Phần Ⅰ: Cistanche: Hấp phụ hiệu quả cao của Phenylethanoid Glycoside trên Carbon Mesopourous
Mar 04, 2022
Liên hệ: Audrey Hu Whatsapp / hp: 0086 13880143964 Email:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li và Jinli Zhang
Phenylethanoid glycosidelà các hợp chất hoạt động chính củaCistanche tubulosa（Nhấp vào sản phẩm）, và điều cực kỳ mong muốn là đạt được độ tinh khiết cao của Phenylethanoid glycoside bằng cách hấp phụ từ các chất chiết xuất của chúng. Để khám phá sự hấp phụ hiệu quả cao của glycoside Phenylethanoid, một vật liệu hấp phụ mới để tách và tinh chế hiệu quả các glycoside phenylethanoid (Phenylethanoid glycoside) từCistanche tubulosađã được khám phá. Ba nguyên tử cacbon trung tính của cacbon trung tính có trật tự (CMK -3), cacbon trung hấp thụ trật tự (DMC) và cacbon mê sinh khối ba chiều (CMK -8) được so sánh để hấp phụ các glycosit Phenylethanoid. Trong khi đó, các đường đẳng nhiệt hấp phụ, động học hấp phụ và việc tối ưu hóa các điều kiện hấp phụ đã được nghiên cứu. Kết quả chỉ ra rằng CMK -3 cho thấy khả năng hấp phụ cao nhất là 358,09 ± 4,13 mg / g do diện tích bề mặt riêng cao, thể tích lỗ xốp lớn và các nhóm chức chứa oxy. Dữ liệu thực nghiệm có thể được mô tả chính xác bằng cách sử dụng mô hình Langmuir và mô hình bậc hai giả. Mô hình khuếch tán trong hạt gợi ý rằng các bước giới hạn tốc độ của hấp phụ là khuếch tán trong hạt.
GIỚI THIỆU
Cistanche tubulosa là một loài thực vật ký sinh thuộc họ Orobanchaceae (Li và cộng sự, 2016; Wang X. và cộng sự, 2017), và nó chủ yếu phát triển trên rễ của cây Tamarix và các loài Calotropis (Zhang W. và cộng sự, 2016; Yan và cộng sự. , 2017). Cistanche tubulosa ban đầu được ghi nhận trong Trung Quốc của Thần Nông Medica trong ca. 100 năm trước Công nguyên Sự phát triển và trồng trọt của Cistanche tubulosa đòi hỏi điều kiện môi trường khắc nghiệt, và nó được trồng rộng rãi ở các vùng đất khô cằn và sa mạc ở bắc bán cầu, chẳng hạn như các tỉnh Tân Cương, Nội Mông, Cam Túc, Thanh Hải và Khu tự trị Ninh Hạ ở Trung Quốc (Bạn và cộng sự, 2016).Cistanche tubulosalà một loại thảo dược bổ thận quý của Trung Quốc có chức năng bổ thận, chống lão hóa, tăng cường tinh chất của máu, làm ẩm ruột già để phân ra ngoài (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2017; Cui et al. al., 2018), và nó đã nổi tiếng là"Nhân sâm của sa mạc"(Song và cộng sự, 2016; Wang và cộng sự, 2018). Cistanche tubulosa đã chính thức được ghi nhận trong Dược điển Trung Quốc như là nguồn chính thống của Cistanches Herba (tên tiếng Trung: Rou cong rong) từ ấn bản năm 2005 (Wang T. và cộng sự, 2016; Pei và cộng sự, 2019).
