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收稿日期：2012-01-10
基金项目：上海工程技术大学科技发展基金(2011Q12)；上海工程技术大学大学生创新项目(cx1104020)。作者简介：刘锡建(1978—)，男，江西赣州人，硕士，讲师，研究方向为化学工程与工艺。
刘锡建，李荣秋，李 健，蒋文斌，谢燕婷，肖稳发，王远强
(上海工程技术大学化学化工学院，上海 201620)
摘要：为了提高胭脂虫红素的纯度，研究了D-101树脂纯化胭脂虫红素的工艺。比较了不同pH 值预处理胭脂虫红素提取液的吸附效果，研究了树脂动态吸附和洗脱动力学曲线，并对树脂吸附条件和洗脱条件进行了研究。优化得到D-101树脂纯化胭脂虫红素的最佳工艺条件为：提取液采用pH 为3进行预处理，上柱液体积为2 BV ，上柱流速为3 BV/h ，体积分数为75%的乙醇洗脱，洗脱液体积为3.5 BV ，洗脱
速率为2 BV/h ，在此条件下，吸附量为42.15 mg/mL 树脂，洗脱率高达98.24%，胭脂虫产品纯度可达58.47%，能够满足一般食品工业的对胭脂虫红素的纯度要求。采用D-101大孔吸附树脂分离提纯胭脂虫红素具有吸附量较大、洗脱率高、产品纯度较高、适合工业化大规模生产等优点，具有广阔的工业应用前景。关键词：胭脂虫红素；大孔吸附树脂；分离；吸附；D-101树脂；提纯
中图分类号：TS 202.3 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2012)09-0266-04
Purification technology of cochineal pigment by D-101 resin
LIU Xi-jian, LI Rong-qiu, LI Jian, JIANG Wen-bin, XIE Yan-ting, XIAO Wen-fa, WANG Yuan-qiang
(College of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai University of Engineering
Science, Shanghai 201620)
Abstract: In order to improve the purification of cochineal pigment, the purification technology by D-101 resin was studied. The adsorption effects of different pH value pretreating cochineal pigment extracts were compared. The dynamic adsorption curve and dynamic elution curve were studied. And the dynamic adsorption and desorption parameters for the purification cochineal pigment by D-101 resin were investigated. Results showed that the optimal purification conditions of cochineal pigment by D-1
01 resin were found to be: the pretreatment pH value of cochineal pigment extracts was 3, the adsorption volume of cochineal pigment was 2 BV, adsorption rate was 3 BV/h, 75% volume percent ethanol was used as elution solvent, the volume of elution solvent was 3.5 BV, the elution rate was 2 BV/h. Under these optimum conditions, the adsorption volume was 42.15 mg/mL resin, the elution rate was as high as 98.24%, the purity of the final products was 58.47%, and the purity could reach the demand of general food industry for cochineal pigment. This technology for purifying cochineal pigment had a lots of good advantages, such as biggish adsorption volume, high elution, high product purification, and suitable for industrial production.
