膜分离技术纯化花生衣中的原花色素 实验用膜分离装置的应用|上海摩速科学器材有限公司-凯发官方首页
膜分离技术纯化花生衣中的原花色素
刘志强1,2，张初署1，孙杰 1，于丽娜1，张岩 2，王世清2，杨庆利1 ,*
(1.山东省花生研究所，山东青岛 266100；2.青岛农业大学食品科学与工程学院，山东青岛 266109)
摘 要：以花生衣的原花色素提取液为原料，研究不同孔径的膜组件(nf-500、hps-1、ps-5、ps-10)纯化原花
色素提取液的效果。确定*佳纯化效果的膜组件，以及其不同操作压力、操作温度对纯化花生衣中原花色素得率
和纯度的影响。结果表明：*佳纯化膜组件为hps-1 超滤组件，其操作压力0.54mpa，操作温度25℃，在此条
件下，原花色素得率13.3%、纯度85.8%。
关键词：原花色素；花生衣；膜分离
membrane separation technique for purifying proanthocyanidins from peanut skin
liu zhi-qiang1,2，zhang chu-shu1，sun jie1，yu li-na1，zhang yan2，wang shi-qing2，yang qing-li1,*
(1. shandong peanut research institute, qingdao 266100, china ；
2. college of food science and engineering, qingdao agricultural university, qiangdao 266109, china)
abstract ：the proanthocyanidin-rich extract from peanut skin was purified and condensed by membrane separation technique.
the purification effects of membrane modules with different pore sizes (nf-500, hps-1, ps-5 and ps-10) on the extract were
assessed. collectively considering product yield and purity, the optimal purification conditions were using hps-1 module at a
trans-membrane pressure of 0.54 mpa and an operating temperature of 25 ℃. under such purification conditions, the yield and
purity of purified proanthocyanidin were up to 13.3% and 85.8%, respectively.
key words：proanthocyanidin；peanut skin；membrane separation
中图分类号：ts202.3 文献标识码：a 文章编号：1002-6630(2010)20-0183-04
收稿日期：2010-06-21
基金项目：国家“863”计划项目(2007aa10z189；2006aa10a114)；农业部公益性行业(农业)科研专项(nyhyzx07-0140)；
山东省自主**重大科技专项(2006gg1107009)
作者简介：刘志强(1984 —)，男，硕士研究生，主要从事农产品加工及贮藏研究。e-mail：
* 通信作者：杨庆利(1979 —)，男，副研究员，博士，主要从事功能食品研究。e-mail：
花生衣为豆科植物花生种皮，红棕色膜质，味
甘、微苦、性平，有止血散瘀和消肿之功效，在《本
草纲目》和《中华药典》等书中均有记载[ 1 - 3 ]。花生
衣中含有丰富的原花色素，其中50% 左右为生物活性较
高的低聚物[4]。原花色素作为天然抗氧化剂，以其极强
的**自由基能力和心血管系统活性在药品、保健品和
化妆品中越来越受到人们的欢迎[5-6]。但是花生衣原花色
