Часть Ⅰ: Цистанхе: высокоэффективная адсорбция фенилэтаноидных гликозидов на мезопористом углероде
Mar 04, 2022
Контактное лицо: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Электронная почта:audrey.hu@wecistanche.com
Хелин Сюй, Вэньцзин Пей, Сюэцинь Ли и Цзиньли Чжан
Фенилэтаноидные гликозидыявляются основными активными соединениямиЦистанхе трубчатая（Щелкните для просмотра продуктов）, и крайне желательно получить высокую очистку фенилэтаноидных гликозидов путем адсорбции из их экстрактов. Изучить высокоэффективную адсорбцию фенилэтаноидных гликозидов, новый адсорбционный материал для эффективного разделения и очистки фенилэтаноидных гликозидов (фенилэтаноидных гликозидов) изЦистанхе трубчатаябыл исследован. Три мезопористых углерода из упорядоченного мезопористого углерода (CMK-3), неупорядоченного мезопористого углерода (DMC) и трехмерного кубического мезопористого углерода (CMK-8) сравнивали в отношении адсорбции фенилэтаноидных гликозидов. При этом были исследованы изотермы адсорбции, кинетика адсорбции и оптимизация условий адсорбции. Результаты показали, что CMK-3 показал самую высокую адсорбционную способность 358,09 ± 4,13 мг/г из-за его высокой удельной поверхности, большого объема пор и кислородсодержащих функциональных групп. Экспериментальные данные могут быть точно описаны с помощью модели Ленгмюра и модели псевдовторого порядка. Модель внутричастичной диффузии предполагает, что стадиями адсорбции, ограничивающими скорость, является внутричастичная диффузия.
ВВЕДЕНИЕ
Цистанхе трубчатая был паразитическим растением Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017) и в основном рос на корнях растений Tamarix и видов Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa первоначально была записана в «Китайской Материи Медике» Шэнь Нуна ок. 100 г. до н.э. Выращивание и выращивание Cistanche tubulosa требовало суровых условий окружающей среды, и его широко выращивали в засушливых землях и пустынях северного полушария, таких как провинции Синьцзян, Внутренняя Монголия, Ганьсу, Цинхай и автономный район Нинся в Китае. (Вы и др., 2016).Цистанхе трубчатаябыла ценным китайским тонизирующим растением, которое питало почки, замедляло старение, повышало содержание крови и увлажняло толстый кишечник для свободного стула (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al. al., 2018), и он имеет репутацию«Женьшень пустынь»(Сонг и др., 2016; Ван и др., 2018). Cistanche tubulosa была официально зарегистрирована в Китайской фармакопее как подлинный источник Cistanches Herba (китайское название: Rou cong rong) из издания 2005 года (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
Предыдущее исследование выявило несколько основных химических компонентов Cistanche tubulosa, включая PhG, иридоиды и полисахариды (Li et al., 2018a). Структуры PhG в основном состоят из коричной кислоты и полисахаридов, спирта, который присоединен к α-глюкопиранозе через сложноэфирные и гликозидные связи (Luo et al., 2010), а фенилэтаноидный гликозид считается основным активным компонентом Cistanche tubulosa, обладающим различными свойствами. фармакологическая активность (Liao et al., 2018). Исследование показало, что PhG обладают различными лечебными свойствами, такими как нейропротекция, иммунная регуляция, противовоспалительное действие, защита печени и антиоксидант (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). По фитохимическим оценкам основными активными компонентами и маркерами Cistanche tubulosa считались такие ФГ, как эхинакозид, актеозид (Li et al., 2017b), которые обычно выбирались в качестве маркерных соединений для оценки качества Cistanche tubulosa и вида Cistanche были выделены через эти соединения. PhG были природными водорастворимыми соединениями, потому что они имели много гидроксильных групп и фенольных гидроксильных групп в молекуле. Таким образом, фенилэтаноид можно отделить от Cistanche tubulosa в водном растворе.
