Как отделить актеозид от Cistanche Tubulosa

Хелин Сю а, Сюэцинь Ли а, ⇑ , Яньян Хао а, Сяобинь Чжао а, Юн Ченг а, Цзиньли Чжан а, б

a Школа химии и химического машиностроения/Ключевая лаборатория зеленой переработки химического машиностроения Синьцзяна Бинтуань, Университет Шихэзи, Шихэзи 832003, Китай

b Ключевая лаборатория зеленых химических технологий Министерства образования, Школа химического машиностроения и технологий, Тяньцзиньский университет, Тяньцзинь 300072, Китай

Контакт:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791

Абстрактный

Для простого и эффективного разделенияактеозид(ACT), экстракция ACT из сырых экстрактовЦистанхетрубчатыйчерез ионную жидкость (ИЖ) на основе водной двухфазной системы (АТФС). ИЖ-АТФС, содержащий [C4mim]BF4 и (NH4)2SO4, демонстрирует превосходную экстракционную эффективность, извлекая почти все ACT.(Aктеозид)в богатой фазе [C4mim]BF4-. Высокая полярность [C4mim]BF4, имеющего рецепторы с несколькими водородными связями, способствует извлечению ACT.(Aктеозид)в богатой ИЖ фазе, а (NH4)2SO4 не только обеспечивает слабокислую микросреду для повышения стабильности АКТ в богатой ИЖ фазе, но и снижает растворимость АКТ(Aктеозид)в солесодержащей фазе за счет эффекта высаливания. Кроме того, результаты молекулярного моделирования показывают, что он экстрагируется в богатую фазу [C4mim]BF4- за счет множественных взаимодействий, включая водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса и p-p-стэкинг. Ожидается, что это исследование станет ценным ориентиром для выделения биологически активных компонентов из натуральных продуктов.

Ключевые слова:Ионные жидкости, Соль, Водная двухфазная система, Экстракция,актеозид

актеозидвЦистанхе трубчатая

Введение

Цистанхетрубчатый(Orobanchaceae) – растение-паразит, произрастающее на корнях тамарикса и сальвадоры и в основном распространенное в засушливых землях и пустынях северо-западного Китая [1–3]. Стебли Cistanche tubulosa, известного как «женьшень пустыни», официально зарегистрированы в Китайской фармакопее (издание 2015 г.) [4,5], а их основными компонентами, как сообщается, являются фенилэтаноидные гликозиды (PhG), полисахариды и иридоиды.

Соединения PhG, группа водорастворимых биоактивных компонентов вЦистанхетрубчатый, обладают общей структурой, состоящей из фрагментов коричной кислоты и гидроксифенилэтила, которые присоединены к группе b-глюкопиранозы через сложноэфирные и гликозидные связи соответственно [6].актеозид(ACT) является основным компонентом соединений PhG и является индексным компонентом для определения содержанияЦистанхетрубчатый[7]. Современные химические и фармакологические исследования показали, что ACT(Aктеозид)проявляет множественную фармакологическую активность, такую ​​как антиоксидантная, антиусталостная, нейропротекция и гепатозащита [8–10]. Таким образом, АКТ имеет широкую перспективу применения в областях медицины, здравоохранения, пищевых продуктов и др. Однако выделение и очистка АКТ(Aктеозид)затруднены из-за сложного состава соединений ФГ, имеющих сходную структуру, полярность и растворимость. В настоящее время основные методы разделения и очистки АСТ включают молекулярный импринтинг, разделение с помощью макропористой адсорбционной смолы, высокоскоростную противоточную хроматографию и мембранное разделение. Например, Liu et al. использовали макропористые смолы для отделения PhG от Cistanche Deserticola, а Xu et al. использовали мезопористые углеродные адсорбенты для адсорбции ФГ, адсорбционная емкость достигла 358,09 мг/г. Однако эти методы имеют многочисленные недостатки, такие как затраты времени, сложная процедура и низкая селективность. Поэтому разработка простого и эффективного метода селективного выделения биоактивных компонентов из натуральных продуктов весьма желательна.

микронизированная очищенная флавоноидная фракция

В последние годы водная двухфазная система (ATPS), которую можно использовать в мягкой среде и которая легко масштабируется [11–15], стала новым методом жидкостной экстракции для разделения биологически активных компонентов [16]. –19]. По составу АТФС можно разделить на три типа: два и более полимера, полимер и соль или два ПАВ [20–23]. Однако почти все фазообразующие полимеры обладают высокой вязкостью и узким диапазоном полярности, что не способствует массопереносу и ограничивает селективность. В связи с этим ионные жидкости (ИЖ) характеризуются незначительной летучестью, химической стабильностью, полной растворимостью органических соединений, а большинство ИЖ экологически безопасны [24–28]. Эти особенности делают IL-APTS более эффективными, чем другие ATPS, для разделения биологически активных компонентов. По сравнению с традиционным ATPS, IL-ATPS объединяет преимущества как IL, так и ATPS, такие как быстрое разделение фаз, высокая производительность экстракции и биосовместимость с окружающей средой [12,29,30]. В настоящее время ИЛ-АТФС не применялся для выделения и очистки АКТ.(Aктеозид), но установлено, что ИЛ-АТФС можно применять для экстракции и разделения полисахаридов [31], ванилина [32], полисахаридов алоэ [33], сапонинов женьшеня [11] и др. Например, He et al. экстрагировали биоактивные сапонины женьшеня с использованием IL-ATPS, что было продемонстрировано как простой и эффективный метод экстракции гинзенозидов с высокой эффективностью экстракции 99,5% и коэффициентом распределения 651. Gao et al. экстрагировали астаксантин в фазу, богатую [P4448]Br, с использованием IL ATPS, включающего [P4448]Br и K3PO4, с эффективностью экстракции до 93,08% [34]. Эти результаты показывают, что IL-ATPS имеет потенциальные перспективы применения для отделения биологически активных компонентов от натуральных продуктов, и можно ожидать, что он позволит достичь высокоселективного отделения ACT отЦистанхетрубчатый.

