S-8大孔吸附树脂富集紫胶色酸

陈智勇

（中国林业科学研究院资源昆虫研究所，国家林业局特色森林资源工程技术研究中心，云南 昆明 650224）

摘 要：以提取液中紫胶色酸的含量为指标，通过静态吸附-解吸和动态吸附-解吸紫胶色酸提取液，确定S-8大孔吸附树脂富集紫胶色酸的工艺参数。结果表明：S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸有良好的吸附性能，静态吸附过程中S-8大孔吸附树脂在30 ℃条件下吸附4.5 h后达到对紫胶色酸的最佳饱和吸附，吸附液流速为2 mL/min时，S-8大孔吸附树脂达到动态饱和最佳吸附；解吸液为95%乙醇溶液、100 mL乙醇中加1.0 mL 2 mol/L的盐酸溶液、解吸液流速3 mL/min时色酸富集效果好，解吸率大于90%；经20 次重复吸附/解吸后对紫胶色酸的解吸率依然达到89.50%，树脂可多次重复使用；经大孔吸附树脂富集精制后的紫胶色酸含量由24.77%提高至62.92%，纯度提高了1.54 倍，富集后紫胶色酸的得率（以原胶质量计）达到0.52%，说明采用S-8大孔吸附树脂富集紫胶色酸是可行的。

关键词：紫胶色酸；大孔吸附树脂；富集

Enrichment of Laccaic Acid by S-8 Macroporous Resin

CHEN Zhi-yong

(Research Center of Engineering and Technology on Forest Resources with Characteristics, State Forestry Administration,
Research Institute of Resources Insects, Chinese Academy of Forestry, Kunming 650224, China)

Abstract: The conditions for static and dynamic adsorption and desorption by S-8 macroporous resin for enriching laccaic acid were investigated by measuring the laccaic acid concentration in crude extract and eluates. The results showed that adsorption capability of S-8 macroporous resin was favorable to laccaic acid. In the static adsorption process, the resin exhibited maximum saturated adsorption at 30 ℃ after 4.5 hours. When the flow rate of the sample solution was 2 mL/min the dynamic adsorption achieved the maximum saturation level. The best enrichment results (more than 90% desorption rate) were obtained when the adsorbed laccaic acid was desorbed using 100 mL of 95% aqueous ethanol with 1.0 mL of 2 mol/L
hydrochloric acid at a flow rate of 3 mL/min. The desorption rate remained as high as 89.50% after twentieth repeated use, suggesting good reusability of the sorbent. After the enrichment process, the purity of laccaic acid was increased from 24.77% to 62.92% with a purification factor of 2.54, and the yield of laccaic acid from lac was 0.52%. This study demonstrates the applicability of S-8 macroporous resin for enriching laccaic acid.

Key words: laccaic acid; macroporous adsorbent resin; enrichment

中图分类号：TQ028.3；TS264.4；S759.7；S899.2 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）22-0017-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201422004

紫胶色酸是紫胶红色素中蒽醌类化合物的统称，是紫胶红色素中的有效显色物质[1-3]。紫胶色酸是一系列蒽醌衍生物的混合物，由于其多数衍生物均含有羧基，而呈现一定酸性[4-6]。目前已经发现的紫胶色酸有5 种，分别是紫胶色酸A、B、C、D、E，其基本结构极为类似，主要区别在于取代基的种类与位置不同[7-11]。由于紫胶色酸理化性质非常稳定，加之其天然、安全、无毒的优良特性，是食品、化妆品、医药及纺织品的优良着色剂[12-16]，为我国允许用于食品添加剂的天然色素[17-18]。

紫胶色酸主要由紫胶虫体经水洗、沉降、结晶而得到，由于紫胶虫体中含有的糖、蛋白、灰分等杂质不可避免地进入到提取物中，因此需对其进行精制，以提高产品中紫胶色酸的含量[19-20]。然而，一直以来人们对紫胶色酸的提取技术关注较多，相关报道也较为常见[21-23]，而对紫胶色酸的精制技术研究还不够细致，尤其高纯度紫胶色酸产品还很鲜见[24]。本研究以S-8大孔吸附树脂为填料，采用树脂吸附的方法将蒽醌类物质保留，实现紫胶色酸与杂质的有效分离，从而达到精制紫胶色酸的目的，为高纯度紫胶色酸产品的开发和制备提供参考方法和理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫胶原胶，由中国林业科学研究院资源昆虫研究所景东南亚热带实验站提供，为云南紫胶虫
（K. yunnanensis Ou et Hong）原胶[25]。

