Ⅰ osa: Tsistanche: fenüületanoidglükosiidide ülitõhus adsorptsioon mesopoorsel süsinikul
Mar 04, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li ja Jinli Zhang
Fenüületanoidglükosiididon peamised aktiivsed ühendidCistanche tubulosa(Klõpsake toodete jaoks) ja see on äärmiselt soovitav fenüületanoidglükosiidide kõrge puhtuse saavutamiseks nende ekstraktidest adsorptsiooni teel. Et uurida fenüületanoidglükosiidide ülitõhusat adsorptsiooni, mis on uudne adsorptsioonimaterjal fenüületanoidglükosiidide (fenüületanoidglükosiidide) tõhusaks eraldamiseks ja puhastamiseks.Cistanche tubulosauuriti. Fenüületanoidglükosiidide adsorptsiooni osas võrreldi kolme mesopoorset süsinikku: järjestatud mesopoorset süsinikku (CMK-3), korrastamata mesopoorset süsinikku (DMC) ja kolmemõõtmelist kuupmeetrit mesopoorset süsinikku (CMK-8). Vahepeal uuriti adsorptsiooni isoterme, adsorptsiooni kineetikat ja adsorptsioonitingimuste optimeerimist. Tulemused näitasid, et CMK-3 adsorptsioonivõime oli kõrgeim – 358,09 ± 4,13 mg/g tänu oma suurele eripinnale, suurele pooride mahule ja hapnikku sisaldavatele funktsionaalrühmadele. Eksperimentaalseid andmeid saab täpselt kirjeldada Langmuiri mudeli ja pseudo-teise järgu mudeli abil. Osakestesisese difusiooni mudel näitas, et adsorptsiooni kiirust piiravad etapid olid osakeste sisemine difusioon.
SISSEJUHATUS
Cistanche tubulosa oli Orobanchaceae parasiitaim (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017) ja kasvas peamiselt Tamarix taimede ja Calotropis liikide juurtel (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa salvestati algselt Shen Nongi Hiina Materia Medicas ca. 100 eKr Cistanche tubulosa kasv ja kasvatamine nõudis raskeid keskkonnatingimusi ning seda istutati laialdaselt põhjapoolkera kuivadele maadele ja kõrbetele, nagu Xinjiangi, Sise-Mongoolia, Gansu, Qinghai provintsid ja Ningxia autonoomne piirkond Hiinas. (Sina jt, 2016).Cistanche tubulosaoli hinnaline Hiina toniseeriv ravimtaim, mille ülesandeks oli neerude toitmine, vananemisvastane toime, vere essentsi turgutamine ja jämesoole niisutamine väljaheitest vabanemiseks (Gu et al., 2016; Shimada jt, 2017; Cui et al. al., 2018) ja see on olnud maine kui"Kõrbete ženšenn"(Song jt, 2016; Wang jt, 2018). Cistanche tubulosa registreeriti ametlikult Hiina farmakopöas kui Cistanches Herba (hiina nimi: Rou cong rong) autentne allikas 2005. aasta väljaandest (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
Eelmine uuring näitas Cistanche tubulosa mitmeid peamisi keemilisi koostisosi, sealhulgas PhG-d, iridoidid ja polüsahhariidid (Li et al., 2018a). PhG-de struktuurid koosnesid peamiselt kaneelhappest ja polüsahhariididest alkoholist, mis oli estri- ja glükosiidsidemete kaudu seotud -glükopüranoosiga (Luo et al., 2010) ning fenüületanoidglükosiidi on peetud Cistanche tubulosa peamisteks aktiivseteks komponentideks, millel on mitmesuguseid erinevaid koostisosi. farmakoloogilised tegevused (Liao et al., 2018). Uuring näitas, et PhG-del on mitmesuguseid raviomadusi, nagu neuroprotektsioon, immuunsüsteemi reguleerimine, põletikuvastane, maksakaitse ja antioksüdant (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu jt, 2018, 2019). Fütokeemiliste hinnangute kohaselt peeti Cistanche tubulosa peamisteks aktiivseteks komponentideks ja markeriteks PhG-sid nagu ehhinakosiid, akteosiid (Li et al., 2017b), mis valiti tavaliselt markerühenditeks Cistanche tubulosa ja liigi kvaliteedi hindamisel. Cistanche'i eristati nende ühendite kaudu. PhG-d olid looduslikult esinevad veeslahustuvad ühendid, kuna nende molekulis oli palju hüdroksüülrühmi ja fenoolseid hüdroksüülrühmi. Seega saab fenüületanoidi Cistanche tubulosast eraldada vesilahuses.