В этом исследовании простой, эффективный и экологически чистый метод, основанный на экстракции ATPS, для высокоселективного разделения ACT.(Aктеозид)из сырых экстрактовЦистанхетрубчатыйисследуется. Различные ИЖ ([C4mim][CF3SO3], [C4mim]Cl, [C4mim]BF4, [C2mim]Br, [C4mim]Br, [C6mim]Br и [C8mim]Br) и типы солей (NaCl, Na2SO4, Na3C6H5O7) , (NH4)2SO4 и NaH2PO4) были исследованы для определения оптимального IL-ATPS для экстракции ACT(Aктеозид). Кроме того, условия экстракции были скорректированы для достижения высокоселективного выделения ACT в фазе, богатой IL. Подробно обсуждается влияние различных условий экстракции (например, температуры экстракции, концентрации IL, концентрации раствора пробы, концентрации соли, pH и времени достижения равновесия экстракции) на эффективность экстракции ACT. Кроме того, было проведено молекулярное моделирование ACT, [C4mim]BF4 и H2O, чтобы выявить механизм экстракции.

Цистанхе трубчатая против пустынной

2. Экспериментальный

2.1. Материалы

СтеблиЦистанхетрубчатыйбыли поставлены компанией Cong Rongtang Biological Technology Co., Ltd. (Синьцзян, Китай). Стандарты АСТ(Aктеозид)(чистота - 98 процентов, рис. 1a) и эхинакозид (чистота - 98 процентов, рис. 1b) поставлялись Sunny Biotech Co., Ltd. (Шанхай, Китай). 1-Бутил-3-метилимидазолия трифторметансульфонат ([C4mim][CF3SO3]), 1-бутил-3-метилимидазолия хлорид ([C4mim]Cl), 1-бутил{ {13}}тетрафторборат метилимидазолия ([C4mim]BF4), бромид 1-этил-3-метилимидазолия ([C2mim]Br), бромид 1-бутил-3-метилимидазолия ([C4mim] Br), 1-гексил-3-метилимидазолия бромид ([C6mim]Br) и 1-октил-3-метилимидазолия бромид ([C8mim]Br) поставлялись Chengjie Chemical Co. , Ltd. (Шанхай, Китай). Сульфат аммония аналитической чистоты ((NH4)2SO4), дигидрофосфат натрия (NaH2PO4), сульфат натрия (Na2SO4), двухосновный фосфат натрия (Na2HPO4), дикалий гидрофосфат (K2HPO4), хлорид натрия (NaCl) и тринатрийцитрат безводный (Na3C6H5O7). ) были поставлены компанией Shengao Chemical Reagent Co., Ltd. (Тяньцзинь, Китай). Метанол, уксусная кислота и ацетонитрил марки «хроматограф» были поставлены компанией Aladdin Chemical Co., Ltd. (Шанхай, Китай). Этанол ч.д.а. был поставлен компанией Fuyu Fine Chemical Co., Ltd. (Тяньцзинь, Китай).

Рис. 1. Химическая структура (а)актеозид(ACT) и (b) энхинакозид.

2.2. Приготовление сырых экстрактов цистанхе трубчатой

Образец в виде порошкаЦистанхетрубчатый(20 мг) замачивали в 500 мл 50-процентного раствора этанола с ультразвуком в течение 2 ч. Остаток в растворе отделяли центрифугированием при скорости 5000 об/мин в течение 10 мин. Супернатант после центрифугирования последовательно фильтровали через фильтры 0,45 и 0,22 мкм. Затем фильтрат концентрировали и сушили при 323 К в вакуумной печи. Наконец, высушенный продукт растворяли в воде и получали красновато-коричневый экстрактЦистанхетрубчатыйбыл получен.

2.3. Извлечение АСТ(Aктеозид)по Ил-АТПС

Схема эффективного извлечения ACT(Aктеозид)с помощью IL-ATPS показано на рис. 2. Соответственно, 3,75 мл [C4mim]BF4, 3,5 мл дистиллированной воды, 11,11 мас.% соли и 1,0 мл раствора образца с той же концентрацией ACT и эхинакозида были добавляют в центрифужную пробирку на 50 мл. Другой IL-ATPS с теми же компонентами, за исключением раствора образца, был приготовлен в качестве контрастной системы. Соль ИЛ-АТФС полностью растворялась при обработке ультразвуком, а образование двух прозрачных фаз ускорялось центрифугированием при 8000 об/мин в течение 8 мин. Нижняя фаза IL-ATPS была фазой, богатой IL, а верхняя фаза была фазой, богатой солью. Компоненты обеих фаз количественно анализировали методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ).

Концентрация АСТ(Aктеозид)и эхинакозид в двух фазах определяли с помощью ВЭЖХ, а эффективность экстракции оценивали по эффективности экстракции (Е, проценты), коэффициенту распределения (К) и селективности (S). Следующее уравнение (1) уравнение использовалось для расчета K

K=Cb/Ct (1)

где Cb и Ct (мг/мл) — ACT(Aктеозид)концентрации в нижней и верхней фазах соответственно. уравнения (2) и (3) были использованы для расчета E и S соответственно.