Nghiên cứu trước đó đã tiết lộ một số thành phần hóa học chính của Cistanche tubulosa, bao gồm PhGs, iridoids và polysaccharides (Li và cộng sự, 2018a). Cấu trúc của PhGs chủ yếu bao gồm axit cinnamic và rượu polysaccharides được gắn với a -glucopyranose thông qua các liên kết este và glycosidic (Luo và cộng sự, 2010), và phenylethanoid glycoside được coi là thành phần hoạt động chính của Cistanche tubulosa sở hữu nhiều hoạt động dược lý (Liao và cộng sự, 2018). Nghiên cứu cho thấy PhGs có nhiều đặc tính y học, chẳng hạn như bảo vệ thần kinh, điều hòa miễn dịch, chống viêm, bảo vệ gan và chống oxy hóa (Aiello và cộng sự, 2015; Shiao và cộng sự, 2017; Wu và cộng sự, 2018, 2019). Theo các đánh giá hóa thực vật, các PhG như echinacoside, acteoside được coi là các thành phần hoạt động chính và chất đánh dấu của Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), thường được chọn làm hợp chất đánh dấu để đánh giá chất lượng của Cistanche tubulosa và các loài của Cistanche đã được phân biệt thông qua các hợp chất này. PhG là các hợp chất tan trong nước tự nhiên vì chúng có nhiều nhóm hydroxyl và nhóm hydroxyl phenolic trong phân tử. Do đó, phenylethanoid có thể được tách khỏi Cistanche tubulosa trong dung dịch nước.
Nhiều phương pháp để tách và tinh chế các sản phẩm tự nhiên đã được phát triển bao gồm hấp phụ (Liu và cộng sự, 2016), tách màng (Zhang và cộng sự, 2018b; Li và cộng sự, 2019) và chiết xuất bằng dung môi, v.v. (Li và cộng sự, 2015a, b; Wang S. và cộng sự, 2016; Zhang H. và cộng sự, 2016). Tuy nhiên, tách màng và chiết xuất bằng dung môi không thích hợp cho việc chuẩn bị quy mô lớn và chúng khó đạt được độ thu hồi cao của sản phẩm (Zhang và cộng sự, 2018a). Hấp phụ là một trong những phương pháp được áp dụng rộng rãi nhất để tách các sản phẩm tự nhiên (Wang S. và cộng sự, 2016; Konggidinata và cộng sự, 2017). Do cấu trúc lỗ độc đáo và có thể điều chỉnh được, diện tích bề mặt cao và độ ổn định cơ học, cácbon trung tính (kích thước lỗ từ 2 đến 50 nm) đã được chứng minh là một loại chất hấp phụ hiệu quả cho các sản phẩm tự nhiên dễ hấp phụ. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các nguyên tử cacbon trung tính thích hợp hơn để hấp phụ các đại phân tử, chẳng hạn như các nguyên tử cacbon trung tính đã được sử dụng bởi Qin et al. để làm giàu axit chlorogenic từ lá cây đỗ trọng (Qin et al., 2018). Li và cộng sự. tổng hợp hai nguyên tử cacbon trung tính thông qua phương pháp xử lý thủy nhiệt và đánh giá hiệu suất hấp phụ của hai nguyên tử cacbon trung tính đối với berberin hydroclorid và matrin từ nước (Li và cộng sự, 2018b). Nó được coi là một loại vật liệu hứa hẹn như một chất hấp phụ hiệu quả cao (Zhang và cộng sự, 2013; Tian và cộng sự, 2015; Zhou và cộng sự, 2016). Ngoài ra, cacbon trung tính cũng đã được ứng dụng để loại bỏ hấp phụ các hợp chất thơm, thuốc nhuộm và kim loại nặng khỏi nước thải (Kong và cộng sự, 2016). Trong các công trình đã xuất bản trước đây, Liu et al. đã sử dụng một loại nhựa macroporous để hấp phụ PhGs từ Cistanche tubulosa, và độ tinh khiết của PhGs tăng lên nhưng khả năng hấp phụ và tốc độ giải hấp phụ thấp. So với nhựa macroporous, cacbons trung tính có các đặc điểm của diện tích bề mặt riêng lớn, kích thước lỗ xốp phù hợp và thể tích lỗ xốp cao. Do đó, cacbon trung tính được coi là chất hấp phụ hiệu quả cao đối với PhGs. Trong nghiên cứu này, ba loại cacbon trung tính đã được chọn làm chất hấp phụ để tách và tinh chế glycoside phenylethanoid từ Cistanche tubulosa.