S-8大孔吸附树脂 天津市海光化工有限公司；
盐酸 天津市风船化学试剂厂；乙醇 天津市大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

CPC-505电导率仪 德国斯玛特公司；AB204-S精密型电子天平 Mettler Toledo中国有限公司；DU-800型紫外-可见分光光度计 美国Beckman-Coulter公司；SHZ-82
恒温振荡器 金坛市富华仪器有限公司；HHS-11-2
型电热恒温水浴锅 江苏省医疗器械厂；SLEVA-2转盘离心机 德国Hermle Labortechnik公司；BCD-208K BS冰箱 青岛海尔股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大孔吸附树脂的预处理

将S-8大孔吸附树脂以无水乙醇浸泡3～4 h，然后以无水乙醇洗涤树脂并放净洗涤液，重复洗涤多次，直至向洗涤液中加入3 倍体积水不显浑浊时停止。最后以去离子水淋洗树脂至无乙醇气味后离心脱水，并于冰箱中冷藏备用。

1.3.2 紫胶色酸原液制备

取原胶颗粒粉碎成1～6 mm颗粒后称质量，按照紫胶与去离子水比1∶5（g/mL）取样后，机械搅拌2 h，并以200 目细纱布过滤洗色液，重复提取6 次后，合并洗色液，以柠檬酸调整洗色液pH 3.5～4，搅拌澄清后采用滤膜过滤，取滤液备用。

1.3.3 S-8大孔吸附树脂的吸附实验

1.3.3.1 吸附温度对S-8大孔吸附树脂吸附能力的影响

精确称量1.00 g经1.3.1节中预处理的S-8大孔吸附树脂并置于100 mL三角瓶中，加入1.3.2节中制备的紫胶色酸原液50 mL，设置恒温振荡器温度分别为20、30、40、50 ℃后，每30 min取一次上清液测定其吸光度并计算其质量浓度，直至紫胶色酸质量浓度不再降低为止，并按照式（1）、（2）计算各温度条件下紫胶色酸的吸附量及吸附率随时间的变化。

（1）

（2）

式中：Q为紫胶色酸在S-8大孔吸附树脂上的吸附量/
（µg/g）；EQ为紫胶色酸在S-8大孔吸附树脂上的吸附率/%；C0、Ct、Ce分别为吸附前、t时间和吸附后原液中紫胶色酸的质量浓度/（µg/mL）；V0、Vt、Ve分别为吸附前、t时间和吸附后吸附液的体积/mL；m为S-8大孔吸附树脂的质量/g。

1.3.3.2 吸附液流速对S-8大孔吸附树脂吸附能力的影响

精确称量5.00 g经1.3.1节中预处理的S-8大孔吸附树脂，采用湿法装柱。取1.3.2节中已预处理的紫胶色酸原液，分别在吸附液流速为1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL/min条件下流过上述预装的吸附柱，每隔5 min取样并测定流出液的吸光度At，并计算流出液中紫胶色酸的质量浓度Ct。以Ct=1/10C0为始漏点，合并到达始漏点前的流出液，以流出液中紫胶色酸的质量浓度Ct和体积Vt，计算吸附量和吸附率。

1.3.4 S-8大孔吸附树脂的解吸实验

1.3.4.1 乙醇体积分数对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

精确称量1.00 g经1.3.1节中预处理的S-8大孔吸附树脂并置于100 mL三角瓶中，加入1.3.2节中制备的紫胶色酸原液50 mL，设置恒温振荡器温度为30 ℃恒温振荡6 h，以去离子水洗涤去除残余色素后吸干水分。配制体积分数分别为20%、40%、60%、80%和95%的乙醇溶液各50 mL，并以其解吸S-8大孔吸附树脂12 h；在每50 mL不同体积分数的乙醇溶液中各加0.5 mL 2mol/L的盐酸溶液，以提高解吸液对S-8大孔吸附树脂的解吸能力。测定其吸光度并计算其质量浓度，按式（3）、（4）计算解吸量和解吸率。