Looduslike saaduste eraldamiseks ja puhastamiseks on välja töötatud palju meetodeid, sealhulgas adsorptsioon (Liu et al., 2016), membraanide eraldamine (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) ja lahustiga ekstraheerimine jne (Li) jt, 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. jt, 2016). Kuid membraanide eraldamine ja lahustiga ekstraheerimine ei sobinud suuremahuliseks valmistamiseks ning nende abil oli raske saavutada toodete suurt saagist (Zhang et al., 2018a). Adsorptsioon oli üks enim kasutatud meetodeid looduslike saaduste eraldamiseks (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Tänu ainulaadsetele ja häälestatavatele pooristruktuuridele, suurele pindalale ja mehaanilisele stabiilsusele on mesopoorsed süsinikud (pooride suurus vahemikus 2–50 nm) osutunud omamoodi tõhusateks adsorbeerivateks loodustoodeteks. Uuring on näidanud, et mesopoorsed süsinikud olid makromolekulide adsorbeerimiseks sobivamad, näiteks mesopoorseid süsinikke on kasutanud Qin et al. klorogeenhappe rikastamiseks eucommia ulmoides'i lehtedest (Qin et al., 2018). Li et al. sünteesis hüdrotermilise töötlemise meetodil kaks mesopoorset süsinikku ja hindas kahe mesopoorse süsiniku adsorptsioonivõimet berberiinvesinikkloriidi ja matriini jaoks veest (Li et al., 2018b). Seda peeti omamoodi paljutõotavaks materjaliks ülitõhusa adsorbendina (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Lisaks on mesopoorseid süsinikke kasutatud ka aromaatsete ühendite, värvainete ja raskmetallide adsorptiivsel eemaldamisel reoveest (Kong et al., 2016). Varem avaldatud töödes on Liu et al. kasutas Cistanche tubulosa PhG-de adsorbeerimiseks makropoorset vaiku ja PhG-de puhtus suurenes, kuid adsorptsioonivõime ja desorptsioonikiirus olid madalad. Võrreldes makropoorse vaiguga oli mesopoorsetel süsinikul suur eripind, sobiv pooride suurus ja suur pooride maht. Seetõttu peeti mesopoorset süsinikku PhG-de jaoks väga tõhusaks adsorbendiks. Selles uuringus valiti Cistanche tubulosa fenüületanoidglükosiidide eraldamiseks ja puhastamiseks adsorbentideks kolm tüüpi mesopoorset süsinikku.
Selle töö põhieesmärk oli uurida CMK{0}} adsorptsioonivõimet fenüületanoidglükosiidi eraldamiseks ja puhastamiseks Cistanche tubulosast. Uuriti erinevate kontsentratsioonide, pH ja temperatuuri mõju CMK- 3 adsorptsioonivõimele ning sõeluti välja PhG-de optimaalsed adsorptsioonitingimused. Mesopoorseid süsinikke iseloomustati FT-IR, BET, TEM ja TGA abil, teostati adsorptsiooni isotermid ja kineetika ning analüüsiti neid üksikasjalikult.
Cistanche tubulosa
EKSPERIMENTID
Materjalid ja reaktiivid
Cistanche tubulosavars osteti ettevõttelt Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Ehhinakosiidi (puhtusaste on suurem või võrdne 98 protsenti) ja akteosiidi (puhtusaste on suurem või võrdne 98 protsenti) standardid osteti ettevõttelt Sunny Biotech Co., Ltd. (Shanghai). HLPC atsetonitriil, metanool ja äädikhape osteti firmalt Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Shanghai). Analüütilise puhtusega etanool osteti ettevõttelt Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Tellitud mesopoorset süsinikku (CMK-3), korrastamata mesopoorset süsinikku (DMC) ja kolmemõõtmelist kuupmeetrit järjestatud mesopoorset süsinikku (CMK-8) osteti ettevõttelt Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing). .
Iseloomustus
Valmistatud proovide morfoloogiat ja mikrostruktuure uuriti 200 kV pingel töötava ülekandeelektronmikroskoopia (TEM, Tecnai G2 F20) abil. TEM-proovid valmistati ümbritseva keskkonna tingimustes, sadestades etanoolilahuse tilgad koos mesopoorsete materjalidega süsinikkiledele, mida toetasid Cu võred. Üldiselt valiti mikroskoobi eraldusvõime suurendamiseks lühema lainepikkusega valgusallikas ja mesopoorsete süsinike struktuur on selgelt jälgitav. Pinna funktsionaalrühmi mõõdeti kvalitatiivselt Fourier' teisenduse infrapunaspektroskoopia abil (FT-IR, AVATAR360), kasutades infrapunakiirguse ja aine molekulide vahelist interaktsiooni. FT-IR kasutas nõrgestatud täieliku peegelduse meetodi testi, tingimused olid sammu suurus 2 cm−1 ja skaneerimisvahemik 4,000–400 cm−1. Füüsilise struktuuri andmed, nagu mesopoorsete süsiniku eripind, pooride suurus ja pooride maht, arvutas Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Adsorbendi protseduur oli järgmine: mesopoorsed süsinikud degaseeriti temperatuuril 60 °C 12 tundi ja N2 adsorptsiooni-desorptsiooni kõveraid testiti temperatuuril –196 °C, et arvutada välja kihi eripind, pooride suurus ja pooride maht. mesopoorset süsinikku. Termogravimeetriline analüsaator (TGA, STA 449 F3) on seade, mis kasutab termogravimeetriat aine temperatuuri-massi suhte tuvastamiseks ning TGA mõõdab aine massi temperatuuri funktsioonina programmi temperatuuri juhtimisel. TGA andmed saadi, kasutades TGA-d temperatuuril vahemikus 30 kuni 800 °C kuumutamiskiirusel 10 °C/min õhuatmosfääris.