Mục tiêu chính của công việc này là khám phá hiệu suất hấp phụ của CMK -3 để tách và tinh chế phenylethanoid glycoside từ Cistanche tubulosa. Ảnh hưởng của các nồng độ, pH và nhiệt độ khác nhau đến hiệu suất hấp phụ của CMK - 3 đã được khảo sát và các điều kiện hấp phụ tối ưu của PhGs đã được sàng lọc. Cacbon lưỡng tính được đặc trưng bởi FT-IR, BET, TEM và TGA, các đường đẳng nhiệt hấp phụ và động học được thực hiện và phân tích chi tiết.
Cistanche tubulosa
THÍ NGHIỆM
Vật liệu và Thuốc thử
Cistanche tubulosaThân cây được mua từ Công ty TNHH Công nghệ sinh học Congrongtang (Tân Cương). Các tiêu chuẩn của echinacoside (độ tinh khiết Lớn hơn hoặc bằng 98%) và acteoside (độ tinh khiết Lớn hơn hoặc bằng 98%) được mua từ Sunny Biotech Co., Ltd. (Thượng Hải). Acetonitril, metanol và axit axetic của HLPC được mua từ Công ty TNHH Khoa học Thermo Fisher (Thượng Hải). Etanol loại phân tích được mua từ Công ty TNHH Hóa chất Yongsheng Fine (Thiên Tân). Carbon trung tính có thứ tự (CMK -3), carbon trung tính rối loạn (DMC) và carbon trung tính theo khối ba chiều (CMK -8) đã được mua từ Công ty TNHH Công nghệ vật liệu Xianfeng Nano (Nam Kinh) .
Đặc tính hóa
Hình thái và cấu trúc vi mô của các mẫu đã chuẩn bị được khảo sát bằng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM, Tecnai G2 F20) hoạt động ở 200 kV. Các mẫu TEM được chuẩn bị trong điều kiện môi trường xung quanh bằng cách lắng các giọt dung dịch etanol với các vật liệu trung tính lên màng cacbon được hỗ trợ bởi các lưới Cu. Nói chung, nguồn sáng có bước sóng ngắn hơn được chọn để tăng độ phân giải của kính hiển vi và có thể quan sát rõ ràng cấu trúc của các nguyên tử cacbon trung tính. Các nhóm chức năng bề mặt được đo định tính bằng quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR, AVATAR360) sử dụng sự tương tác giữa bức xạ hồng ngoại và các phân tử vật chất. FT-IR sử dụng thử nghiệm phương pháp phản xạ toàn phần suy giảm, các điều kiện là kích thước bước là 2 cm-1 và phạm vi quét là 4, 000 - 400 cm-1. Các dữ liệu về cấu trúc vật lý như diện tích bề mặt riêng, kích thước lỗ và thể tích lỗ của các nguyên tử cacbon trung tính đã được Brunauer-Emmett-Teller tính toán (BET, ASAP 2460). Quy trình đối với chất hấp phụ như sau: cacbon trung tính được khử khí ở 60 ° C trong 12 giờ, và các đường cong giải hấp phụ N2 được thử nghiệm ở -196◦C để tính toán diện tích bề mặt cụ thể, kích thước lỗ và thể tích lỗ của carbon mê hoặc. Máy phân tích nhiệt trọng lượng (TGA, STA 449 F3) là một thiết bị sử dụng nhiệt trọng trường để phát hiện mối quan hệ nhiệt độ-khối lượng của một chất và TGA đo khối lượng của một chất như một hàm của nhiệt độ trong điều khiển nhiệt độ theo chương trình. Dữ liệu TGA thu được bằng cách sử dụng TGA ở nhiệt độ từ 30 đến 800 ° C với tốc độ gia nhiệt 10◦C / phút trong môi trường không khí.
Phân tích HPLC
Hàm lượng echinacoside và acteoside được phát hiện bằng phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC, Waters Co., USA). Hệ thống bao gồm một bộ lấy mẫu tự động, máy bơm cao áp và máy dò tia cực tím (UV). Phân tích được tiến hành trên cột C18 không đối xứng (100Å, 5µm, 4,6 × 250 mm). HPLC đã sử dụng phương pháp rửa giải gradient để tách và phát hiện các mẫu. Thể tích của vòng tiêm là 10µm, nhiệt độ cột là 30◦C, bước sóng phát hiện của máy quang phổ UV là 330 nm, tốc độ dòng là 1 ml / phút và pha động là (A) axetonitril và (B) axit axetic / nước (1:44, v / v).