素粗提液中含有蛋白质、糖类等杂质[ 7 -9]，这些成分的
存在不仅影响色素的纯度，还影响其储藏的稳定性；同
时未经纯化的花生衣原花色素达不到食品加工对其纯度
要求。因此对原花色素提取液进行纯化才能达到贮藏和
食品加工的要求。
膜分离是一种新兴的生化分离技术，是指借助膜的
选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下对混合
物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集，广泛
应用于化工、食品、医药及废水处理等领域[ 1 0 -1 2 ]。与
传统分离技术相比，膜分离法不会发生相变，耗能少，
不消耗化学试剂和添加剂，不会污染产品，而且膜分
离生产过程可在常温封闭回路中进行，适合处理热敏性
物质同时避免氧气氧化有效物质。该法在天然色素的提
取中得到应用[13-15]。本研究以花生衣的原花色素提取液
为原料，从膜组件的膜通量、原花色素得率和纯度角
度出发，探讨膜分离的过程所需*佳膜孔径及该孔径下
分离的*佳工作条件，为花生衣中原花色素的提取提供
参考。
1 材料与方法
1.1 材料、试剂与仪器
花生衣青岛东生集团股份有限公司；原花色素
(≥ 98%) 上海融禾医药科技有限公司；香草醛(分析纯)
184 2010, vol. 31, no. 20 食品科学※工艺技术
天津博迪化工；盐酸、甲醇、无水乙醇( 均为分析纯) 。
ro-nf-uf-4050/4100/4010 实验用膜分离装置/ 超滤
器上海摩速科学器材有限公司；膜组件(nf-500 芳香
聚酰胺膜、hps-1 聚砜膜、ps-5 聚砜膜、ps-10 聚砜
膜、截留分子质量分别为500、1000、5000、10000d，
膜面积为0.1m2)；冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有
限公司；shz-3 循环水多用真空泵 上海沪西分析仪器
厂；sha-b 双功能水浴恒温振荡器 金坛市杰瑞尔电器
有限公司；vdrtex-5 漩涡混合器海门市其林贝尔仪
器制造有限公司；fz102 型微型植物粉碎机 天津市泰
斯特仪器有限公司；tu-1800s 紫外分光光度计北京普
析通用仪器有限公司；te212-l 电子天平德国赛多利
斯股份有限公司；hh-4 数显恒温水浴锅 国华电器有
限公司。
1.2 方法
1.2.1 原花色素提取液制备
将花生衣在粉碎机中粉碎，按照1:20(g/ml)的比例
加入石油醚30℃恒温水浴脱脂5h，之后进行抽滤，将
得到的滤渣在通风橱中除去残留的石油醚，得脱脂花生
衣[16]。采用超声波辅助法提取脱脂花生衣中原花色素，
提取条件：超声波功率120w、提取温度35℃、提取
时间5min、料液比9.24(g/ml)、乙醇体积分数55%。
将得到的原花色素提取液减压过滤除去残渣，滤液
在30℃下真空旋转蒸发，待浓缩液的体积为原体积的1/5
时，对其进行冷冻，之后进行真空冷冻干燥得到原花
色素粉末。
1.2.2 原花色素测定及标准曲线的制作
采用香草醛- 盐酸法测定提取液中的原花色素。取
样液1.0ml，放入试管中，加入4g/100ml 香草醛- 甲醇
溶液3.0ml混合，再加入1.5ml浓盐酸(质量分数为36%～
38%)，立即混匀。室温下显色15min 左右，在500nm
波长处测定吸光度，4g/100ml 香草醛- 甲醇溶液做空白
对照， 避光保存。
0.15、0.20、0.25mg/ml 质量浓度原花色素标准液。采
用香草醛- 盐酸法测定吸光度，绘制出原花色素质量浓
度与吸光度的关系曲线，见图1。并计算出回归方程：
a=3.5018c － 0.0025(r2=0.9998)，式中：a 为吸光度；
c 为原花色素质量浓度(mg/ml)。
1.2.3 膜分离装置
本实验采用上海摩速科学器材有限公司生产的ronf-
uf-4050/4100/4010 实验用膜分离装置/ 超滤器(图2)。
操作方法为样品液经输液泵输入膜分离组件，以切向流
的方式通过膜组件，分为透过液和截留液，在压力驱
动下分别从膜分离柱外腔的透过口和循环口流出。
1.2.4 原花色素得率及纯度的计算
原花色素得率计算：w=m1/m2
