Частина Ⅰ: Cistanche: високоефективна адсорбція фенілетаноїдних глікозидів на мезопористому вуглеці
Mar 04, 2022
Контакт: Одрі Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Електронна пошта:audrey.hu@wecistanche.com
Хелін Сюй, Веньцзін Пей, Сюецінь Лі та Цзіньлі Чжан
Фенілетаноїдні глікозидиє основними активними сполукамиЦистанка трубчаста（Натисніть для продуктів）, і це надзвичайно бажано для отримання високого ступеня очищення фенілетаноїдних глікозидів шляхом адсорбції з їх екстрактів. Щоб дослідити високоефективну адсорбцію фенілетаноїдних глікозидів, новий адсорбційний матеріал для ефективного розділення та очищення фенілетаноїдних глікозидів (фенілетаноїдних глікозидів) зЦистанка трубчастабуло досліджено. Три мезопористі вуглеці: упорядкований мезопористий вуглець (CMK-3), невпорядкований мезопористий вуглець (DMC) і тривимірний кубічний мезопористий вуглець (CMK-8) порівнювали для адсорбції фенілетаноїдних глікозидів. При цьому були досліджені ізотерми адсорбції, кінетика адсорбції та оптимізація умов адсорбції. Результати показали, що CMK-3 демонструє найвищу адсорбційну здатність 358,09 ± 4,13 мг/г завдяки високій питомій площі поверхні, великому об’єму пор і кисневмісним функціональним групам. Експериментальні дані можна точно описати за допомогою моделі Ленгмюра та моделі псевдодругого порядку. Модель дифузії всередині частинок припустила, що етапами адсорбції, які обмежують швидкість, є дифузія всередині частинок.
ВСТУП
Цистанка трубчаста була рослиною-паразитом Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), і вона в основному росла на коренях рослин Tamarix і видів Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa спочатку була зареєстрована в китайській Materia Medica Шен Нонга в бл. 100 р. до н. е. Зростання та культивування Cistanche tubulosa вимагало суворих умов навколишнього середовища, і його широко висаджували в посушливих землях і пустелях північної півкулі, таких як провінції Сіньцзян, Внутрішня Монголія, Ганьсу, Цінхай і автономний район Нінся в Китаї. (Ви та ін., 2016).Цистанка трубчастабула дорогоцінною китайською тонізуючою травою, яка мала функції живлення нирок, запобігання старінню, підвищення есенції крові та зволоження товстого кишечника для звільнення стільця (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al. al., 2018), і він отримав репутацію«Женьшень пустель»(Song та ін., 2016; Ван та ін., 2018). Cistanche tubulosa офіційно зареєстровано в Китайській фармакопеї як автентичне джерело Cistanches Herba (китайська назва: Rou cong rong) у виданні 2005 року (Wang T. та ін., 2016; Pei та ін., 2019).
Попереднє дослідження виявило кілька основних хімічних складових Cistanche tubulosa, включаючи PhG, іридоїди та полісахариди (Li et al., 2018a). Структури PhG в основному складалися з коричної кислоти та полісахаридів спирту, який був приєднаний до -глюкопіранози через складноефірні та глікозидні зв'язки (Luo та ін., 2010), а фенілетаноїдний глікозид розглядався як основні активні компоненти Cistanche tubulosa, що мають різні властивості. фармакологічна діяльність (Liao et al., 2018). Дослідження показало, що PhG мають різноманітні лікувальні властивості, такі як нейропротектор, імунна регуляція, протизапальна, захист печінки та антиоксидант (Aiello та ін., 2015; Шиао та ін., 2017; Ву та ін., 2018, 2019). Відповідно до фітохімічних оцінок, PhG, такі як ехінакозид, актеозид, вважалися основними активними компонентами та маркерами Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), які зазвичай обиралися як маркерні сполуки для оцінки якості Cistanche tubulosa та видів Cistanche були виділені через ці сполуки. PhG були природними водорозчинними сполуками, оскільки вони мали багато гідроксильних груп і фенольних гідроксильних груп у молекулі. Таким чином, фенілетаноїд можна відокремити від Cistanche tubulosa у водному розчині.