E=Cb*Vb/Mv*100 процентов (2)

S=K/Kt=Cb*Cet / Ct*Ceb (3)

где mv (мг) – масса АСТ(Aктеозид)в растворе пробы Vb (мл) – объем в нижней фазе, концентрации эхинакозида Cet и Ceb в верхней и нижней фазах (мг/мл) соответственно.

Рис. 2. Схема эффективного извлечения ACT с помощью IL-ATPS.

2.4. Выборочные эксперименты

ДЕЙСТВОВАТЬ(Aктеозид)и эхинакозид считаются конкурентами для оценки селективности ИЛ-АТФС к АКТ.(Aктеозид)из-за схожей молекулярной структуры и химических свойств АСТ(Aктеозид)и эхинакозид. В центрифужную пробирку объемом 50 мл добавляли 3,75 мл [C4mim]BF4, 3,5 мл дистиллированной воды, 11,11 мас.% соли и 1,{9}} мл раствора образца с той же концентрацией АСТ и эхинакозида. Соль ИЛ-АТФС полностью растворялась при обработке ультразвуком, а образование двух прозрачных фаз ускорялось центрифугированием при 8000 об/мин в течение 8 мин. Нижняя фаза IL-ATPS была фазой, богатой IL, а верхняя фаза была фазой, богатой солью. Компоненты обеих фаз количественно анализировали методом ВЭЖХ.

2.5. анализ ВЭЖХ

Концентрацию раствора образца в двух фазах анализировали с помощью ВЭЖХ (2695, Waters Co., США) на колонке С18 при 330 нм с использованием ультрафиолетового детектора. Метод градиентного элюирования был принят для разделения и обнаружения образцов при температуре колонки 303 К. Подвижными фазами были (а) ацетонитрил и (б) уксусная кислота/вода (1:44, об./об.), а скорость потока составляла установить на 1 мл/мин. Подвижную фазу и пробы перед вводом фильтровали через фильтр 0,22 мкм. Все эксперименты проводились трижды, на всех рисунках дана планка погрешности.

2.6. Характеристика

ACT, [C4mim]BF4 и богатую фазу [C4mim]BF4- анализировали с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) с использованием Bruker Vertex 70 (Bruker Optics, Ltd., Германия). FTIR-спектры ACT, [C4mim]BF4 и богатой фазы [C4mim]BF4- были получены в диапазоне от 4000 до 500 см 1 с разрешением 2 см 1 с использованием бромида калия в качестве эталона.

2.7. Молекулярное моделирование

Чтобы получить представление о механизме экстракции IL-ATPS, а также о режимах взаимодействия между ACT и [C4mim] BF4 в IL ATPS, были проведены основные расчеты на основе теории функционала плотности (DFT). Оптимизации и одноточечные расчеты энергии проводились с использованием функционала M06–2X [35,36], а базовый набор 6–31 плюс G (d) использовался для описания атомов C, H, F, B, N и O. [37]. Для точного моделирования слабых взаимодействий был использован метод DFT-D3 для адекватного описания дисперсионных взаимодействий [38]. Согласно предыдущим сообщениям [39], молекулярное моделирование проводилось на ACT, [C4mim]BF4 и H2O. Сначала были оптимизированы индивидуальные конформации моделей ACT и [C4mim]BF4, а затем была оптимизирована конформация связывания [C4mim]BF4 и ACT на основе их оптимальной индивидуальной конфигурации.

Энергии связи (ЭС) АСТ(Aктеозид)и [C4mim]BF4, а энергии связи (DE) ACT и H2O оценивали с использованием уравнений (4) и (5) соответственно.

△E = Eком- (EДЕЙСТВОВАТЬплюс ЕИллинойс)
△E = Eком - (EH2O плюс ЕДЕЙСТВОВАТЬ)

где EH2O, EACT, EIL и Ecom – потенциальные энергии ACT(Aктеозид), [C4mim]BF4, H2O и их комплексы соответственно. Все расчеты выполнены с помощью программы Gaussian16 [40], а все молекулы нарисованы с помощью программы VMD v.1.9.3. Тем временем была создана независимая градиентная модель (IGM) для идентификации и количественной оценки чистого затухания в градиенте электронной плотности в программном обеспечении Multiwfn v.3.5.

актеозидвЦистанхе трубчатая

3. Результаты и обсуждение

3.1. Оптимизация IL-ATPS

3.1.1. Скрининг ИЛ

Для оценки влияния типа ИЖ на эффективность экстракции в ИЖ-АТФС в качестве фазообразующих компонентов для экстракции АКТ были выбраны семь видов ИЖ с разными катионами и анионами.(Aктеозид). Как показано на рис. 3 (а), взаимодействие анионов ACT и IL было исследовано путем изучения комбинации катиона [C4mim] plus as с различными анионами, включая Br-, Cl-, [CF3SO3]- и BF{{7 }}. Результаты показали, что анионы IL усиливают АКТ.(Aктеозид)производительность экстракции в порядке BF4- > [CF3SO3] -> Br- > Cl-. Оптимальным анионом IL был BF4, что можно объяснить тем фактом, что соответствующая IL может обеспечить больше рецепторов водородных связей для гидроксильных групп ACT.(Aктеозид)чем другие анионы ИЖ [21]. Это свидетельствует о том, что основным взаимодействием между анионами ИЖ и АКТ является водородная связь.