HPLC analüüs
Ehhinakosiidi ja akteosiidi sisaldus tuvastati kõrgsurvevedelikkromatograafiaga (HPLC, Waters Co., USA). Süsteem sisaldas automaatset proovivõtturit, kõrgsurvepumpa ja ultraviolettkiirguse (UV) detektorit. Analüüs viidi läbi asümmeetria C18 kolonnil (100Å, 5 µm, 4,6 × 250 mm). HPLC kasutas proovide eraldamiseks ja tuvastamiseks gradiendielueerimise meetodit. Süstimissilmuse maht oli 10 µm, kolonni temperatuur oli 30 °C, UV-spektrofotomeetri detekteerimislainepikkus oli 330 nm, voolukiirus 1 ml/min ja liikuv faas oli (A) atsetonitriil ja (B) äädikhape. /vesi (1:44, maht/maht).
Adsorptsiooni tasakaal
CMK{0}} adsorptsioonitingimuste optimeerimiskatse viidi läbi, kasutades akteosiidi ja ehhinakosiidi segu ning optimaalsetes tingimustes toormaterjaliCistanche tubulosa ekstraktviidi läbi adsorptsioonitsükli katsel ja kõik adsorptsioonikatsed viidi läbi korduvalt vähemalt 3. Samas katsepartiis viidi CMK-8 ja DMC mesopoorsed süsinikud paralleelselt läbi CMK-3-ga. Kolmesse pudelisse lisati vastavalt kolme tüüpi mesopoorset süsinikku (CMK- 3, DMC ja CMK-8), igaüks 10 mg. Seejärel lisati pudelisse 15 ml proovilahust algkontsentratsiooniga C0 (mg/mL). Pudel pandi 24 tunniks konstantse temperatuuriga 30 °C loksutisse, kuni saavutati adsorptsiooni tasakaal. Seejärel filtriti 1 ml adsorptsioonilahust läbi 0,22 µm filtri ja proovilahuse tasakaalukontsentratsioon Ce (mg/mL) määrati HPLC abil.
Desorptsioonikatse
Seejärel viidi läbi mesopoorse süsiniku desorptsioonikatse. Adsorbeeritud mesopoorset süsinikku 15 ml metanooli/äädikhappe (9:1, maht/maht) segalahuse all, mis pandi 1 tunniks ultraheliveevanni temperatuurile 30◦C. Saadud desorptsioonilahus filtreeriti enne HPLC analüüsi 0,22 um filtriga. Adsorptsioonivõimet QE (mg/ml) hinnati järgmiselt:
QE {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) kus V on lahuse maht (mL) ja W on mesopoorsete süsiniku kaal (g)
TULEMUSED JA ARUTLUS
Iseloomustus
Joonisel 1 on näidatud kolme tüüpi mesopoorsete süsiniku TEM. DMC oli korrastamata poorne võrk, CMK-8 oli kolmemõõtmelise poorse võrgustiku struktuur ja CMK-3 oli selgelt triibuline struktuur järjestatud ühemõõtmeliste pooridega, mis sarnanes esitatud tulemustega ( Wang et al., 2006; Luo jt, 2010).
Joonisel 2 on näidatud mesopoorsete süsiniku FT-IR spekter (CMK-3, DMC ja CMK-8) ning FT-IR spekter enne ja pärast CMK-3 adsorptsiooni. Jooniselt fig 2A on näha, et mesopoorsete süsinike pindade funktsionaalrühmad olid peamiselt hapnikku sisaldavad rühmad. Kolme tüüpi mesopoorsete süsiniku spektrite üldkujud olid sarnased. Mesopoorsed süsinikud näitasid piigi riba 3423 cm-1 juures, viidates OH venitavale vibratsiooniribale. Ribad vahemikus 1580 ja 1629 cm−1 vastavad karbonüül- ja karboksüülrühma C=O venitusvibratsioonidele. Lisaks leiti, et 1384 cm-1 juures esinev tipp on alkohoolse CO venitusvibratsioon ning tõmbevibratsioon 2922 ja 2852 cm-1 juures vastab vastavalt metüleen- ja metüülrühmade CH-le. See näitas, et mesopoorsete süsiniku pindadel olevad hapnikku sisaldavad rühmad võivad põhjustada nõrga keemilise interaktsiooni PhG-de molekulide ja mesopoorsete süsinike vahel.