Було розроблено багато методів розділення та очищення природних продуктів, включаючи адсорбцію (Liu et al., 2016), мембранне розділення (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) та екстракцію розчинником тощо (Li та ін., 2015a,b; Wang S. та ін., 2016; Zhang H. та ін., 2016). Однак мембранне відділення та екстракція розчинником не підходили для великомасштабного приготування, і їм було важко досягти високого вилучення продуктів (Zhang et al., 2018a). Адсорбція була одним із найпоширеніших методів розділення природних продуктів (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Завдяки своїй унікальній та регульованій структурі пор, високій площі поверхні та механічній стабільності було доведено, що мезопористі вуглеці (розмір пор від 2 до 50 нм) є свого роду ефективними адсорбентами для адсорбційних природних продуктів. Дослідження показало, що мезопористий вуглець був більш придатним для адсорбції макромолекул, наприклад мезопористий вуглець використовувався Qin et al. до збагачення хлорогенової кислоти з листя Eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). Лі та ін. синтезували два мезопористих атоми вуглецю за допомогою підходу гідротермічної обробки та оцінили ефективність адсорбції двох мезопористих атомів вуглецю для гідрохлориду берберину та матрину з води (Li et al., 2018b). Його вважали своєрідним перспективним матеріалом як високоефективний адсорбент (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Крім того, мезопористий вуглець також застосовувався для адсорбційного видалення ароматичних сполук, барвників і важких металів зі стічних вод (Kong et al., 2016). У раніше опублікованих роботах Лю та ін. використовували макропористу смолу для адсорбції PhG з Cistanche tubulosa, і чистота PhG зросла, але адсорбційна здатність і швидкість десорбції були низькими. У порівнянні з макропористою смолою, мезопористий вуглець мав характеристики великої питомої поверхні, відповідного розміру пор і великого об’єму пор. Тому мезопористий вуглець розглядався як високоефективний адсорбент ФГ. У цьому дослідженні три типи мезопористого вуглецю були обрані як адсорбенти для розділення та очищення фенілетаноїдних глікозидів з Cistanche tubulosa.
Основною метою цієї роботи було дослідити адсорбційні властивості CMK-3 для відділення та очищення фенілетаноїдного глікозиду з Cistanche tubulosa. Було досліджено вплив різних концентрацій, рН і температури на адсорбційні властивості CMK- 3 і визначено оптимальні умови адсорбції PhG. Мезопористі вуглеці були охарактеризовані за допомогою FT-IR, BET, TEM та TGA, ізотерм адсорбції та детально проаналізовано кінетику.
Цистанка трубчаста
ЕКСПЕРИМЕНТИ
Матеріали та реагенти
Цистанка трубчастастебло було придбано у Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Сіньцзян). Стандарти ехінакозиду (чистота більше або дорівнює 98 відсоткам) і актеозиду (чистота більше або дорівнює 98 відсоткам) були придбані у Sunny Biotech Co., Ltd. (Шанхай). Ацетонітрил, метанол і оцтова кислота HLPC були придбані у Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Шанхай). Етанол аналітичного класу був придбаний у Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Впорядкований мезопористий вуглець (CMK-3), невпорядкований мезопористий вуглець (DMC) і тривимірний кубічний упорядкований мезопористий вуглець (CMK-8) були придбані у Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Нанкін) .
Характеристика
Морфологію та мікроструктуру підготовлених зразків досліджували за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (ТЕМ, Tecnai G2 F20) при 200 кВ. Зразки ТЕМ готували в умовах навколишнього середовища шляхом осадження крапель розчину етанолу з мезопористими матеріалами на вуглецеві плівки, підтримувані Cu сітками. Як правило, джерело світла з меншою довжиною хвилі було обрано для збільшення роздільної здатності мікроскопа, і структура мезопористого вуглецю може бути чітко спостережена. Поверхневі функціональні групи були якісно виміряні за допомогою інфрачервоної спектроскопії з перетворенням Фур’є (FT-IR, AVATAR360) з використанням взаємодії між інфрачервоним випромінюванням і молекулами речовини. FT-IR використовує метод тестування ослабленого повного відбиття, умови були розміром кроку 2 см−1 і діапазоном сканування 4,000–400 см−1. Дані про фізичну структуру, такі як питома площа поверхні, розмір пор і об’єм пор мезопористого вуглецю, були розраховані методом Брунауера-Еммета-Теллера (BET, ASAP 2460). Процедура для адсорбенту була наступною: мезопористий вуглець дегазували при 60 ◦ C протягом 12 годин, а криві адсорбції-десорбції N2 перевіряли при -196 ◦ C для розрахунку питомої площі поверхні, розміру пор та об'єму пор мезопористий вуглець. Термогравіметричний аналізатор (TGA, STA 449 F3) — це прилад, який використовує термогравіметрію для виявлення співвідношення температури й маси речовини, а TGA вимірює масу речовини як функцію температури під програмним контролем температури. Дані ТГА були отримані за допомогою ТГА в діапазоні температур від 30 до 800 ◦ C зі швидкістю нагріву 10 ◦ C/хв в атмосфері повітря.