Затем была исследована комбинация Br с различными катионами, включая [C2mim] plus , [C4mim] plus , [C6mim] plus и [C8mim] plus для изучения оптимальной стерической конфигурации между ACT(Aктеозид)и ILscations. Результаты показали, что АКТ(Aктеозид)эффективность экстракции увеличивалась с уменьшением длины алкильной цепи от [C8mim] плюс до [C2mim] плюс. Поскольку [C2mim] plus не образует соответствующих АТФС с BF4, [C4mim] plus был выбран в качестве оптимального катиона IL.

Это может быть связано с высокой полярностью короткой алкильной цепи [C4mim] плюс , что способствует растворению ACT.(Aктеозид)и выделение его в фазе, богатой ИЖ. Кроме того, имидазольный катион [C4mim] plus имеет ароматическую p-систему, которая может образовывать p-p-взаимодействия с бензольным кольцом ACT для достижения оптимальной стереоконфигурации. Поэтому [C4mim]BF4 был выбран в качестве оптимального для следующих экспериментов.

3.1.2. Скрининг солей

Оценить влияние солевого типа на АКТ(Aктеозид)эффективности экстракции пять видов солей (NaH2PO4, (NH4)2SO4, Na2SO4, NaCl и Na3C6H5O7) были выбраны для образования IL-ATPS с [C4mim]BF4, и результаты показаны на рис. 3 (b). Соль можно разделить на кислую (NaH2PO4 и (NH4)2SO4), нейтральную (Na2SO4 и NaCl) и основную (Na3C6H5O7) соли. На рис. 3 (b) видно, что (NH4)2SO4 дает IL-ATPS с превосходными характеристиками экстракции ACT. Результат указывает на то, что разница в эффективности экстракции, коэффициенте распределения и селективности связана со стабильностью ACT.(Aктеозид)в различных экстракционных микросредах.

Рис. 3. Экранирование АТПС. (а) Типы ИЖ и (б) типы солей

Гликозиды кислых фенолов АСТ устойчивы в слабокислых системах. Поскольку (NH4)2SO4 является кислой солью, она может обеспечивать слабокислое микроокружение для ИЛ-АТФС. Это способствует повышению эффективности экстракции и поддержанию стабильности АСТ.(Aктеозид)в IL-богатой фазе. Кроме того, высаливающая способность разных видов соли отличалась от (NH4)2SO4 сильнее, чем у NaH2PO4 [24,41]. Соль (NH4)2SO4 конкурирует с ACT(Aктеозид)для молекул H2O в богатой солью фазе, что снижает растворимость ACT в богатой солью фазе, и ACT может быть эффективно экстрагирован в фазе, богатой IL. Таким образом, (NH4)2SO4 была выбрана в качестве оптимальной соли в следующих экспериментах.

3.2. Оптимизация условий экстракции в ИЖ-АТФС

3.2.1. Влияние температуры экстракции

Согласно предыдущим исследованиям [42], температура экстракции оказывает значительное влияние на эффективность экстракции биоактивных компонентов в IL-ATPS, низкая температура более благоприятна для образования IL-ATPS. На рис. 4 (а) представлено влияние [C4mim] BF4-(NH4)2SO4 в виде ИЖ-АТФС с температурой экстракции в диапазоне 278–318 К на экстракционную эффективность АКТ.(Aктеозид). На рис. 4 (а) показано, что эффективность экстракции, коэффициент распределения и селективность снижаются с повышением температуры экстракции, что свидетельствует о непригодности высокотемпературных условий для экстракции АКТ в ИЖ-АТФС.

Причина в основном связана с тем, что эффект высаливания ослаблялся, что происходило в результате перехода воды из богатой ИЖ фазы в богатую солью фазу в ИЖ-АТФС при высоких температурах экстракции [42]. Кроме того, исследование экспериментов показало, что высокая температура экстракции не способствовала стабильному существованию АКТ.(Aктеозид). Таким образом, оптимальная температура экстракции была установлена ​​равной 278 К.

3.2.2. Влияние концентрации [C4mim]BF4

На рис. 4 (б) показано влияние концентрации [C4mim]BF4 от 20 до 60 мас.% на эффективность экстракции АКТ.(Aктеозид)в Ил-АТПС. Как показано на рис. 4 (b), эффективность экстракции АСТ явно возрастает, когда концентрация [C4mim]BF4 увеличивается с 20 до 50 мас.%. Однако эффективность экстракции несколько снизилась при увеличении концентрации [C4mim]BF4 с 50 до 60 мас.%. Таким образом, высокая концентрация [C4mim]BF4 способствовала экстракции АСТ в фазу, обогащенную [C4mim]BF4-, но чрезмерная концентрация [C4mim]BF4 выше 50 мас.% приводила к снижению эффективности экстракции АСТ.

Скорее всего, это связано с увеличением растворимости АСТ в фазе, богатой [C4mim]BF4-, при высокой концентрации [C4mim]BF4 из-за высокого сродства между АСТ и [C4mim]BF4. Таким образом, ACT легко экстрагировался в фазу, богатую [C4mim]BF4-, путем увеличения концентрации [C4mim]BF4. Однако при концентрации [C4mim]BF4 выше 50 мас.% вязкость IL-ATPS увеличивалась, что приводило к ухудшению массообмена при экстракции. Таким образом, оптимальная концентрация [C4mim]BF4 для экстракции АСТ составляет 50 мас.%.