（3）

（4）

式中：D为紫胶色酸在S-8大孔吸附树脂上的解吸量/
（µg/g）；Cd为解吸液中紫胶色酸的质量浓度/（µg/mL）；Vd为解吸液体积/mL；m为S-8大孔吸附树脂的质量/g；ED为紫胶色酸在S-8大孔吸附树脂上的解吸率/%；Q为紫胶色酸在S-8大孔吸附树脂上的吸附量/（µg/g）。

1.3.4.2 盐酸加入量对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

精确称量1.00 g经1.3.1节中预处理的S-8大孔吸附树脂并置于100 mL三角瓶中，加入1.3.2节中制备的紫胶色酸原液50 mL，设置恒温振荡器温度为30 ℃恒温振荡6 h，以去离子水洗涤去除残余色素后吸干水分。量取1.3.4.1节中洗脱效果较好的乙醇溶液50 mL，加不同体积2 mol/L的盐酸溶液调酸，并以其解吸S-8大孔吸附树脂12 h。测定其吸光度并计算其质量浓度，计算不同盐酸加入量的乙醇溶液解吸量和解吸率。

1.3.4.3 解吸液流速对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

精确称量5.00 g经1.3.1节中预处理的S-8大孔吸附树脂，采用湿法装柱。按1.3.3.2节较佳流速动态吸附的条件上柱；采用1.3.4.1节及1.3.4.2节中较佳的洗脱液分别在1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL/min流速条件下洗脱。每隔5 min测定流出液的吸光度At，并计算流出液中紫胶色酸的质量浓度Ct，以流出液的紫胶色酸质量浓度Ct为初始流出液吸光度的1/10时为终点，合并到达终点前所有流出液，测流出液中紫胶色酸的质量浓度Cd和体积Vd，计算解吸量和解吸率。

1.3.5 最佳条件下S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的富集效果

在1.3.3节及1.3.4节中确定的最佳吸附、解吸条件下，取紫胶色酸原液50 mL，按照文献[24]中方法测定其紫胶色酸含量T0后，以S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸原液进行吸附和解吸实验，收集解吸液后测定解吸液的体积V1和解吸液的质量浓度C1，并计算紫胶色酸的含量T1，并以原胶质量m0为基准计算富集后紫胶色酸的得率Y1。

（5）

1.3.6 S-8大孔吸附树脂的动态重复性实验

精确称量5.00 g经1.3.1节中预处理的S-8大孔吸附树脂，采用湿法装柱。取1.3.2节中已预处理的紫胶色酸原液，在1.3.3.2节中较佳的流速条件下，进行动态吸附。待S-8大孔吸附树脂达到吸附饱和后，先以质量分数0.01% HCl溶液洗涤，目的是除去极性较强、水可以解吸的物质，再以乙醇溶液在上述得到的最佳解吸条件下解吸。分别收集上述动态吸附过程的解吸液及紫胶色酸原液，测定其吸光度At，并计算解吸液中紫胶色酸的质量浓度和解吸率。同一树脂柱重复上述操作20 次，考察S-8大孔吸附树脂的重复使用性能。

1.3.7 分析方法

按照文献[24]中提供的方法进行如下步骤的吸光度测试：以移液管精确移取吸附液/解吸液，将含有紫胶色酸的吸附液/解吸液置于水浴锅上蒸干，再按照文献[24]中以质量分数0.5%醋酸镁-甲醇溶液溶解显色，在540 nm波长条件下测定吸光度，并带入标准曲线计算测试样中的紫胶色酸质量浓度。