D-101树脂纯化胭脂虫红素的
工艺研究
2012年 第37卷 第9期
buchi· 267 ·
胭脂虫红素是从生长在仙人掌上的胭脂虫体内提取的素，是一种蒽醌类天然素，调呈粉红至紫红，是食品、化妆品、医药及纺织品的优良着剂，也是唯一一种FDA允许既可用于食品，又可用于药品和化妆品的天然素[1-2]。胭脂虫红素还可用于艾滋病、癌症等的[3]，最近还有人利用胭脂虫红素用于人血清白蛋白、铝、硼、铍、铀、锇、钍等的检测[4]。
我国的胭脂虫红素主要是从秘鲁进口，目前，云南、四川等地也建立了一些胭脂虫的养殖基地，但是国内的胭脂虫红素产业尚处于起步阶段，特别是对于胭脂虫红素的产业化分离制备方法研究不多[5-8]。只经过初步提取的胭脂虫红素含有大量的杂蛋白和其他杂质，产品品质较低，并且蛋白质的存在可能会导致过敏。因此，必须对初提的胭脂虫红素进一步分离纯化，大孔树脂吸附分离工艺是简单、易行、廉价的一种纯化手段，有利于工业化生产，采用D-101树脂纯化胭脂虫红素的工艺尚未见其他人报道，研究D-101树脂纯化工艺以期得到高品质胭脂虫红素。1 材料与方法1.1 材料与试剂
胭脂虫、胭脂虫红素标准品：西昌吉美达天然素有限公司；D-101树脂：北京慧得易有限公司；柠檬酸、盐酸、磷酸氢二钠(分析纯)：国药集团化学试剂有限公司。1.2 仪器与设备
UV-7504型紫外-可见光分光光度计：上海欣茂仪器有限公司；R-210旋转蒸发仪：BUCHI瑞士步琪公司；PHS-3B精密pH计：上海雷磁仪器厂；移液：大龙医疗设备有限公司；DZF-6020真空干燥箱：上
海惠泰仪器制造有限公司；DF-101S 集热式恒温加热磁力搅拌器、SHZ-D循环水式真空泵：巩义市予华仪器有限责任公司；SXL-70冷冻水浴恒温振动器：金坛市佳美仪器有限公司。1.3 试验条件
1.3.1 胭脂虫红素溶液质量浓度的测定 取胭脂
虫标准品溶解在pH值为4的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液中，并用缓冲液稀释至不同质量浓度，测吸光度，绘制标准曲线。胭脂虫红素样品溶液采用同样的方法用pH值为4的柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液稀释定容，测吸光度，绘制标准曲线，把吸光度转换成质量浓度[8]。
1.3.2 胭脂虫红素纯度的测定 胭脂虫红素粉末的纯度测定采用FCC法[9]：称取一定量干燥的胭脂虫红素样品粉末溶于30 mL 2 mol/L盐酸溶液，加热至沸30 s，冷却后稀释至1000 mL，用蒸馏水作空白比对。测其494 nm处的吸光度值，并按下式计算含量：
胭脂红酸含量=1000A/139W ………………(1)式中：A为样品液的吸光度值； W为样品的质量g。
1.3.3 胭脂虫红素提取液的制备 取50 g干燥的胭脂虫，加入500 mL超纯水，在75 ℃下提取1.5 h，过滤，回收滤渣。滤渣采用以上方法再提取3次，合并以上滤液，用旋转蒸发仪浓缩，得浓缩液备用。
1.3.4 树脂预处理 D-101树脂采用95%乙醇浸泡24 h，然后用超纯水洗涤，至无醇味后，备用。1.3.5
胭脂虫红素溶液pH值的确定 将以上得到的胭脂虫红素浓缩液分别调至不同pH值，静止2 h，过滤，取滤液，然后分别取30 mL加至装有1 g D-101树脂的7个锥形瓶中，放置于摇床中，震荡吸附24 h(转数为180 r/min，温度为15 ℃)至吸附平衡，测定吸附平衡液体的胭脂虫红素的质量浓度，计算吸附量和吸附率。
………………………(2)…………………(3)式中：Q为吸附量，mg/g树脂；
A为吸附率，%；
C 0为胭脂虫红素溶液初始质量浓度， mg/mL；
C 1为经过树脂吸附后胭脂虫红素溶液 质量浓度，mg/mL；
So it had wide application prospect in industry.Key words: cochineal pigment; macroporous resin adsorbent; separation; adsorption; D-101 resin;
purification
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W为湿树脂的质量，g；
V 0为胭脂虫红素溶液初始体积，mL。1.3.6 动态吸附、洗脱动力学曲线 采用20 mL D-101树脂填柱(因此本文中1 BV为20 mL)，上柱液以流速为3 BV/h通过树脂柱，至基本吸附饱和，期间每0.5 BV体积量取一次分析，测吸光度。吸附达到平衡后，用2 BV超纯水(流速为3 BV/h)洗涤，然后再用65%乙醇溶液以2 BV/h的流速通过树脂柱进行洗脱，每0.25 BV量取一次进行分析，测吸光度。
1.3.7 流速对D-101树脂吸附效果的影响 取2 BV 的胭脂虫红素上柱液，以不同流速通过树脂柱，研究不同流速对树脂吸附的影响。
1.3.8 乙醇体积分数对解吸效果的影响 D-101树脂吸附胭脂虫红素后，用2 BV超纯水以流速为4 BV/h通过树脂柱洗涤，然后分别用3.5 BV的不同体积分数的乙醇溶液以2 BV/h通过树脂柱进行洗脱，收集洗脱液，浓缩至干，真空干燥得胭脂红素产品。