3.2.3. Влияние концентрации раствора пробы

Концентрация раствора пробы была важным условием проведения АКТ.(Aктеозид)добыча. На рис. 4 (в) показано влияние концентрации раствора пробы на эффективность извлечения, коэффициент распределения и селективность, что может отражать миграционную способность АКТ между верхней и нижней фазами. На рис. 4 (в) видно, что эффективность извлечения, коэффициент распределения и селективность АКТ(Aктеозид)увеличивается с увеличением концентрации раствора пробы с {{0}},5 до 2,5 мг/мл. Однако эффективность экстракции АСТ несколько снижалась при дальнейшем увеличении концентрации раствора пробы с 2,5 до 3,0 мг/мл. Высокая концентрация раствора образца способствовала растворимости АСТ.(Aктеозид)в фазе, богатой [C4mim]BF4-, из-за сильного сродства между ACT и [C4mim]BF4.

Снижение эффективности экстракции можно объяснить следующими причинами: с одной стороны, чрезмерное увеличение концентрации раствора пробы не улучшало эффективность экстракции IL-ATPS, когда фаза, богатая [C4mim]BF4-, уже была насыщен в АСТ. С другой стороны, увеличение концентрации раствора образца вызывало усиление внутримолекулярного водородного связывания и агрегацию АКТ.(Aктеозид)молекул, что не способствовало массопереносу. Таким образом, оптимальная концентрация раствора пробы была определена равной 2,5 мг/мл.

3.2.4. Влияние концентрации (NH4)2SO4

Влияние различных концентраций (NH4)2SO4 на эффективность извлечения, коэффициент распределения и селективность показано на рис. 4 (г). Экспериментальный результат показал, что три параметра увеличивались с увеличением концентрации (NH4)2SO4 с 2,22 до 11,11 мас.%. Однако эффективность экстракции АСТ снижалась при дальнейшем увеличении концентрации раствора пробы с 11,11 до 16,66 мас.%.

Это можно объяснить эффектом высаливания, который является ключевой особенностью извлечения ACT.(Aктеозид)in the [C4mim]BF4-rich phase. The increase in (NH4)2SO4 concentration can increase the salting-out effect, resulting in a decrease in the solubility of ACT in the(NH4)2SO4–rich phase, which favors ACT extraction in the [C4mim]BF4-rich phase. However, an excessive increase in the(NH4)2SO4 concentration (>11,11 мас.%), приводило к уменьшению содержания воды в богатой фазе [C4mim]BF4-, что могло ослабить его сродство к АКТ. Это вызывало снижение эффективности экстракции, коэффициента распределения и селективности. Следовательно, оптимальная концентрация (NH4)2SO4 составляет 11,11 мас.%.

3.2.5. Влияние рН

Влияние pH на ACT(Aктеозид)эффективность экстракции, коэффициент распределения и селективность в отношении ИЛ-АТФС исследовали в диапазоне рН 2,0–7,0. Как видно на рис. 4 (е), три параметра экстракции увеличивались по мере увеличения рН с 2,0 до 6,0. Однако эффективность экстракции снижалась при pH 7.0.

С одной стороны, гликозиды кислых фенолов АСТ(Aктеозид)будет устойчив в кислой среде, а в щелочных растворах диссоциирует [6]. С другой стороны, АСТ может подвергаться ионизации в соответствии с равновесием HA $ H плюс плюс A при различных значениях pH [33], являясь неионизированной формой, которая имеет тенденцию входить в богатую IL фазу, благоприятную для кислых условий. Таким образом, эксперимент по экстракции следует проводить в умеренно кислой среде при оптимальном рН 6.

3.2.6. Влияние времени экстракции

Влияние времени экстракции на ACT(Aктеозид) extraction efficiency, partition coefficient, and selectivity were explored in the range of 10–200 min. As can be seen from Fig. 4 (f), the ACT extraction performance increased with the extraction time, and the maximum extraction efficiency (>99%), partition coeffificient (>35), and selectivity (>225) были получены через 130 мин. Кроме того, АКТ(Aктеозид)оказался устойчивым в слабокислой микросреде в течение длительного времени. Поэтому в качестве оптимального времени экстракции было выбрано 130 мин.

3.3. Механизм экстракции АКТ АТФС [C4mim]BF4–(NH4)2SO4

3.3.1. FTIR-анализ

На рис. 5 показаны FTIR-спектры АСТ.(Aктеозид), [C4mim]BF4 и богатая фаза [C4mim]BF4-. Как показано в спектре FTIR [C4mim] BF4, пики при 3162 и 3122 см 1 можно отнести к симметричным валентным колебаниям CAH и асимметричным валентным колебаниям CAH от имидазола соответственно. Полоса 1012 см-1 может быть отнесена к валентным колебаниям BF4-.

В FTIR-спектре богатой фазы [C4mim]BF4- не появилось новых пиков по сравнению со FTIR-спектрами ACT(Aктеозид)и [C4mim]BF4. Однако характерный пик BF4- при 1012 см- 1 сместился к более высокой частоте из-за водородной связи между АСТ и атомами F. При этом характерные пики ХАГ при 3162 и 3122 см 1 сместились в область более низких частот. Это можно объяснить двумя причинами: (1) образованием водородной связи между АСТ и атомом азота в [C4mim] plus и (2) образованием р-р-стэкинга между бензольным кольцом АСТ и имидазольным кольцом. из [C4mim] плюс . Этот результат согласуется с результатами молекулярного моделирования.

Рис. 5. FTIR-спектры ACT, [C4mim]BF4 и богатой фазы [C4mim]BF4-.