Cân bằng hấp phụ
Thí nghiệm tối ưu hóa điều kiện hấp phụ đối với CMK - 3 đã được thực hiện bằng cách sử dụng hỗn hợp acteoside và echinacoside và trong điều kiện tối ưu, dầu thôchiết xuất của Cistanche tubulosađược thực hiện trên thí nghiệm chu trình hấp phụ và tất cả các thí nghiệm hấp phụ được thực hiện nhiều lần ít nhất là 3. Trong cùng một lô thí nghiệm, các cacbon trung tính của CMK -8 và DMC được chạy song song với CMK -3. Ba loại cacbon trung tính (CMK - 3, DMC và CMK -8), mỗi loại 1 0 mg được thêm vào ba chai tương ứng. Sau đó, 15 mL dung dịch mẫu có nồng độ ban đầu là C 0 (mg / mL) được thêm vào chai. Bình được đặt trong máy lắc nhiệt độ không đổi 30 ° C trong 24 h cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng hấp phụ. Sau đó, 1ml dung dịch hấp phụ được lọc qua màng lọc 0,22µm và nồng độ cân bằng Ce (mg / mL) của dung dịch mẫu được xác định bằng HPLC.
Thí nghiệm giải hấp
Sau đó, thí nghiệm giải hấp cacbon trung tính được thực hiện. Carbon trung hấp phụ dưới 15 mL dung dịch hỗn hợp metanol / axit axetic (9: 1, v / v), được đặt trong bể siêu âm trong 1 giờ ở 3 0 ◦C. Dung dịch giải hấp thu thu được được lọc bằng bộ lọc 0,22 trước khi phân tích bằng HPLC. Khả năng hấp phụ QE (mg / ml) được đánh giá như sau:
QE {{0}} (C0 - Ce) · v / w (1)
(1) trong đó V là thể tích của dung dịch (mL) và W là trọng lượng của cacbon trung tính (g)
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đặc tính hóa
Hình 1 cho thấy một TEM của ba loại cacbon trung tính. DMC là một mạng xốp có trật tự, CMK -8 là một cấu trúc mạng của xốp ba chiều và CMK -3 là một cấu trúc sọc rõ ràng với các lỗ một chiều có trật tự, tương tự như các kết quả được báo cáo ( Wang và cộng sự, 2006; Luo và cộng sự, 2010).
Hình 2 cho thấy phổ FT-IR của các nguyên tử cacbon trung tính (CMK -3, DMC và CMK -8) và phổ FT-IR trước và sau khi hấp phụ CMK -3. Có thể thấy từ Hình 2A rằng các nhóm chức trên bề mặt của các nguyên tử cacbon trung tính chủ yếu là các nhóm chứa oxy. Hình dạng tổng thể của quang phổ đối với ba loại cacbon trung tính là tương tự nhau. Các cacbon mê ly cho thấy một dải cực đại ở 3,423 cm-1 liên quan đến dải dao động kéo dài của OH. Các dải trong vùng 1,580 và 1,629 cm − 1 tương ứng với dao động kéo dài của cacbonyl và cacboxyl C=O. Ngoài ra, đỉnh xảy ra ở 1,384 cm-1 được tìm thấy là dao động kéo dãn của CO trong rượu và dao động kéo ở 2,922 và 2,852 cm-1 tương ứng với CH trên nhóm metylen và metyl, tương ứng. Điều này chỉ ra rằng các nhóm chứa oxy tồn tại trên bề mặt của các nguyên tử cacbon trung tính có thể dẫn đến tương tác hóa học yếu giữa các phân tử PhGs và các nguyên tử cacbon trung tính.
Hình 2B cho thấy phổ FT-IR của CMK -3 trước và sau khi hấp phụ, acteoside và echinacoside. Đỉnh đặc trưng ở 1,697 cm-1 xuất phát từ C=C của olefin trong acteoside và echinacoside, trong khi các dải trong vùng 1,519–1,423 cm-1 tương ứng với đỉnh dao động kéo dài của vòng thơm C {{ 12}} C trong acteoside và echinacoside. Dao động kéo tại 1,604 cm − 1 là liên kết C=O và cực đại tại 1,157 cm − 1 là do dao động kéo căng của liên kết ete trong acteoside và echinacoside. So với phổ FT-IR của CMK -3 trước khi bị hấp phụ, phổ FT-IR của CMK -3 sau khi bị hấp phụ xuất hiện các đỉnh mới, thuộc về đỉnh đặc trưng của acteoside và echinacoside.
