Del Ⅰ: Cistanche: Mycket effektiv adsorption av fenyletanoidglykosider på mesoporöst kol
Mar 04, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-post:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li och Jinli Zhang
Fenyletanoidglykosiderär de viktigaste aktiva föreningarna avCistanche tubulosa（Klicka för produkter）, och det är extremt önskvärt för att erhålla hög rening av fenyletanoidglykosider genom adsorption från deras extrakt. För att utforska den mycket effektiva adsorptionen av fenyletanoidglykosider, ett nytt adsorptionsmaterial för effektiv separation och rening av fenyletanoidglykosider (Fenyletanoidglykosider) frånCistanche tubulosautforskades. De tre mesoporösa kolen av ordnat mesoporöst kol (CMK-3), oordnat mesoporöst kol (DMC) och tredimensionellt kubiskt mesoporöst kol (CMK-8) jämfördes för adsorption av fenyletanoidglykosider. Under tiden undersöktes adsorptionsisotermer, adsorptionskinetik och optimering av adsorptionsförhållanden. Resultaten visade att CMK-3 visade den högsta adsorptionskapaciteten på 358,09 ± 4,13 mg/g på grund av dess höga specifika ytarea, stora porvolym och syreinnehållande funktionella grupper. De experimentella data kan beskrivas exakt med hjälp av Langmuir-modellen och pseudo-andra ordningens modell. Intra-partikeldiffusionsmodellen föreslog att de hastighetsbegränsande adsorptionsstegen var intra-partikeldiffusion.
INTRODUKTION
Cistanche tubulosa var en Orobanchaceae parasitväxt (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), och den växte huvudsakligen på rötterna av Tamarix-växter och Calotropis-arter (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa spelades ursprungligen in i Shen Nongs kinesiska Materia Medica i ca. 100 f.Kr. Tillväxten och odlingen av Cistanche tubulosa krävde svåra miljöförhållanden, och den planterades i stor utsträckning i torra länder och öknar på norra halvklotet, såsom provinserna Xinjiang, Inre Mongoliet, Gansu, Qinghai och den autonoma regionen Ningxia i Kina. (You et al., 2016).Cistanche tubulosavar en dyrbar kinesisk stärkande ört som hade funktionerna att ge näring till njurarna, anti-aging, öka essensen av blod och fukta tjocktarmen för att frigöra avföring (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al. al., 2018), och det har varit rykte som"Öknarnas ginseng"(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa registrerades officiellt i den kinesiska farmakopén som den autentiska källan till Cistanches Herba (kinesiskt namn: Rou cong rong) från 2005 års upplaga (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
Den tidigare studien hade avslöjat flera huvudkemiska beståndsdelar i Cistanche tubulosa, inklusive PhGs, iridoider och polysackarider (Li et al., 2018a). PhGs strukturer bestod huvudsakligen av kanelsyra och polysackarider alkohol som var fäst till en -glukopyranos genom ester- och glykosidbindningar (Luo et al., 2010), och fenyletanoidglykosid har betraktats som de viktigaste aktiva komponenterna i Cistanche tubulosa som har olika farmakologiska aktiviteter (Liao et al., 2018). Studien visade att PhG hade en mängd olika medicinska egenskaper, såsom neuroskydd, immunreglering, antiinflammatorisk, leverskydd och antioxidant (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Enligt fytokemiska utvärderingar ansågs PhG såsom echinacoside, acteosid vara de huvudsakliga aktiva komponenterna och markörerna för Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), som vanligtvis valdes som markörföreningar för kvalitetsutvärderingen av Cistanche tubulosa och arten. av Cistanche särskiljdes genom dessa föreningar. PhGs var naturligt förekommande vattenlösliga föreningar eftersom de hade många hydroxylgrupper och fenoliska hydroxylgrupper i molekylen. Således kan fenyletanoiden separeras från Cistanche tubulosa i en vattenlösning.