式中：w 为原花色素得率/%；m1 为纯化后原花色
素质量/mg；m2 为称量脱脂花生衣的质量/mg。
原花色素纯度计算：n=cvn/m1
式中：n 为原花色素纯度/%；c 是原花色素质量
浓度/(mg/ml)；v 为溶液体积/ml；n 为稀释倍数；m1
为纯化后原花色素质量/mg。
1.2.5 膜通量的计算
膜通量的计算式：j= δv/ ( s ·δt )
式中：j 为膜通量/(l/(m2·h))；δv 为取样时间
内渗透液体积/l；s 为膜面积/m2；δt 为取样时间/h。
2 结果与分析
2.1 膜组件的选择
采用4 种不同规格的膜组件(nf-500、hps-1、ps-
5、ps-10，截留分子质量分别为500、1000、5000、
10000d)对相同温度、相同体积、相同浓度的原花色素
提取液进行浓缩纯化实验。从表1 可以看出，4 种不同
规格的膜组件对花生衣原花色素提取液纯化效果。原花
色素提取液经过4 种膜组件纯化后所得原花色素纯度均
大于未经纯化处理的45.6%，因为4 种膜组件孔径不同，
对原花色素提取液除杂效果不同，孔径越小，纯化效
图1 原花色素标准曲线图
fig.1 standard curve of proanthocyanidins
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
a500nm
原花色素质量浓度/(mg/ml)
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
**称取原花色素标准品10.0mg，定容于10ml 容
量瓶中，再进行一定倍数的稀释，配制出0.05、0.10、
1.原料液槽；2.输液泵；3.压力表；4.膜过滤组件；
5 . 流量计；6 . 循环阀；7 . 浓液阀；8 . 流量计阀。
图2 ro-nf-uf-4050/4100/4010 实验用膜分离装置/ 超滤器
fig.2 ro-nf-uf-4050/4100/4010 laboratory membrane separation
device/ultra-filtration instrument
5
8
4
3
p 6
7
2 1
↓
↑
↓
※工艺技术食品科学2010, vol. 31, no. 20 185
果越好，但是得率也会随之变小。ps-10 纯化原花色素
得率*高为19.6%，但是纯度*低，为58.6%，得到的
原花色素含有较多杂质；ps-5 和hps-1 纯化原花色素的
得率相近分别为12.1% 和14.2%，而hps-1 所得原花色
素纯度为84.5%，远高于ps-5 所得原花色素的纯度为
68.4%，说明hps-1 将一部分分子质量在1000～5000d 一
些糖类、色素等杂质有效地去掉，原花色素得率没有
发生明显变化，可以推测花生衣中原花色素分子质量小
于5000d。nf-500 和hps-1 纯化原花色素的纯度相近为
86.7%，说明两种膜组件都可以除去绝大部分大分子蛋
白质、多糖等，由于提取液中含有一些小分子糖类等
物质，所以进一步显著提高原花色素的纯度有难度，而
hps-1 原花色素得率为12.1%，显著高于nf-500 的8.1%，
说明花生衣中原花色素的分子质量在1000d 左右，膜组
件nf-500 的原花色素得率明显较低，是因为其截留分子
质量过小，将一部分原花色素截留下。从原花色素得
率和纯度总体角度进行选择，所以hps-1 为纯化原花色
素*佳膜组件。
膜组件nf-500 hps-1 ps-5 ps-10 未采用膜组件
原花色素得率/% 8.1 12.1 14.2 19.6 23.1
原花色素纯度/% 86.7 84.5 68.4 58.6 45.6
表1 不同孔径膜组件纯化原花色素效果
table 1 effect of membrane modules with different pore sizes on
purification efficiency of proanthocyanidins
2.2 膜分离工艺参数的确定
2.2.1 操作压力的确定
对20℃、800ml、质量浓度5.90mg/ml 的原花色素
提取液在不同压力下进行浓缩、纯化，考察不同操作
压力对提取液膜通量、原花色素得率和纯度的影响。结