Các đường đẳng nhiệt giải hấp phụ N2 là một tham số quan trọng cho sự hấp phụ của PhG trên CMK -3 và so sánh cấu trúc chất hấp phụ. Hình 3 cho thấy các đường đẳng nhiệt giải hấp phụ N2 của CMK -3, CMK -8, DMC và CMK -3 sau khi hấp phụ PhGs, tương ứng. Như có thể thấy trong Hình 3, đường đẳng nhiệt của các nguyên tử cacbon trung tính tương tự như đường đẳng nhiệt loại IV ở chỗ loại đường đẳng nhiệt này chủ yếu là mê hoặc, trong đó phạm vi kích thước lỗ là từ 2 đến 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). Khoảng cách giữa đường đẳng nhiệt hấp phụ và giải hấp được gọi là vòng trễ gây ra bởi phản ứng ngưng tụ mao quản. Đối với phản ứng ngưng tụ mao quản, sự ngưng tụ mao quản xảy ra đầu tiên ở các lỗ nhỏ nhất (Barsotti và cộng sự, 2016). Điều này cho thấy rằng CMK -3 có trung bình nhỏ hơn so với DMC và CMK -8, phù hợp với kết quả của Bảng 1. Đường đẳng nhiệt của CMK -3 thể hiện một vòng lặp trễ H1 là dấu hiệu cho thấy sự lấp đầy lỗ chân lông nhanh chóng liên quan đến sự ngưng tụ mao quản và cấu trúc lỗ chân lông của CMK -3 có trật tự hợp lý. Đường đẳng nhiệt của DMC thể hiện một vòng lặp trễ H3, loại trễ này có các lỗ rỗng bị rối loạn do mạng lưới các lỗ gây ra cấu trúc không xác định của chất hấp phụ xốp. Các đường đẳng nhiệt CMK -8 thể hiện một vòng từ trễ H2, cho thấy rằng cấu trúc lỗ rỗng phức tạp và sự phân bố kích thước lỗ không đồng đều.
Các đường đẳng nhiệt giải hấp phụ N2 của CMK -3 được so sánh trước và sau khi hấp phụ PhG. Đường đẳng nhiệt của CMK -3 sau khi hấp phụ cũng tương tự như đường đẳng nhiệt loại IV trong Hình 3B. Nó chỉ ra rằng CMK -3 duy trì cấu trúc trung tính của nó sau khi hấp phụ. Như có thể thấy từ Bảng 1, bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp của CMK -3 sau khi bị hấp phụ thể hiện sự giảm rõ rệt, diện tích bề mặt riêng của CMK -3 trước và sau khi bị hấp phụ giảm từ 1, {{18 }} 98,02 đến 227,75 m2 / g và thể tích lỗ giảm từ 1,32 xuống 0,42 cm3 / g. Nó chỉ ra rằng các phân tử PhGs đã được hấp thụ trên 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.
Hình 4 cho thấy các đường cong TGA của ba loại cacbon trung tính (CMK -3, CMK -8 và DMC). Như có thể thấy từ Hình 4, ba loại cacbon trung tính đều có hai giai đoạn mất khối lượng riêng biệt: giai đoạn mất khối lượng đầu tiên là do sự bay hơi của hơi ẩm trong cacbon trung tính trước 100 ° C, giai đoạn mất khối lượng thứ hai. của CMK - 3, DMC và CMK -8 lần lượt xảy ra ở 660, 427 và 615◦C, tương ứng với sự phân hủy nhiệt oxy hóa của vật liệu cacbon trung tính. Có thể thấy rằng nhiệt độ phân hủy nhiệt của CMK -3 cao hơn CMK -3 và CMK -8, độ bền nhiệt của CMK -3 tốt hơn CMK { {14}} và DMC.