Många metoder för separation och rening av naturprodukter har utvecklats inklusive adsorption (Liu et al., 2016), membranseparation (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) och lösningsmedelsextraktion, och så vidare (Li et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. et al., 2016). Emellertid var membranseparation och lösningsmedelsextraktion inte lämpliga för storskalig beredning och de var svåra att uppnå hög återvinning av produkterna (Zhang et al., 2018a). Adsorption var en av de mest använda metoderna för separation av naturprodukter (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Tack vare dess unika och avstämbara porstrukturer, höga ytareor och mekaniska stabilitet har mesoporösa kol (porstorlekar mellan 2 och 50 nm) visat sig vara ett slags effektiva adsorbenter för adsorptiva naturprodukter. Studien har visat att mesoporösa kol var mer lämpade för att adsorbera makromolekyler, såsom mesoporösa kol har använts av Qin et al. till anrikning av klorogensyra från eucommia ulmoides löv (Qin et al., 2018). Li et al. syntetiserade två mesoporösa kol via en hydrotermisk behandlingsmetod och utvärderade adsorptionsprestandan för två mesoporösa kol för berberinhydroklorid och matrin från vatten (Li et al., 2018b). Det ansågs vara ett slags lovande material som ett mycket effektivt adsorbent (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Dessutom har mesoporösa kol också använts för adsorptivt avlägsnande av aromatiska föreningar, färgämnen och tungmetaller från avloppsvatten (Kong et al., 2016). I tidigare publicerade verk har Liu et al. använde ett makroporöst harts för att adsorbera PhG från Cistanche tubulosa, och renheten hos PhG ökade men adsorptionskapaciteten och desorptionshastigheten var låg. Jämfört med makroporöst harts hade mesoporösa kol egenskaperna stor specifik ytarea, lämplig porstorlek och hög porvolym. Därför ansågs mesoporöst kol vara en mycket effektiv adsorbent för PhGs. I denna studie valdes de tre typerna av mesoporöst kol ut som adsorbenter för separation och rening av fenyletanoidglykosider från Cistanche tubulosa.
Det här arbetets huvudmål var att utforska adsorptionsprestanda för CMK-3 för separation och rening av fenyletanoidglykosid från Cistanche tubulosa. Effekterna av olika koncentrationer, pH och temperatur på adsorptionsprestandan hos CMK- 3 undersöktes och optimala adsorptionsförhållanden för PhG screenades bort. Mesoporösa kol karakteriserades av FT-IR, BET, TEM och TGA, adsorptionsisotermer och kinetik utfördes och analyserades i detalj.
Cistanche tubulosa
EXPERIMENT
Material och reagens
Cistanche tubulosastammen köptes från Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Standarderna för echinakosid (renheter större än eller lika med 98 procent) och akteosid (renheter större än eller lika med 98 procent) köptes från Sunny Biotech Co., Ltd. (Shanghai). Acetonitril, metanol och ättiksyra av HLPC köptes från Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Shanghai). Etanolen av analytisk kvalitet köptes från Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Beställt mesoporöst kol (CMK-3), oordnat mesoporöst kol (DMC) och tredimensionellt kubiskt beställt mesoporöst kol (CMK-8) köptes från Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing) .
Karakterisering
Morfologin och mikrostrukturerna för de preparerade proverna undersöktes med användning av transmissionselektronmikroskopi (TEM, Tecnai G2 F20) vid 200 kV. TEM-proverna bereddes under omgivande förhållanden genom att droppar av etanollösningen deponerades med de mesoporösa materialen på kolfilmer uppburna av Cu-galler. I allmänhet valdes en ljuskälla med kortare våglängd för att öka mikroskopets upplösning, och strukturen hos de mesoporösa kolen kan tydligt observeras. Ytfunktionella grupper mättes kvalitativt med Fourier transform infraröd spektroskopi (FT-IR, AVATAR360) med användning av interaktionen mellan infraröd strålning och materia molekyler. FT-IR-användning av dämpad totalreflektionsmetod, villkoren var stegstorleken 2 cm−1 och skanningsområdet var 4,000–400 cm−1. De fysiska strukturdata såsom den specifika ytarean, porstorleken och porvolymen för de mesoporösa kolen beräknades av Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Proceduren för adsorbenten var som följer: mesoporösa kol avgasades vid 60◦C under 12 timmar, och N2-adsorptions-desorptionskurvorna testades vid -196◦C för att beräkna den specifika ytarean, porstorleken och porvolymen för mesoporöst kol. Termogravimetrisk analysator (TGA, STA 449 F3) är ett instrument som använder termogravimetri för att upptäcka förhållandet temperatur-massa för ett ämne, och TGA mäter massan av ett ämne som en funktion av temperaturen under programtemperaturkontroll. TGA-data erhölls med användning av en TGA i en temperatur som sträcker sig från 30 till 800◦C vid en uppvärmningshastighet av 10◦C/min under en luftatmosfär.