Аналіз ВЕРХ
Вміст ехінакозиду та актеозиду визначали методом високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ, Waters Co., США). Система включала автосамплер, насос високого тиску та ультрафіолетовий (УФ) детектор. Аналіз проводили на асиметричній колонці C18 (100 Å, 5 мкм, 4,6 × 250 мм). ВЕРХ використовував метод градієнтного елюювання для розділення та виявлення зразків. Об’єм ін’єкційної петлі становив 10 мкм, температура колонки становила 30 ◦C, довжина хвилі детектування УФ-спектрофотометра становила 330 нм, швидкість потоку становила 1 мл/хв, а рухомою фазою були (A) ацетонітрил і (B) оцтова кислота. /вода (1:44, об./об.).
Адсорбційна рівновага
Експеримент з оптимізації умов адсорбції для CMK- 3 було проведено з використанням суміші актеозиду та ехінакозиду, і за оптимальних умов сирийекстракт цистанхи трубчастоїбуло проведено в експерименті з циклом адсорбції, і всі експерименти з адсорбції проводилися повторно принаймні 3 рази. У тій самій партії експериментів мезопористі вуглеці CMK-8 і DMC запускали паралельно з CMK-3. Три види мезопористого вуглецю (CMK- 3, DMC і CMK-8) кожен по 10 мг додавали до трьох пляшок відповідно. Потім у пляшку додають 15 мл розчину зразка з початковою концентрацією C0 (мг/мл). Пляшку поміщали у шейкер із постійною температурою 30°C на 24 години до досягнення адсорбційної рівноваги. Потім 1 мл адсорбційного розчину фільтрували через фільтр 0,22 мкм і рівноважну концентрацію Се (мг/мл) розчину зразка визначали за допомогою ВЕРХ.
Експеримент з десорбції
Потім був проведений експеримент з десорбції мезопористого вуглецю. Адсорбований мезопористий вуглець під 15 мл змішаного розчину метанол/оцтова кислота (9:1, об’єм/об’єм) помістили на водяну баню ультразвуку на 1 годину при 30◦C. Отриманий десорбційний розчин фільтрували через фільтр 0,22 перед аналізом за допомогою ВЕРХ. Адсорбційну здатність QE (мг/мл) оцінювали наступним чином:
QE {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) де V — об’єм розчину (мл), а W — вага мезопористого вуглецю (г)
РЕЗУЛЬТАТИ І ОБГОВОРЕННЯ
Характеристика
На малюнку 1 показано ТЕМ трьох видів мезопористого вуглецю. DMC була невпорядкованою пористою сіткою, CMK-8 була сітчастою структурою тривимірної пори, а CMK-3 була чітко смугастою структурою з упорядкованою одновимірною порою, що було подібно до звітних результатів ( Ван та ін., 2006; Луо та ін., 2010).
На рисунку 2 показано спектр FT-IR мезопористого вуглецю (CMK-3, DMC і CMK-8) і спектр FT-IR до та після адсорбції CMK-3. На малюнку 2A видно, що функціональні групи на поверхні мезопористого вуглецю були переважно кисневмісними групами. Загальні форми спектрів для трьох видів мезопористого вуглецю були подібними. Мезопористі вуглеці показали пікову смугу при 3423 см−1, що відноситься до смуги коливань розтягування OH. Смуги в області 1580 і 1629 см−1 відповідають валентним коливанням карбонільного і карбоксильного C=O. Крім того, було виявлено, що пік, що виникає при 1384 см−1, є коливаннями розтягування спиртового СО, а вібрація розтягування при 2922 і 2852 см−1 відповідає CH на метиленових і метильних групах відповідно. Це вказує на те, що кисневмісні групи, які існують на поверхні мезопористого вуглецю, можуть призвести до слабкої хімічної взаємодії між молекулами PhGs і мезопористого вуглецю.