Было разработано множество методов разделения и очистки природных продуктов, включая адсорбцию (Liu et al., 2016), мембранное разделение (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019), экстракцию растворителем и т. д. (Li и др., 2015a,b; Ван С. и др., 2016; Чжан Х. и др., 2016). Однако мембранное разделение и экстракция растворителем не подходили для крупномасштабного приготовления, и с их помощью было трудно добиться высокого извлечения продуктов (Zhang et al., 2018a). Адсорбция была одним из наиболее широко распространенных методов разделения натуральных продуктов (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Было доказано, что благодаря своей уникальной и настраиваемой структуре пор, большой площади поверхности и механической стабильности мезопористые угли (размер пор от 2 до 50 нм) являются своего рода эффективными адсорбентами для адсорбирующих природных продуктов. Исследование показало, что мезопористые угли больше подходили для адсорбции макромолекул, например, мезопористые угли использовались Qin et al. к обогащению хлорогеновой кислотой листьев эукоммии ulmoides (Qin et al., 2018). Ли и др. синтезировали два мезопористых углерода с помощью метода гидротермальной обработки и оценили адсорбционные характеристики двух мезопористых углей для гидрохлорида берберина и матрина из воды (Li et al., 2018b). Он считался перспективным материалом в качестве высокоэффективного адсорбента (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Кроме того, мезопористые угли также применялись для адсорбционного удаления ароматических соединений, красителей и тяжелых металлов из сточных вод (Kong et al., 2016). В ранее опубликованных работах Liu et al. использовали макропористую смолу для адсорбции PhG из Cistanche tubulosa, и чистота PhG увеличилась, но адсорбционная способность и скорость десорбции были низкими. По сравнению с макропористой смолой, мезопористый углерод имеет характеристики большой удельной поверхности, подходящего размера пор и большого объема пор. Поэтому мезопористый углерод рассматривался как высокоэффективный адсорбент для ФГ. В этом исследовании три вида мезопористого углерода были выбраны в качестве адсорбентов для выделения и очистки фенилэтаноидных гликозидов из Cistanche tubulosa.
Основная цель этой работы заключалась в изучении адсорбционных характеристик CMK-3 для выделения и очистки фенилэтаноидного гликозида из Cistanche tubulosa. Было исследовано влияние различных концентраций, pH и температуры на адсорбционные характеристики CMK- 3, и были отобраны оптимальные условия адсорбции PhG. Мезопористые угли были охарактеризованы с помощью FT-IR, BET, TEM и TGA, были выполнены и подробно проанализированы изотермы адсорбции и кинетика.
Цистанхе трубчатая
ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Материалы и реагенты
Цистанхе трубчатаястебель был приобретен у Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Синьцзян). Стандарты эхинакозида (чистота выше или равная 98 процентам) и актеозида (чистота выше или равная 98 процентам) были приобретены у Sunny Biotech Co., Ltd. (Шанхай). Ацетонитрил, метанол и уксусная кислота HLPC были приобретены у Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Шанхай). Этанол ч. д. а. был приобретен у Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Тяньцзинь). Упорядоченный мезопористый углерод (CMK-3), неупорядоченный мезопористый углерод (DMC) и трехмерный кубический упорядоченный мезопористый углерод (CMK-8) были приобретены у компании Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Нанкин). .
Характеристика
Морфологию и микроструктуру приготовленных образцов исследовали с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ, Tecnai G2 F20) при напряжении 200 кВ. Образцы для ТЭМ готовили в условиях окружающей среды путем нанесения капель этанольного раствора с мезопористыми материалами на углеродные пленки, поддерживаемые медными сетками. Как правило, источник света с более короткой длиной волны выбирался для увеличения разрешения микроскопа, и можно было четко наблюдать структуру мезопористого углерода. Поверхностные функциональные группы были качественно измерены с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FT-IR, AVATAR360) с использованием взаимодействия между инфракрасным излучением и молекулами вещества. В ИК-Фурье используется метод ослабленного полного отражения, размер шага 2 см-1, диапазон сканирования 4,000–400 см-1. Данные о физической структуре, такие как удельная площадь поверхности, размер пор и объем пор мезопористого углерода, были рассчитаны методом Брунауэра-Эммета-Теллера (BET, ASAP 2460). Процедура получения адсорбента была следующей: мезопористые угли дегазировали при 60 ◦ C в течение 12 ч, и тестировали кривые адсорбции-десорбции N2 при -196 ◦ C для расчета удельной поверхности, размера пор и объема пор сорбента. мезопористый углерод. Термогравиметрический анализатор (TGA, STA 449 F3) представляет собой прибор, который использует термогравиметрию для определения соотношения температуры и массы вещества, а TGA измеряет массу вещества как функцию температуры при программном контроле температуры. Данные ТГА получены с помощью ТГА в диапазоне температур от 30 до 800°С при скорости нагрева 10°С/мин в атмосфере воздуха.