(4)
式中：V 2为洗脱液的体积，mL；
C 2为洗脱液中胭脂虫红素溶液的质量 浓度，mg/mL。2 结果与分析
2.1 胭脂虫红素溶液pH值的确定
从胭脂虫中直接提取出的胭脂虫红素含有一些的虫体蛋白，会影响胭脂虫红素的品质，并且虫体蛋白的存在使得提取液变得比较黏稠，会影响树脂对胭脂虫红素的吸附效果以及增大了动态吸附时的柱压。采用调整胭脂虫红素浓缩液pH值沉淀虫蛋白进行预处理，实验结果如图1所示。
增大而增大，在pH为3时最大，然后随pH值的增大而降低，说明在pH值为3时，能比较有效地沉淀虫体
蛋白，有利于吸附，而在pH值较大时，蛋白质不能很好地沉淀，因此吸附量不大。在以下实验中，胭脂虫红素浓缩液均调pH值为3进行预处理。
2.2 动态吸附曲线
图1 pH值对吸附效果的影响
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$ 7 由图1可以看出，树脂的吸附量先随pH值的图2 动态吸附曲线
D-101树脂对胭脂虫红素的动态吸附曲线如图2，在开始阶段，胭脂虫红素基本被吸附，40 min处出现明显的拐点，胭脂虫红素质量浓度明显上升，150 min后上升趋于平缓，270 min 后，基本不变化，树脂的吸附能力基本上已耗竭。从图中可以看出，D-101树脂柱对胭脂虫红素的吸附各阶段比较分明，吸附率较快。
根据动态吸附实验数据，采用Bohart-Adams 数学模型[6]00ln(/1)t c c A Kc t −=−对图2实验数据进行拟合，结果如图3所示。如果通过树脂柱后流出液体的胭脂虫红素的质量浓度为上柱液质量浓度的10%作为泄漏点，代入以上回归方程为：Y=3.7944-0.03935*X，得X为40.59 min，对照图2，与实验结果还是能较好的吻合。到达泄漏点时，通过树脂的上柱液体积为2.03
BV，因此，D-101树脂动态吸附时，可以处理2 BV时，可以保持较高的吸附率。
图3 Bohart-Adams数学模型拟合曲线
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2012年 第37卷 第9期
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2.3 动态洗脱曲线
45%~85%之间均保持较高的洗脱率和较高的纯度。洗脱率先随乙醇体积分数的增加而增加，在乙醇体积分数为75%时洗脱率最大，然后随乙醇的体积分数增加而降低。洗脱后的胭脂虫红素纯度随洗脱的乙醇体积分数变化与洗脱率呈现同样的趋势，在乙醇体积分数为75%进行洗脱时胭脂虫红素纯度最大，为58.47%。根据相似相溶的原理，说明乙醇体积分数在75%时与胭脂虫红素的极性比较相近，能把胭脂虫红素较好地洗脱下来，并且洗脱的杂质较少。因此，洗脱时候采用75%的乙醇作为洗脱溶剂。3 结论
采用D-101树脂纯化胭脂虫红素。胭脂虫红素提取液采用pH值为3进行预处理，树脂的吸附率最高。
树脂的动态吸附曲线表明树脂处理2 BV胭脂虫红素溶液时，可以保持较高的吸附率，并且吸附曲线能较好用Bohart-Adams 数学模型进行描述。动态洗脱曲线表明，乙醇溶液能快速把吸附的胭脂虫红素洗脱，洗脱区域集中，消耗的溶剂少。树脂的吸附率随流速的增大而减小，兼顾工作效率和吸附效果，采用流速为3 BV/h比较合适。采用体积分数为75%的乙醇洗脱，胭脂虫红素的洗脱率和纯度最高，洗脱率为98.24%，纯度为58.47%，能够满足一般食品工业的对胭脂虫红素的纯度要求。
采用D-101大孔吸附树脂分离提纯胭脂虫红素具有吸附量较大、洗脱率高、产品纯度较高、适合工业化大规模生产等优点，因此采用D-101大孔吸附树脂分离提纯纯胭脂虫红素具有广阔的工业前景。
参考文献：
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学,2008,29(11):59-64
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西南农业学报,2007,20(3):560-564
从图4可以看出，从15 min开始，胭脂虫红素的质量浓度迅速增大，在37.5 min达到峰值，此时消耗乙醇溶液体积为1.25 BV。然后，随着洗脱的进行，胭脂虫红素质量浓度快速下降，105 min时，基本把树脂吸附的胭脂虫红素洗脱完全，此时消耗乙醇溶液体积为3.5 BV。乙醇溶液能在较短的时间内将素全部洗脱下来，洗脱区域集中，有利于富集，消耗的溶剂少，有利于工业化生产。
2.4 流速对D-101树脂吸附效果的影响
表1 流速对树脂吸附效果的影响
流速/(BV/h)吸附量/(mg/mL ，树脂)
吸附率/%1.043.0497.342.042.5296.243.042.1595.474.041.8394.785.0
40.89
92.74