果见图3 。
在0.54mpa 之后膜通量略有下降。因为在开始阶段随操
作压力增大，膜通量随之增大；操作压力继续增加，
经过超滤浓缩使原料溶液的浓度加大，致使浓差极化加
剧，逐步形成凝胶层，膜通量趋于极限值，所以不再
随压力的增大而增大，另一方面，随着凝胶层的积蓄
加厚，阻力增大，致使膜通量反而会有下降的趋势，
而且压力越高，凝胶层形成的速度越快，压力过大，
膜甚至会被挤压而导致严重堵塞。尽管较低的压力能减
缓堵塞，但是膜通量过小会影响生产效率。综合考虑
各项因素，操作压力选择0.54mpa。
从图3 可知，膜组件操作压力对花生衣中原花色素
得率和纯化效果。操作压力在0.50～0.54mpa 原花色素
的得率随之压力的增加有由12.3% 上升至13.4% ，
在0.54mpa 之后略有下降，可能因为随着压力增加，浓
差极化加剧，凝胶层出现及固化，导致原花色素透过率
降低。原花色素纯度在82.1%～85.3% 之间，在0.52mpa
处*大为85. 3%，当操作压力为0 .54mpa 时纯度为
84.6%，呈降低趋势。原花色素的纯度在0.52mpa 和
0.54mpa 处相差很小，同时从提取液膜通量和原花色素
得率角度考虑，故操作压力为0.54mpa *为合适。
2.2.2 操作温度的确定
对0.52mpa、800ml、质量浓度5.90mg/ml 的色素提
取液在不同温度下进行浓缩，考察不同操作温度对提取液
膜通量、原花色素得率和纯度的影响。结果见图4 。
从图4 可知，操作温度在20～40℃，膜通量由11.8
l/(m2·h)上升至13.7l/(m2·h)，呈逐渐增加趋势，因
为温度升高时，扩算系数和传质系数增大，相应会减
弱膜表面的浓差极化，故膜通量增加；但是原花色素是
一类温度过高易分解的物质，高温可以使膜通量增加，
同时也会使原花色素发生分解，使有效成分减少。综合
考虑膜的性能，料液稳定性以及操作方便，采用25℃。
从图4 可知，膜组件操作温度对花生衣中原花色素
得率和纯化效果的影响。操作温度为20～25℃时，原
花色素得率12.4% 升至为13.3%，上升趋势明显，可能
图3 操作压力对膜通量、原花色素得率和纯度的影响
fig.3 effect of trans-membrane pressure on membrane flux, yield and
purity of proanthocyanidins
14
13
12
11
10
9
8
7
膜通量/(l/(m2·h))
原花色素得率/%
操作压力/mpa
0.50 0.52 0.54 0.56 0.58
86
85
84
83
82
81
80
79
原花色素纯度/%
膜通量变化曲线
原花色素得率
原花色素纯度
超滤过程是以压力为驱动力，其大小会直接影响膜
组件的通透性。图3 数据表明，操作压力在0 . 5 0 ～
0.54mpa 时，膜通量由7.27l/(m2·h)上升至12.1l/(m2·h)，
图4 操作温度对膜通量、原花色素得率和纯度的影响
fig.4 effect of operating temperature on membrane flux, yield and
purity of proanthocyanidins
14.0
13.5
13.0
12.5
12.0
11.5
11.0
10.5
膜通量/(l/(m2·h))
原花色素得率/%
操作温度/℃
20 25 30 35 40
87
86
85
84
83
82
81
80
79
原花色素纯度/%
膜通量变化曲线
原花色素得率
原花色素纯度
186 2010, vol. 31, no. 20 食品科学※工艺技术
因为温度升高，膜表面的浓差极化减弱，膜材料微观
布朗运动加剧，透过物增加，所以原花色素得率增加；
在25℃后，原花色素得率趋于平缓。操作温度为20～
25℃时，原花色素的纯度由84.1% 升至85.8%，之后呈
下降趋势，可能因为随着温度继续升高，膜材料布朗运
动加剧，使瞬间单位体积的小孔机率增加，造成膜的截
留性能下降，一些分子质量较大的物质没有被膜组件截
留下来，所以原花色素的纯度降低。从提取液膜通量、
原花色素得率及纯度的角度考虑，故采用25℃。