HPLC-analys
Innehållet av echinakosid och acteosid detekterades med högpresterande vätskekromatografi (HPLC, Waters Co., USA). Systemet inkluderade en autosampler, högtryckspump och ultraviolett (UV) detektor. Analysen utfördes på den asymmetriska C18-kolonnen (100Å, 5 µm, 4,6 x 250 mm). HPLC använde gradientelueringsmetoden för att separera och detektera prover. Injektionsslingans volym var 10 µm, kolonntemperaturen var 30◦C, detektionsvåglängden för UV-spektrofotometern var 330 nm, flödeshastigheten var 1 ml/min och den mobila fasen var (A) acetonitril och (B) ättiksyra /vatten (1:44, v/v).
Adsorptionsjämvikt
Optimeringsexperimentet av adsorptionsvillkor för CMK- 3 har utförts med en blandning av akteosid och echinakosid och under de optimala förhållandena, råoljanextrakt av Cistanche tubulosautfördes på adsorptionscykelexperiment och alla adsorptionsexperiment utfördes upprepade gånger minst 3. I samma sats av experiment kördes mesoporösa kol av CMK-8 och DMC parallellt med CMK-3. De tre typerna av mesoporöst kol (CMK- 3, DMC och CMK-8) varje 10 mg tillsattes till de tre flaskorna. Sedan sattes 15 ml provlösning med den initiala koncentrationen av C0 (mg/ml) till flaskan. Flaskan placerades i en skakapparat med konstant temperatur på 30◦C under 24 timmar tills adsorptionsjämvikten uppnåddes. Därefter filtrerades 1 ml adsorptionslösning genom ett 0,22 µm filter och jämviktskoncentrationen Ce (mg/ml) för provlösningen bestämdes med HPLC.
Desorptionsexperiment
Därefter genomfördes desorptionsexperimentet av mesoporöst kol. Det adsorberade mesoporösa kolet under 15 ml metanol/ättiksyra (9:1, v/v) blandad lösning, som placerades i vattenbadet av ultraljud i 1 timme vid 30◦C. Den erhållna desorptionslösningen filtrerades med ett 0,22-filter före analys med HPLC. Adsorptionskapaciteten QE (mg/ml) utvärderades enligt följande:
QE {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) där V är volymen av lösningen (mL) och W är vikten av de mesoporösa kolen (g)
RESULTAT OCH DISKUSSION
Karakterisering
Figur 1 visade en TEM för de tre typerna av mesoporösa kol. DMC var ett oordnat poröst nätverk, CMK-8 var en nätverksstruktur av tredimensionell porös, och CMK-3 var en tydligt randig struktur med ordnade endimensionella porer, vilket liknade de rapporterade resultaten ( Wang et al., 2006; Luo et al., 2010).
Figur 2 visade FT-IR-spektrumet för de mesoporösa kolen (CMK-3, DMC och CMK-8) och FT-IR-spektrumet före och efter CMK-3-adsorption. Det kan ses från figur 2A att de funktionella grupperna på ytorna av de mesoporösa kolen huvudsakligen var syrehaltiga grupper. De övergripande formerna av spektra för de tre typerna av mesoporösa kol var likartade. De mesoporösa kolen visade ett toppband vid 3 423 cm−1, vilket hänvisar till det sträckande vibrationsbandet för OH. Banden i området 1 580 och 1 629 cm−1 motsvarar sträckningsvibrationer för karbonyl- och karboxyl-C=O. Dessutom visade sig toppen som inträffade vid 1 384 cm−1 vara töjningsvibrationer av alkoholhaltigt CO och dragvibrationen vid 2 922 och 2 852 cm−1 motsvarar CH på metylen- respektive metylgrupper. Detta indikerade att de syrehaltiga grupperna som finns på ytorna av de mesoporösa kolen kan leda till en svag kemisk interaktion mellan PhGs-molekyler och de mesoporösa kolen.