从表1可以看出，树脂的吸附率随流速的增大而减小，因为胭脂虫红素进入到树脂内部孔道从而被吸附需要一定的时间，在浅表孔道被胭脂虫红素分子占据的情况下，胭脂虫红素溶液与树脂接触时间越短，胭脂虫红素还没有扩散到树脂较深的孔道，就随液体流出了树脂柱，兼顾工作效率和吸附效果，采用流速为3 BV/h比较合适。
2.5 乙醇体积分数对D-101树脂洗脱效果的影响
表2 乙醇体积分数对树脂洗脱效果的影响 %
乙醇溶液体积分数
洗脱率胭脂虫红素纯度
4595.0957.705595.5957.776597.3158.057598.2458.4785
95.36
56.92
从表2可以看出，在乙醇体积分数为
图4 动态洗脱曲线
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收稿日期：2012-02-08 *通讯作者
基金项目：北京市自然科学基金项目(6111001)；北京市科技新星项目(2010B026)。作者简介：陈姗姗(1986—)，女，硕士研究生，研究方向为谷物功能成分。
陈姗姗1，张 晖1*，张 超2，王 丹2，赵晓燕2，马 越2
(1.江南大学食品学院，无锡 214122；
2.北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京 100097)
摘要：研究真空浓缩处理对蓝莓花苷残留率的影响，并与热处理结果进行比较，测定不同pH 条件下，热处理和真空浓缩处理对蓝莓花苷残留率的影响。结果表明：蓝莓花苷在不同pH 条件下的热降解均符合一级反应动力学模型(R 2>0.9154)。在60 ℃，pH 为1.0、3.0、5.0、7.0、9.0条件下，蓝莓花苷的降解速率常数分别为0.0114、0.0207、0.0232、0.0924、0.203 h -1。pH 值越高，花苷降解速率常数越大，半衰期越短，蓝莓花苷在酸性条件下稳定性较高。与热处理结果比较显示，真空浓缩过程中蓝莓花苷稳定性高。
关键词：花苷；稳定性；降解动力学；蓝莓；热处理；真空浓缩
中图分类号：TS 201.2 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2012)09-0270-04
Effect of vacuum concentration on degradation of blueberry
anthocyanins
CHEN Shan-shan 1, ZHANG Hui 1*, ZHANG Chao 2, WANG Dan 2, ZHAO Xiao-yan 2, MA Yue 2
(1.School of Food Science and Technology, JiangNan University, Wuxi 214122;
2.Vegetable Research Center, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing
100097)
Abstract: Effects of vacuum concentration and heating on stability of blueberry anthocyanins were studied at different pH value. The degradation of blueberry anthocayanins followed first-order reaction kinetics. Degradation rate constants were 0.0114, 0.0207, 0.0232, 0.0924 and 0.203 h -1 at pH 1, 3, 5, 7, 9, respectively. Anthocyanin degradation accelerated and with increasing pH. Hence, anthocayanins of blueberry were more stable in the acidic condition. Moreover, blueberry anthocyanins were more stable during vacuum concentration than that during heating which was resulted from the higher conce
ntration.Key words: anthocyanin; stability; degradation kinetics; blueberry; heating; vacuum concentration
真空浓缩对蓝莓花苷降解的影响
至防
，
[7] 吕晓玲，王星明，孙华铃.胭脂虫红素的提取纯化工艺
研究[J].中国食品添加剂,2009,(2):96-102
[8] 丁靖，惠伯棣，宫平，等.胭脂虫中洋红酸的C 18-HPLC-PDA
检测[J].食品科技,2011,36(2):260-264
[9] 张益峰，朱鑫雁，王素芳，等.分光光度法测定胭脂红酸的
研究[J].中国酿造,2009,(6):152-154
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