2 结果与分析

2.1 S-8大孔吸附树脂的吸附实验

2.1.1 吸附温度对S-8大孔吸附树脂吸附能力的影响

图 1 不同温度条件下S-8大孔吸附树脂吸附量随时间的变化

Fig.1 Adsorption quantity vs curves of S-8 at different temperatures

如图1所示，在不同温度条件下、5 h的吸附时间内，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的吸附量呈增大的趋势，但就达到饱和吸附的速度而言，温度对S-8大孔吸附树脂有着较大的影响，温度为30 ℃时大孔吸附树脂的吸附量较高，且更快达到饱和吸附。

图 2 不同温度条件下S-8大孔吸附树脂吸附率随时间的变化

Fig.2 Adsorption rate vs time curves of S-8 at different temperatures

如图2所示，随吸附时间延长，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸吸附率增加；5 h内S-8大孔吸附树脂在30～50 ℃条件下逐渐趋于吸附饱和，吸附率均大于95%；而由吸附率曲线可见，S-8大孔吸附树脂在30 ℃条件下吸附率达到最大，趋于饱和后随着时间的延长吸附率基本维持稳定。综合图1与图2的结果可知，S-8大孔吸附树脂在30 ℃条件下吸附4.5 h后达到对紫胶色酸的最佳饱和吸附。

2.1.2 吸附液流速对S-8大孔吸附树脂吸附能力的影响

图 3 吸附液流速对S-8大孔吸附树脂吸附量的影响

Fig.3 Effect of flow rate of the sample solution on adsorption quantity onto S-8

如图3所示，随着吸附时间的延长，S-8大孔吸附树脂的吸附量逐次降低，总体来看，流速越快，曲线斜率越大，说明流速越快，吸附量降低的也就越快，这是因为吸附液流速越快时，单位时间内流过树脂的紫胶色酸也就越多，因而大孔树脂也就越容易达到饱和，但这并不意味着流速越大，树脂吸附效果越好，因为树脂的累积吸附量也是必须考虑的重要因素。

由图4可以看出，随着吸附液流速增加，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的累积吸附量增加，但大孔吸附树脂的动态吸附过程不仅要考虑吸附量的大小，由于吸附率的高低决定了紫胶色酸原液的利用率和吸附效率，因此，吸附率的大小是动态吸附过程中吸附液流速考量的重要因素。各流速下，紫胶色酸吸附液的吸附量及吸附率如表1所示。

图 4 吸附液流速对S-8大孔吸附树脂累积吸附量的影响

Fig.4 Effect of flow rate of the sample solution on cumulative adsorption quantity onto S-8

表 1 S-8大孔吸附树脂达到始漏点的吸附参数

Table 1 Adsorption parameters of S-8 at the starting leakage point

由表1可知，当吸附液流速为2 mL/min时，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的吸附率达到最高，而随着吸附原液流速继续增大，吸附率明显降低。此外，当动态吸附过程中流速过快时，由于吸附液与大孔吸附树脂表面接触的时间过短，原液中的溶质分子来不及扩散至树脂表面时就会发生树脂漏液现象，从而降低了树脂对原液的吸附效率。综上可见，吸附液流速为2 mL/min时，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的吸附效率最佳。

2.2 S-8大孔吸附树脂的解吸实验

2.2.1 乙醇体积分数对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

图 5 不同体积分数的乙醇解吸液对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

Fig.5 Effect of ethanolconcentration on desorption rate

由图5可以看出，乙醇体积分数对S-8大孔吸附树脂的解吸影响显著，随着乙醇体积分数的增大，树脂解吸率由5.76%增加至92.36%。可见，增大解吸液中乙醇的体积分数有利于S-8大孔吸附树脂中紫胶色酸的高效解吸。

2.2.2 解吸液加酸量对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

图 6 加酸量对S-8大孔吸附树脂解吸能力的影响

Fig.6 Effect of different amounts amount of hydrochloric acid added to aqueous ethanol on desorption capability of S-8

由图6可知，盐酸的加入明显改变乙醇溶液对S-8大孔吸附树脂的解吸能力。由图6可以看出，少量盐酸的加入即可达到较好的解吸效果，在每50 mL 95%乙醇盐酸用量为0.5 mL时，解吸能力达到最大，解吸率达到92.36%，而后随着盐酸浓度的持续增大，解吸率明显降低。可见，50 mL 95%乙醇中加入0.5 mL 2 mol/L的盐酸时，其解吸效果最好，解吸率最高。