Figur 2B visar FT-IR-spektra för CMK-3 före och efter adsorption, akteosid och echinakosid. Den karakteristiska toppen vid 1 697 cm−1 härleddes från C=C för olefin i akteosid och echinakosid, medan banden i området 1 519–1 423 cm−1 motsvarade sträckande vibrationstopp för den aromatiska ringen C{{ 12}}C i akteosid och echinakosid. Dragvibrationen vid 1 604 cm−1 var C=O-bindningen och toppen vid 1 157 cm−1 orsakades av den sträckande vibrationen av eterbindningen i akteosid och echinakosid. Jämfört med FT-IR-spektrumet för CMK-3 före adsorption, visade FT-IR-spektrumet för CMK-3 efter adsorption de nya topparna, som tillhörde den karakteristiska toppen för akteosid och echinakosid.
N2-adsorptions-desorptionsisotermerna var en viktig parameter för adsorptionen av PhG på CMK-3 och jämförelsen av adsorbentstrukturen. Figur 3 visade N2-adsorptions-desorptionsisotermerna för CMK-3, CMK-8, DMC respektive CMK-3 efter PhG-adsorption. Som framgår av figur 3 liknade isotermen för de mesoporösa kolen typ IV isoterm genom att denna typ av isoterm var övervägande mesoporös, i vilken porstorleksområdet var mellan 2 och 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). Gapet mellan adsorption och desorptionsisoterm kallades hysteresloop orsakad av kapillär kondensationsreaktion. För kapillärkondensationsreaktioner sker kapillärkondensation först i de minsta porerna (Barsotti et al., 2016). Detta visar att CMK-3 hade en mindre mesopor än DMC och CMK-8, vilket överensstämde med resultaten i tabell 1. Isotermen för CMK-3 uppvisar en H1-hysteresloop som var vilket tyder på den snabba porfyllningen i samband med kapillärkondensering och porstrukturen hos CMK-3 var någorlunda välordnad. Isotermen av DMC uppvisar en H3-hysteresloop, denna typ av hysteres hade oordnade porer på grund av ett nätverk av porer som orsakade en odefinierad struktur av porös adsorbent. CMK-8-isotermer uppvisar en H2-hysteresloop, vilket indikerar att porstrukturen var komplicerad och att porstorleksfördelningen var ojämn.
N2-adsorptions-desorptionsisotermerna för CMK-3 jämfördes före och efter adsorptionen av PhG. Isotermen för CMK -3 efter adsorption liknade också typ IV isoterm i figur 3B. Det indikerade att CMK-3 bibehöll sin mesoporösa struktur efter adsorptionen. Som framgår av tabell 1 uppvisade den specifika ytan och porvolymen för CMK-3 efter adsorption en markant minskning, den specifika ytarean för CMK-3 före och efter adsorption minskade från 1,{{18 }}98,02 till 227,75 m2/g, och porvolymen som minskade från 1,32 till 0,42 cm3/g. Det visade att PhGs-molekyler adsorberades på 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.
Figur 4 visar TGA-kurvorna för de tre typerna av mesoporösa kol (CMK-3, CMK-8 och DMC). Som framgår av figur 4 har de tre typerna av mesoporösa kol alla två distinkta stadier av massförlust: det första steget av massförlust berodde på avdunstning av fukt i de mesoporösa kolen före 100◦C, det andra massförluststeget av CMK- 3, DMC och CMK-8 inträffar ungefär vid 660, 427 respektive 615◦C, vilket motsvarar den oxidativa termiska nedbrytningen av mesoporösa kolmaterial. Det kan ses att den termiska nedbrytningstemperaturen för CMK-3 var högre än CMK-3 och CMK-8, den termiska stabiliteten för CMK-3 var bättre än för CMK{ {14}} och DMC.