3.3.2. Молекулярное моделирование

Чтобы изучить механизм извлечения, возможные режимы взаимодействия между ACT(Aктеозид)и [C4min] plus, BF4- и H2O исследовали с помощью молекулярного моделирования. На рис. 6 показаны оптимальные режимы взаимодействия и конформация связывания АСТ–[C4min] plus , АСТ–BF4 и АСТ–H2O. Как показано на рис. 6a–h, ACT и [C4mim] plus показали две оптимальные конформации связывания, т. е. ACT–[C4mim] plus –1 и ACT–[C4mim] plus –2, ACT и BF4 имели одну оптимальную конформацию связывания. , ACT–BF4-, а также ACT и H2O имеют пять оптимальных конформаций связывания: ACT–H2O–1, ACT–H2O–2, ACT–H2O–3, ACT–H2O–4 и ACT–H2O–5.

Кроме того, энергию связи можно использовать для объяснения взаимодействий между двумя молекулами. По результатам молекулярного моделирования определены энергии связи АСТ–[C4mim] плюс –1, АСТ–[C4mim] плюс –2, АСТ–BF4 , АСТ–H2O–1, АСТ–H2O–2, АСТ–H2O–3. , АСТ–H2O–4 и АСТ–H2O–5 были - 129,71, - 136,53, -130,82, - 60,78, - 53 .00, - 76,76, -66,55 и -53,49 кДж/моль соответственно. Эти значения предполагают, что энергия связи с [C4mim]BF4 была сильнее, чем у молекул H2O. Таким образом, АСТ обладал высоким сродством к [C4mim]BF4 и легко входил в богатую [C4mim]BF4 фазу.

Для дальнейшего исследования взаимодействий между различными молекулами режимы взаимодействия ACT–[C4min] plus , ACT–BF4- и ACT–H2O были проиллюстрированы с использованием анализа IGM. Как показано на рис. 6а и б, взаимодействие между АСТ(Aктеозид)и [C4mim] плюс в основном включали водородные связи и силы Ван-дер-Ваальса. Кроме того, АСТ-[C4mim] плюс -1 и АСТ-[C4mim] плюс -2 демонстрируют сходные конформационные характеристики, при этом бензольное кольцо АСТ и имидазольное кольцо [C4mim] плюс параллельны друг другу и расположены на расстоянии друг от друга. около 4 Å. Это указывает на существование взаимодействия стекирования приложений между ACT(Aктеозид)и [C4mim] плюс [43]. Рис. 6c показывает наличие сильной водородной связи и ван-дер-ваальсовых взаимодействий между ACT и BF4-. Более того, как показано на рис. 6г–з, при растворении АСТ в Н2О молекулы АСТ и Н2О в основном связывались водородными связями и ван-дер-ваальсовыми связями. Таким образом, на основании конформационных характеристик и значений энергии связи можно сделать вывод об экстракции АКТ в богатую фазу [C4mim]BF4- за счет водородных связей, ван-дер-ваальсовых взаимодействий и p-p-стэкинга.

Рис. 6. IGM-анализ взаимодействий ACT–[C4min] plus , ACT–BF4- и ACT–H2O: (а) ACT–[C4mim] plus –1, (б) ACT–[C4mim] плюс –2, (в) АКТ–BF4 , (г) АКТ–H2O–1, (д) ​​АКТ–H2O–2, (е) АКТ–H2O–3, (ж) АКТ–H2O–4, (з) ) АСТ–H2O–5.

3.4. Экстракция сырого экстракта

В оптимальных условиях экстракции IL-ATPS использовали для исследования экстракции неочищенного экстракта. Как показано в таблице 1, IL-ATPS может эффективно извлекать ACT(Aктеозид)из сырого экстрактаЦистанхетрубчатыйк IL-богатой фазе, а IL-ATPS почти не влияет на эффективность экстракции ACT(Aктеозид)из сырого экстракта по сравнению с эффективностью экстракции стандартным раствором. Следовательно, этот метод может эффективно извлекать ACT(Aктеозид)из сырого экстрактаЦистанхетрубчатый, что может послужить ориентиром для извлечения биоактивных компонентов в будущем.

3.5. Отделение ACT от богатой IL фазы

Методы экстракции растворителем и адсорбции для извлечения ACT(Aктеозид)и повторное использование IL рассматриваются в этом разделе. Во-первых, для обратной экстракции рассматривались органические растворители, такие как н-бутанол (NBA), этилацетат (EA), изопентенил (IPA) и хлороформ (CR). Однако эффективность извлечения органических экстрагентов была низкой, как показано на рис. 7. Кроме того, для обратной экстракции использовалось большое количество летучих органических экстрагентов, что повлияет на «зеленую» особенность процесса разделения.

Для выделения АКТ выбран адсорбционный метод.(Aктеозид)из богатой ИЖ фазы, такой как упорядоченный мезопористый углерод (CMK-3), графен (GR) и одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT). Обогащенную IL фазу после экстракции IL-ATPS разбавляли в 10 раз деионизированной водой. Эффективность извлечения трех вышеуказанных адсорбентов сравнивали для АСТ при одинаковых условиях адсорбции следующим образом: соотношение твердой и жидкой фаз 1:1 (мг/мл), 303 К и 12 часов.

Как показано на рис. 7, восстановление SWCNT было лучше, чем у CMK-3 и GR. Кроме того, эффективность десорбции АКТ(Aктеозид)может достигать 95,3% при использовании метанола, уксусной кислоты и сверхчистой воды с объемным соотношением 1:1:8 при 318 К. Таким образом, ОСУНТ можно использовать для извлечения АКТ из фазы, богатой ИЖ.