2.2.3 解吸液流速对树脂解吸能力的影响

图 7 解吸液流速对S-8大孔吸附树脂解吸量的影响

Fig.7 Effect of flow rate of the desorption solution on desorption quantity of S-8

如图7所示，随着解吸液流速的增大，解吸曲线整体向左平移，即从S-8大孔吸附树脂上解吸相同量的紫胶色酸所用的时间越短，可见适当增大解吸液流速有利于缩短解吸时间，但解吸液流速并非越大越好，因为还必须得考虑解吸的效率，为方便计算解吸率，各流速条件下S-8大孔吸附树脂的累积解吸量曲线如图8所示。

图 8 解吸液流速对S-8大孔吸附树脂累积解吸量的影响

Fig.8 Effect of flow rate of the desorption solution on cumulative desorption of S-8

由图8可以看出，随着解吸液流速的依次增大，S-8大孔吸附树脂的累积解吸量依次增加，且当解吸液流速越大时，达到相同累积解吸量所需解吸时间也就越短，可见增大解吸液流速有利于S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的解吸。各流速梯度下，S-8大孔吸附树脂的解吸效率如表2所示。

表 2 S-8大孔吸附树脂达到解吸终点解吸参数

Table 2 Adsorption parameters of S-8 macroporous resin
at the end of desorption

由表2可知，当解吸液流速为3 mL/min时，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的累积解吸量和解吸率达到最高，可将S-8大孔吸附树脂中吸附的90%以上紫胶色酸成分充分洗脱下来，而随解吸液流速减小，吸附量和吸附率均有所下降。

2.3 最佳吸附/解吸条件下S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的富集效果

表 3 S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸的富集效果

Table 3 Enrichment performance of laccaic acid by S-8

由表3可见，在上述所得的最佳吸附、解吸条件下，S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸有较好的富集效果，紫胶色酸样品质量分数由富集前的24.77%提高至62.92%，提高1.54倍，富集后紫胶色酸的得率达到了0.52%。

2.4 动态吸附/解吸验证性实验

图 6 S-8大孔吸附树脂的重复使用性能验证

Fig.6 Reusability of S-8

由图6可见，S-8大孔吸附树脂重复吸附/解吸20 次，结果表明：以2.0 mL/min流速、140 mL紫胶色酸原液在30 ℃条件下吸附上柱，吸附时间4.5 h后达到动态饱和最佳吸附；然后用质量分数0.01% HCl溶液进行洗柱，再用浓度2 mol/L的盐酸，按照盐酸与95%乙醇溶液体积比1∶100进行调和，120 mL调和液以3.0 mL/min流速解吸20次重复后，虽然解吸液中蒽醌平均质量浓度和解吸率有所下降，但变化幅度不大，经20 次重复吸附/解吸后对紫胶色酸的解吸率依然达到89.50%，表明S-8大孔吸附树脂重复使用性好。

3 结 论

S-8大孔吸附树脂对紫胶色酸有良好的吸附性能，静态吸附过程中S-8大孔吸附树脂在30 ℃条件下吸附4.5 h后达到对紫胶色酸的最佳饱和吸附；柱上动态吸附时，吸附液流速为2.0 mL/min，140 mL紫胶色酸原液在30 ℃条件下吸附上柱，吸附时间4.5 h后达到动态饱和最佳吸附。

S-8大孔吸附树脂的最佳解吸条件为解吸液95%乙醇溶液、100 mL乙醇中加1.0 mL 2 mol/L盐酸溶液、解吸液流速3 mL/min，此时色酸富集效果好，解吸率大于90%；经20 次重复吸附/解吸后对紫胶色酸的解吸率依然达到89.50%，树脂可多次重复使用。

经S-8大孔吸附树脂富集精制后的紫胶色酸含量由24.77%提高至62.92%，纯度提高了1.54倍，富集后紫胶色酸的得率（以原胶质量计）达到0.52%，说明采用S-8大孔吸附树脂富集紫胶色酸是可行的。

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