ВЭЖХ-анализ
Содержание эхинакозида и актеозида определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ, Waters Co., США). Система включала автоматический пробоотборник, насос высокого давления и ультрафиолетовый (УФ) детектор. Анализ проводился на асимметричной колонке C18 (100Å, 5 мкм, 4,6 × 250 мм). ВЭЖХ использовал метод градиентного элюирования для разделения и обнаружения образцов. Объем инжекционной петли 10 мкм, температура колонки 30°С, длина волны детектирования УФ-спектрофотометра 330 нм, скорость потока 1 мл/мин, подвижная фаза ацетонитрил (А) и уксусная кислота (Б). /вода (1:44, об/об).
Адсорбционное равновесие
Эксперимент по оптимизации условий адсорбции для CMK- 3 был проведен с использованием смеси актеозида и эхинакозида, и в оптимальных условиях сыройэкстракт цистанхе трубчатойбыл проведен эксперимент по циклу адсорбции, и все эксперименты по адсорбции были проведены повторно, по крайней мере, 3 раза. В одной и той же серии экспериментов мезопористые угли CMK-8 и DMC проводились параллельно с CMK-3. Три вида мезопористого углерода (CMK- 3, DMC и CMK-8) по 10 мг добавляли в три флакона соответственно. Затем во флакон добавляли 15 мл раствора пробы с исходной концентрацией C0 (мг/мл). Флакон помещали в шейкер с постоянной температурой 30 ◦ C на 24 ч до достижения адсорбционного равновесия. Затем 1 мл адсорбционного раствора фильтровали через фильтр 0,22 мкм и методом ВЭЖХ определяли равновесную концентрацию Ce (мг/мл) раствора образца.
Десорбционный эксперимент
Затем был проведен эксперимент по десорбции мезопористого углерода. Адсорбированный мезопористый уголь под 15 мл смешанного раствора метанол/уксусная кислота (9:1, об./об.), который помещали в водяную баню ультразвука на 1 ч при 30°С. Полученный десорбционный раствор фильтровали через фильтр 0,22 перед анализом методом ВЭЖХ. Адсорбционную емкость QE (мг/мл) оценивали следующим образом:
QE {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) где V — объем раствора (мл), а W — вес мезопористого углерода (г).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Характеристика
На рис. 1 показана ТЭМ трех видов мезопористого углерода. DMC представляла собой неупорядоченную пористую сеть, CMK-8 представляла собой сетчатую структуру трехмерных пор, а CMK-3 представляла собой четко полосатую структуру с упорядоченными одномерными порами, что было похоже на опубликованные результаты ( Ван и др., 2006; Луо и др., 2010).
На рис. 2 показан FT-IR-спектр мезопористых углей (CMK-3, DMC и CMK-8) и FT-IR-спектр до и после адсорбции CMK-3. Из рисунка 2А видно, что функциональные группы на поверхности мезопористых углей в основном представляют собой кислородсодержащие группы. Общая форма спектров для трех видов мезопористого углерода была сходной. Мезопористый углерод показал полосу пика при 3423 см-1, относящуюся к полосе валентных колебаний ОН. Полосы в области 1580 и 1629 см-1 соответствуют валентным колебаниям карбонила и карбоксила C=O. Кроме того, было обнаружено, что пик при 1384 см-1 представляет собой колебания растяжения спиртового СО, а колебания растяжения при 2922 и 2852 см-1 соответствуют СН на метиленовой и метильной группах соответственно. Это указывало на то, что кислородсодержащие группы, существующие на поверхности мезопористых углей, могут приводить к слабому химическому взаимодействию между молекулами ФГ и мезопористыми углеродами.