2.2.3 膜分离法与传统溶剂萃取法纯化花生衣中原花色
素的比较
膜分离法：超声波辅助提取法得到花生衣原花色素
提取液，采用膜组件为hps-1 超滤组件，在其操作压
力0.54mpa，操作温度25℃条件下对花生衣中原花色素
提取液进行纯化，得到滤液真空旋转蒸发到其原体积的
1 /5，再进行真空冷冻干燥，原花色素得率为13. 3%，
纯度为85.8%。
传统溶剂萃取法：超声波辅助提取法得到花生衣原
花色素提取液，对提取液进行真空旋转蒸发( 经蒸发去
掉乙醇)，再用乙酸乙酯在酸性环境下(ph3.5～4.0)对浓
缩液浸提(3 次)后进行干燥，原花色素得率为3.2%，纯
度为59.6%。
与传统溶剂萃取法相比，膜分离法比传统溶剂萃取
法原花色素得率提高了10.1 个百分点，纯度提高了26.2
个百分点。
3 结 论
采用膜分离技术对花生衣原花色素提取液进行处
理，纯化花生衣中的生物活性物质——原花色素，研究
4 种不同截留分子质量的膜过滤组件对原花色素的纯化效
果，从原花色素得率和纯度角度考虑，hps-1(截留分子
质量1000d)纯化效果*好。
研究了膜组件hps-1 操作压力、操作温度对膜通量
及对原花色素得率和纯度的影响，结果表明：膜过滤*
佳条件为压力0.54mpa、温度25℃，花生衣原花色素
得率13.3%，其纯度85.8%。与传统溶剂萃取法相比，
原花色素得率提高了10.1 个百分点，纯度提高了26.2 个
百分点。膜分离纯化原花色素在得率和纯度都得到显著
增高， 纯化效果明显。
参考文献：
[1] ***, 万书波, 束春德. 花生加工[m]. 北京: 中国轻工业出版社,
2001.
[2] 曹凯光, 潜学基, 史建红. 从花生红衣皮中提取红衣粉的研究[j]. 食
品工业科技, 1995, 17(5): 21-23.
[3] 陈杰, 徐鹤龙, 方志伟. 花生红衣的研究与开发应用[j]. 广东农业科
学, 2007(8): 80-81.
[4] 王峰. 黑花生衣色素的研究[d]. 长沙: 湖南农业大学, 2007.
[5] sanoner p, guyot s, marnet n, et al. polyphenol profiles of
french cider apple varieties (malus domestica sp.)[j]. j agric food
chem, 1999, 47(12): 4847-4853.
[6] pataki t, bak i, kovacs p, et al. grape seed proanthocyanidins
improved cardiac recovery during reperfusion after ischemia in isolated
rat hearts[j]. am j clin nutr, 2002, 75(5): 894-899.
[7] 张红梅. 花生衣红色素的提取、性质及其应用的研究[d]. 无锡: 江
南大学, 2005.
[8] 王峰. 黑花生衣色素的研究[d]. 长沙: 湖南农业大学, 2007.
[9] 张秀尧, 凌罗庆, 戴荣兴. 花生衣的化学成分研究[j]. 中国中药杂志,
1990, 15(6): 36-38.
[10] 陈少洲, 陈芳. 膜分离技术与食品加工[m]. 北京: 化学工业出版社,
2005.
[11] 孟祥河, 潘秋月, 邵平, 等. 酶解膜分离两步分离乳清中β- 乳球蛋
白的研究[j]. 农业工程学报, 2008, 24(5): 280-283.
[12] 张晓平, 董银卯, 刘永国, 等. 中空纤维膜分离燕麦蛋白工艺及膜清
洗方案[j]. 农业工程学报, 2010, 26(3): 332-340.
[13] 李媛媛, 高彦祥. 膜分离技术纯化栀子黄色素的研究[j]. 食品科学,
2006, 27(6): 113-117.
[14] 陈渝, 李志远, 侯小桢. 膜分离技术在菠萝汁澄清中的应用研究[j].
食品工业科技, 2005, 26(9): 63-66.
[15] 卢艳民, 周梅村, 郑华, 等. 超滤膜精制胭脂虫红色素的研究[j]. 食
品科学, 2008, 29(9): 196-198.
[16] 朱凤, 张初署, 杨庆利, 等. 微波辅助