Joonisel 2B on kujutatud CMK-3 FT-IR spektrid enne ja pärast adsorptsiooni, akteosiidi ja ehhinakosiidi. Iseloomulik piik 1697 cm−1 juures tulenes olefiini C=C-st akteosiidis ja ehhinakosiidis, samas kui ribad vahemikus 1519–1423 cm−1 vastasid aromaatse tsükli C{{ venitusvibratsiooni piigile. 12}}C akteosiidis ja ehhinakosiidis. Tõmbevibratsioon 1604 cm−1 juures oli C=O-side ja tipp 1157 cm−1 juures oli põhjustatud akteosiidis ja ehhinakosiidis oleva eetersideme venivast vibratsioonist. Võrreldes CMK-3 FT-IR spektriga enne adsorptsiooni, ilmnesid CMK-3 FT-IR spektris pärast adsorptsiooni uued piigid, mis kuulusid akteosiidi ja ehhinakosiidi iseloomuliku piigi hulka.
N2 adsorptsiooni-desorptsiooni isotermid olid oluliseks parameetriks PhG-de adsorptsioonil CMK-l-3 ja adsorbendi struktuuri võrdlemisel. Joonisel 3 on näidatud CMK-3, CMK-8, DMC ja CMK-3 N2 adsorptsiooni-desorptsiooni isotermid pärast PhG-de adsorptsiooni. Nagu on näha jooniselt 3, oli mesopoorsete süsiniku isoterm sarnane IV tüüpi isotermiga, kuna seda tüüpi isotermid olid valdavalt mesopoorsed, kusjuures pooride suurus oli vahemikus 2 kuni 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). Adsorptsiooni ja desorptsiooni isotermi vahelist lõhet nimetati kapillaaride kondensatsioonireaktsioonist põhjustatud hüstereesi ahelaks. Kapillaarkondensatsioonireaktsioonide korral toimub kapillaarkondensatsioon kõigepealt kõige väiksemates poorides (Barsotti et al., 2016). See näitab, et CMK-3 mesopoor oli väiksem kui DMC-l ja CMK-l-8, mis oli kooskõlas tabeli 1 tulemustega. CMK-3 isotermil on H1 hüstereesisilmus, mis oli mis näitab kapillaaride kondenseerumisega seotud kiiret pooride täitumist ja CMK{20}} pooride struktuur oli piisavalt korras. DMC isotermil on H3 hüstereesisilmus, seda tüüpi hüstereesil olid pooride võrgustiku tõttu korrastamata poorid, mis põhjustasid poorse adsorbendi määratlemata struktuuri. CMK-8 isotermidel on H2 hüstereesisilmus, mis näitab, et pooride struktuur oli keeruline ja pooride suuruse jaotus ebaühtlane.
CMK-3 N2 adsorptsiooni-desorptsiooni isoterme võrreldi enne ja pärast PhG-de adsorptsiooni. CMK-3 isoterm pärast adsorptsiooni oli samuti sarnane IV tüüpi isotermiga joonisel 3B. See näitas, et CMK{6}} säilitas pärast adsorptsiooni oma mesopoorset struktuuri. Nagu tabelist 1 näha, vähenes CMK-3 eripind ja pooride maht pärast adsorptsiooni märgatavalt, CMK eripindala -3 enne ja pärast adsorptsiooni vähenes 1,{{18 }}98,02 kuni 227,75 m2 /g ja pooride maht vähenes 1,32-lt 0,42 cm3 /g-le. See näitas, et PhG-de molekulid adsorbeeriti CMK-le{21}}
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.
Joonisel 4 on näidatud kolme tüüpi mesopoorsete süsiniku (CMK-3, CMK-8 ja DMC) TGA-kõverad. Nagu on näha jooniselt 4, on kolme tüüpi mesopoorsetel süsinikul kõigil kaks erinevat massikadu etappi: esimene massikadu oli tingitud niiskuse aurustumisest mesopoorsetes süsinikus enne temperatuuri 100 °C, teine massikadu etapp. CMK- 3, DMC ja CMK-8 esineb ligikaudu vastavalt temperatuuril 660, 427 ja 615 °C, mis vastab mesopoorsete süsinikumaterjalide oksüdatiivsele termilisele lagunemisele. On näha, et CMK-3 termilise lagunemise temperatuur oli kõrgem kui CMK-3 ja CMK-8, CMK-3 termiline stabiilsus oli parem kui CMK{ {14}} ja DMC.
