据文献报道,常用的花色苷分离纯化方法有大孔树脂吸附法[3]、高速逆流色谱法[5]、制备型高效液相色谱法[6]。其中,高速逆流色谱法和制备型高效液相色谱法存在费事、昂贵等缺点,不能满足工业化生产的需要。大孔树脂纯化虽然具有优异的吸附性能、高机械特性、溶剂消耗低、选择性好、成本低等优点,但是分离纯化效率较低,有待进一步研究改进[7]。另一方面,大孔树脂用于花色苷纯化时,吸附和解吸达到平衡的过程都十分耗时[7,8]。因此,开发新技术提高花色苷的吸附和解吸过程具有重要意义。在过去的十年中,一系列的研究表明,超声是辅助各种吸附剂材料吸附和解吸目标化合物的有效工具[9-11]。

超声波用于加强吸附和解吸过程的原理是其物理和空穴特性。超声可以强化从溶液到吸附剂的传质过程,通过空化作用破坏吸附剂和吸附物之间的亲和力[10]。Hamdaoui [11]等发现超声提高了颗粒活性炭对氯苯酚的吸附率。Jing等[9]发现超声波可以提高聚合树脂对铬的吸附速率,缩短平衡时间,但对解吸没有影响。Korkut等[12]发现超声促进了铜(II)的解吸,但对铅(II)解吸有不利影响。Karimi等[13]表明超声波在低温下促进了对硝酸盐的解吸。然而,超声辅助吸附和解吸的研究大多集中在对金属离子和有机污染物的吸附和解吸方面,还没有涉及到花色苷的吸附和解吸。因此,研究超声如何影响大孔树脂对花色苷的吸附和解吸来提取色素就十分有意义。

本研究采用超声波辅助大孔树脂纯化蓝莓提取液中的花色苷,研究了不同超声强度(AED、106, 199和279 W / L)和温度(20 ℃和30 ℃)对大孔树脂吸附和解吸花色苷的影响,在此基础上,通过分析树脂理化特性初步探讨了超声波强化大孔树脂吸附和解吸附花色苷的机理,从而为超声波技术在花色苷类色素分离纯化的应用中提供指导。

1  材料与方法 

1.1  材料与试剂

新鲜蓝莓:由南京溧水当地种植基地提供,采收于2017年7月份,采收后蒸馏水清洗干净后放置于-18℃冰柜贮藏;

XAD-7HP树脂:solarbio花色苷科技有限公司购买;

氢氧化钠:分析纯,西陇化工股份有限公司;

浓盐酸:分析纯,南京化学试剂股份有限公司;

无水乙醇:分析纯,广东光华科技股份有限公司;

浓硫酸:分析纯,南京化学试剂股份有限公司;

蒽酮:分析纯,国药集团化学试剂有限公司;

磷酸二氢钾:色谱纯,广东省化学试剂工程技术研究开发中心。

1.2  仪器与设备

UV5100B型紫外可见分光光度计,上海元析仪器有限公司;RE-52型旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂;超声波细胞粉碎机,XO-1200D,ATPIO有限公司;VCX130超声波探头系统,Sonics and Materials Inc.;XODC-2006低温恒温槽,南京先欧仪器制造有限公司;JA1003电子天平,上海浦春计量仪器有限公司;DSHZ-300A台式水浴恒温振荡器,太仓市强乐实验设备有限公司;雷磁 PHS-3C型pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;H1-16K台式高速离心机, 湖南可成仪器设备有限公司;Agilent 1200 高效液相色谱仪,美国安捷伦公司;ls-c(III)激光粒度分析仪,珠海欧美克仪器有限公司;JSM-5610LV扫描电子显微镜,JEOL Ltd.

1.3  大孔树脂的预处理

    XAD-7HP树脂在应用前按照Buran等[8]的方法进行预处理。将树脂填充在玻璃柱(内径×l:30×150 mm)中,按顺序用500 mL 95%乙醇、1 L去离子水、300 mL的4 % HCl、1 L去离子水、300 mL的5 % NaOH、2 L去离子水清洗树脂至最后洗脱液的pH值达到7.0,流速为80 r/min。将上述树脂在60 ℃和0.1 MPa的条件下真空干燥,直到达到恒定的重量。

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