Рис. 7. Влияние типа различных экстрагентов и адсорбентов на разделение АКТ(Aктеозид)из богатой IL фазы.

4. Выводы

В этом исследовании простой и эффективный метод на основе IL-ATPS для извлечения ACT(Aктеозид)из сырых экстрактовЦистанхе трубчатыйбыл успешно разработан. Было определено, что оптимальным IL-ATPS является [C4mim]BF4–(NH4)2SO4, а оптимальными условиями экстракции были температура экстракции 278 K, концентрация IL 50 мас.%, концентрация раствора пробы 2,5 мг/мл, концентрация соли 11,11 мас.%, рН 6,0 и время равновесия экстракции 130 мин. В оптимальных условиях экстракции эффективность экстракции, коэффициент распределения и селективность АКТ(Aктеозид)оказались равными 99,78% ± 0,84%, 33,82 ± 1,82 и 230,51 ± 8,26 соответственно. Таким образом, в заключение можно сказать, что система [C4mim]BF4-(NH4)2SO4 предлагает простой и эффективный метод высокоселективного выделения АКТ из неочищенных экстрактовЦистанхетрубчатый. Кислая соль (NH4)2SO4 обеспечивает слабокислую микросреду для обеспечения стабильности АКТ.(Aктеозид)в богатой фазе [C4mim]BF4-. Кроме того, высокая полярность [C4mim]BF4, имеющего рецепторы с несколькими водородными связями, способствует извлечению ACT в фазе, богатой [C4mim]BF4-. Наконец, было показано, что взаимодействия ACT и [C4mim]BF4 включают водородные связи, силы Ван-дер-Ваальса и p-p-стэкинг. Это исследование дает представление о будущих исследованиях по высокоселективному отделению фенольных соединений от природных растений.

Заявление об авторском вкладе CRediT

Хелин Сюй: Концептуализация, Методология, Исследование, Курирование данных, Написание - первоначальный проект, Написание - обзор и редактирование. Сюэ Цинь Ли: Концептуализация, Администрирование проекта, Написание - обзор и редактирование, Супервизия. Yanyan Hao: обработка данных, написание, проверка и редактирование. Сяобинь Чжао: ресурсы, формальный анализ. YunCheng: Ресурсы, Формальный анализ. Цзиньли Чжан: Администрирование проекта, написание - обзор и редактирование.

Заявление о конкурирующих интересах

Авторы заявляют, что у них нет известных конкурирующих финансовых интересов или личных отношений, которые могли бы повлиять на работу, представленную в этой статье.

Благодарности

Эта работа была поддержана Региональным научным фондом Национального фонда естественных наук Китая [номер гранта 22068032]; Национальный фонд естественных наук для молодых ученых Китая [номер гранта 21706166]; Программа для молодых и средних лидеров научно-технических инноваций в Бингтуане [номер гранта 2019CB024]; Программа для молодых инновационных талантов Университета Шихэцзы [номер гранта CXRC201802] и Крупный научно-технический проект Синьцзян Бинтуань [номер гранта 2017AA007/01]. Мы хотели бы поблагодарить Центр анализа и тестирования Университета Шихэзи за микроскопию и микроанализ наших образцов.

антоциан

использованная литература

[1] X. Wang, X. Wang, Y. Guo, Быстрое одновременное определение шести эффективных компонентов вЦистанхетрубчатыйметодом ближней инфракрасной спектроскопии, Molecules 22 (2017) 843, https://doi.org/10.3390/molecules22050843.

[2] Y. Yan, Q. Song, X. Chen, J. Li, P. Li, Y. Wang, T. Liu, Y. Song, P. Tu, Одновременное определение компонентов с широкой полярностью и диапазоном содержания вЦистанхетрубчатыйс использованием последовательно соединенной обращенно-фазовой гидрофильной хроматографии-тандемной масс-спектрометрии, J. Chromatogr. 1501 (2017) 39–50
[3] В. Чжан, Дж. Хуан, В. Ван, К. Ли, Ю. Чен, В. Фэн, Д. Чжэн, Т. Чжао, Г. Мао, Л. Ян, С. Ву, Экстракция, очистка , характеристика и антиоксидантная активность полисахаридов изЦистанхетрубчатый, Междунар. Дж. Биол. макромол. 93 (2016) 448–458,
[4] Y. Song, Q. Song, J. Li, N. Zhang, Y. Zhao, X. Liu, Y. Jiang, P. Tu, Интегрированная стратегия количественной дифференциации хемома между Cistanche Deserticola и C. Tubulosa с использованием высокоэффективная жидкостная хроматография–гибридная тройная квадрупольно-линейная масс-спектрометрия с ионной ловушкой, J. Chromatogr. 1429 (2016) 238–247
[5] W. Pei, R. Guo, J. Zhang, X. Li, Экстракция фенилэтаноидных гликозидов изЦистанхе трубчатыйпутем высокоскоростной гомогенизационной экстракции, J. AOAC Int. 102 (2019) 63–68
[6] H. Xu, W. Pei, X. Li, J. Zhang, Высокоэффективная адсорбция фенилэтаноидных гликозидов на мезопористом углероде, Front. хим. 7 (2019)
[7] PL Liao, CH Li, LS Tse, JJ Kang, YW Cheng, Оценка безопасностиЦистанхетрубчатыйПамять о продуктах здорового питания: тест на генотоксичность и 28-дневную токсичность многократных доз, Food Chem. Токсикол. 118 (2018) 581–588
[8] YJ Shiao, MH Su, HC Lin, CR Wu, Эхинакозид улучшает ухудшение памяти и холинергический дефицит, вызванный бета-амилоидными пептидами, путем ингибирования отложения амилоида и токсикологии, Food Funct. 8 (2017) 2283– 2294

