的12.9倍和2.9倍。说明大孔树脂对花色苷纯化效果理想。

2.8 紫玉米花色苷清除DPPH自由基能力测定结果

紫玉米花色苷对DPPH自由基的清除率测定结果如图7所示。

由图7可以看出：随着产品浓度的增大，纯化前后的紫玉米花色苷清除DPPH自由基的能力均逐渐增强;纯化后的花色苷产品清除自由基能力上升幅度更加明显，且始终高于纯化前产品。当浓度为0.20 mg/mL时，纯化前后紫玉米花色苷产品的自由基清除率分别为24.16%和84.43%。

3 结论

利用大孔树脂对紫玉米花色苷进行纯化，通过静态吸附—解吸试验确定最佳工艺条件为上样液浓度0.05 mg/mL、上样液pH值3、解吸液（乙醇溶液）浓度70%、解吸液pH值2;通过动态吸附—解吸试验确定最佳上样液体积11 BV、解吸液体积3 BV。此条件下，所得纯化紫玉米花色苷产品纯度为7.2%，色价为32.8，其对DPPH自由基清除能力较未纯化前明显增强。

參考文献

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Study on the Process and Productt Characteristics of Purple Corn

Anthocyanins Purification by Macroporous Resin

BAI Ru， FENG Ying*

（College of Food Science， Shenyang Agricultural University， Shenyang 110866， China）

Abstract： Using adsorption rate and desorption rate as indexes， purple corn anthocyanins were purified by macroporous resin. The effects of sample solution concentration， pH value， sample liquid volume， desorption solution concentration and pH value on adsorption and desorption of anthocyanins by macroporous resin were studied， and the characterization of anthocyanins was compared before and after purification. The results showed that： Under the optimum process conditions， namely， sample solution concentration of 0.05 mg/mL， pH value of 3， volume of 11 BV， desorption solution concentration of 70%， pH value of 2， the purity of purple corn anthocyanins was 7.2%， color value of 32.8， and it had good scavenging ability on DPPH free radical.

Key words： purple corn; anthocyanins; macroporous resin; purification