На рис. 2В показаны ИК-Фурье-спектры CMK-3 до и после адсорбции, актеозида и эхинакозида. Характерный пик при 1697 см-1 относится к C=C олефина в актеозиде и эхинакозиде, а полосы в области 1519–1423 см-1 соответствуют пику валентных колебаний ароматического кольца C{{ 12}}C в актеозиде и эхинакозиде. Вибрация при растяжении при 1604 см-1 была связана с связью С=О, а пик при 1157 см-1 был вызван колебанием при растяжении эфирной связи в актеозиде и эхинакозиде. По сравнению со спектром FT-IR CMK-3 до адсорбции, в спектре FT-IR CMK-3 после адсорбции появились новые пики, которые принадлежали характерному пику актеозида и эхинакозида.
Изотермы адсорбции-десорбции N2 были важным параметром для адсорбции ФГ на ЦМК-3 и сравнения структуры адсорбента. На рис. 3 показаны изотермы адсорбции-десорбции N2 CMK-3, CMK-8, DMC и CMK-3 после адсорбции PhG соответственно. Как видно из рисунка 3, изотерма мезопористых углей была аналогична изотерме типа IV в том, что этот тип изотермы был преимущественно мезопористым, в котором диапазон размеров пор составлял от 2 до 50 нм (Sanz Pérez et al. , 2019). Разрыв между изотермой адсорбции и десорбции был назван петлей гистерезиса, обусловленной реакцией капиллярной конденсации. Для реакций капиллярной конденсации сначала происходит капиллярная конденсация в самых маленьких порах (Barsotti et al., 2016). Это показывает, что CMK-3 имеет меньшую мезопору, чем DMC и CMK-8, что согласуется с результатами таблицы 1. Изотерма CMK-3 показывает петлю гистерезиса H1, которая свидетельствует о быстром заполнении пор, связанном с капиллярной конденсацией, а структура пор CMK-3 была достаточно упорядоченной. На изотерме DMC наблюдается петля гистерезиса H3, этот тип гистерезиса имеет неупорядоченные поры из-за сети пор, которая обусловливает неопределенную структуру пористого адсорбента. Изотермы CMK-8 демонстрируют петлю гистерезиса H2, что указывает на сложную структуру пор и неравномерность распределения пор по размерам.
Сравнивали изотермы адсорбции-десорбции N2 ЦМК-3 до и после адсорбции ФГ. Изотерма CMK-3 после адсорбции также была аналогична изотерме типа IV на рисунке 3B. Это указывает на то, что CMK-3 сохраняет свою мезопористую структуру после адсорбции. Как видно из табл. 1, удельная поверхность и объем пор ЦМК-3 после адсорбции заметно уменьшились, удельная поверхность ЦМК-3 до и после адсорбции уменьшилась с 1,{{18 }}98,02 до 227,75 м2/г, а объем пор уменьшился с 1,32 до 0,42 см3/г. Это указывало на то, что молекулы PhG адсорбировались на CMK-3
Table 1 summarized the BET-specific surface area, pore-volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g, and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >ЦМК-3.
На рис. 4 представлены кривые ТГА трех видов мезопористого углерода (CMK-3, CMK-8 и DMC). Как видно из рисунка 4, все три вида мезопористых углей имеют две отдельные стадии потери массы: первая стадия потери массы была связана с испарением влаги из мезопористых углей до 100°C, вторая стадия потери массы CMK- 3, DMC и CMK-8 происходит примерно при 660, 427 и 615°C соответственно, что соответствует окислительному термическому разложению мезопористых углеродных материалов. Видно, что температура термического разложения СМК-3 выше, чем у СМК-3 и СМК-8, термическая стабильность СМК-3 лучше, чем у СМК{ {14}} и ДМС.