[9] Х. Шимада, Ю. Урабе, Ю. Окамото, З. Ли, А. Кавасэ, Т. Морикава, П. Ту, О. Мураока, М. Иваки, Основные составляющиеЦистанхетрубчатый, эхинакозид иактеозид, ингибируют опосредованное натрий-зависимым котранспортером глюкозы поглощение глюкозы эпителиальными клетками кишечника, J. ​​Funct. Еда 39 (2017) 91–95

[10] В. Ли, Р. Дэн, С. Цзин, Дж. Чен, Д. Ян, Дж. Шен,актеозидулучшает экспериментальный аутоиммунный энцефаломиелит путем ингибирования опосредованной пероксинитритом активации митофагии, Free Radicals Biol. Мед. 146 (2020) 79–91,

[11] A. He, B. Dong, X. Feng, S. Yao, Экстракция биоактивных сапонинов женьшеня с использованием водных двухфазных систем ионных жидкостей и солей, Sep. Purif. Технол. 196 (2018) 270–280
[12] E. Suarez Garcia, CA Suarez Ruiz, T. Tilaye, MHM Eppink, RH Wijffels, C. van den Berg, Фракционирование белков и углеводов из сырых экстрактов микроводорослей с использованием двухфазной системы на основе ионной жидкости и воды, сентябрь , Очист. Технол. 204 (2018) 56–65,
[13] Л. Ван, В. Ли, Ю. Лю, В. Чжи, Дж. Хан, Ю. Ван, Л. Ни, Разделение бромелаина по Грину в образце пищевых продуктов с высоким сохранением ферментативной активности с использованием рециркулируемого водного двухкомпонентного фазовая система, содержащая новый синтезированный термочувствительный сополимер и соль, Food Chem. 282 (2019) 48–57
[14] А. Тигрин, Ю. Амир, П. Альфаро, М. Мамоу, К. Нерин, Одновременная экстракция и анализ консервантов и искусственных подсластителей в соках методом жидкостно-жидкостной экстракции высаливанием перед сверхвысокоэффективной жидкостной хроматографией. , Пищевая хим. 277 (2019) 586–594

[15] H. Shaker Shiran, M. Baghbanbashi, F. Ghazizadeh Ahsaie, G. Pazuki, Исследование распределения куркумина в двухфазных системах полимер-соль, J. Mol. жидкость 303 (2020) 112629

[16] X. Wu, R. Li, Y. Zhao, Y. Liu, Разделение полисахаридов из Spirulina platensis с помощью HSCCC с этанол-сульфатом аммония ATPS и их антиоксидантная активность, Carbohydr. Полим. 173 (2017) 465–472

[17] В.П. Приянка, Р.Л. Гардас, Моно- и дикатионные ионные жидкости на основе водных двухфазных систем для экстракции диклофенака натрия, Sep. Purif. Технол. 234 (2020) 116048
[18] J. Flieger, A. Czajkowska-Zelazko, Водная двухфазная система на основе ионной жидкости для выделения хинина из образца плазмы человека, Food Chem. 166 (2015) 150–157
[19] X. Zhang, G. Teng, J. Zhang, Этанол/соляная водная двухфазная система, основанная на ультразвуковой экстракции полисахаридов из Lilium David Ivar. unicolor Salisb: физико-химическая характеристика и антигликационные свойства, J. ​​Mol. жидкость 256 (2018) 497–506,
[20] Q. Liu, X. Chen, Y. Guo, C. Han, J. Li, L. Jia, J. Liu, X. Wei, Термодинамическое исследование водных двухфазных систем 1- бутил-3-метилимидазолия тетрафторборат и додецилбензолсульфонат натрия, J. Mol. жидкость 279 (2019) 18–22,
[21] DCV Belchior, MV Quental, MM Pereira, CMN Mendonça, IF Duarte, MG Freire, Эффективность ионных жидкостей на основе тетраалкиламмония в качестве компонентов водных двухфазных систем при экстракции овальбумина и лизоцима, Sep. Purif. Технол. 233 (2020)

[22] CA Suarez Ruiz, J. Kwaijtaal, OC Peinado, C. van den Berg, RH Wijffels, MHM Eppink, Многоступенчатое фракционирование биомолекул микроводорослей с использованием селективных водных двухфазных систем, ACS Sustainable, Chem. англ. 8 (2020) 2441– 2452,

[23] AW Vieira, G. Molina, AB Mageste, GD Rodrigues, LR de Lemos, Разделение салициловой и ацетилсалициловой кислот водными двухфазными системами: аспекты механизма и исследование оптимизации, J. Mol. жидкость 296 (2019) 111775
[24] L. Ran, C. Yang, M. Xu, Z. Yi, D. Ren, L. Yi, Улучшенная водная двухфазная экстракция проантоцианидинов из виноградных косточек с использованием ионных жидкостей в качестве адъювантов, Sep. Purif. Технол. 226 (2019) 154–161

[25] LA Mejía-Manzano, BA Barba-Dávila, P. Vázquez-Villegas, SO SernaSaldívar, J. Gonzalez-Valdez, Улучшенная экстракция природного антиканцерогенного пристимерина из коры корня Mortonia greggii с использованием зеленых растворителей и водных двухфазных систем, Сентябрь Пуриф. Технол. 211 (2019) 667–672