На малюнку 2B показано спектри FT-IR CMK-3 до та після адсорбції, актеозиду та ехінакозиду. Характерний пік при 1697 см−1 походить від C=C олефіну в актеозиді та ехінакозиді, тоді як смуги в області 1519–1423 см−1 відповідають піку розтяжних коливань ароматичного кільця C{{ 12}}C в актеозиді та ехінакозиді. Вібрація розтягу при 1604 см−1 була зв'язком C=O, а пік при 1157 см−1 був викликаний коливанням розтягування ефірного зв'язку в актеозиді та ехінакозиді. Порівняно зі спектром FT-IR CMK-3 до адсорбції, в спектрі FT-IR CMK-3 після адсорбції з’явилися нові піки, які належали до характерного піку актеозиду та ехінакозиду.
Ізотерми адсорбції-десорбції N2 були важливим параметром для адсорбції PhG на CMK-3 та порівняння структури адсорбенту. На малюнку 3 показано ізотерми адсорбції-десорбції N2 CMK-3, CMK-8, DMC та CMK-3 після адсорбції PhGs відповідно. Як видно з рисунка 3, ізотерма мезопористого вуглецю була подібна до ізотерми типу IV, оскільки цей тип ізотерми був переважно мезопористим, у якому діапазон розміру пор був між 2 і 50 нм (Sanz Pérez et al. , 2019). Розрив між ізотермами адсорбції та десорбції називають петлею гістерезису, спричиненою реакцією капілярної конденсації. Для реакцій капілярної конденсації капілярна конденсація спочатку відбувається в найдрібніших порах (Barsotti et al., 2016). Це показує, що CMK-3 має меншу мезопору, ніж DMC і CMK-8, що узгоджується з результатами таблиці 1. Ізотерма CMK-3 демонструє петлю гістерезису H1, яка була вказує на швидке заповнення пор, пов’язане з капілярною конденсацією, а структура пор CMK-3 була достатньо впорядкованою. Ізотерма DMC демонструє петлю гістерезису H3, цей тип гістерезису мав невпорядковані пори через мережу пор, що викликало невизначену структуру пористого адсорбенту. Ізотерми CMK-8 демонструють петлю гістерезису H2, що вказує на те, що структура пор була складною, а розподіл пор за розміром був нерівномірним.
Порівнювали ізотерми адсорбції-десорбції N2 CMK-3 до та після адсорбції PhG. Ізотерма CMK-3 після адсорбції також була подібною до ізотерми типу IV на малюнку 3B. Це показало, що CMK-3 зберіг свою мезопористу структуру після адсорбції. Як видно з таблиці 1, питома поверхня та об’єм пор CMK-3 після адсорбції продемонстрували помітне зменшення, питома поверхня CMK-3 до та після адсорбції зменшилася з 1,{{18 }}98,02 до 227,75 м2/г, а об’єм пор зменшився з 1,32 до 0,42 см3/г. Це показало, що молекули PhG були адсорбовані 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 >CMK-3.
На малюнку 4 показано криві TGA для трьох видів мезопористого вуглецю (CMK-3, CMK-8 і DMC). Як видно з рисунка 4, всі три види мезопористого вуглецю мають дві різні стадії втрати маси: перша стадія втрати маси була спричинена випаровуванням вологи в мезопористому вуглеці до 100 ◦C, друга стадія втрати маси CMK- 3, DMC і CMK-8 приблизно відбувається при 660, 427 і 615 ◦C відповідно, що відповідає окислювальному термічному розкладу мезопористих вуглецевих матеріалів. Можна побачити, що температура термічного розкладання CMK-3 була вищою, ніж CMK-3 і CMK-8, термічна стабільність CMK-3 була кращою, ніж у CMK{ {14}} і DMC.
