Част I.:Cistanche:Високоефективна адсорбция на фенилетаноидни гликозиди на месопорозен въглерод
Mar 04, 2022
За контакти: Одри Ху Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Имейл:audrey.hu@wecistanche.com
Хелин Сю, Уенджинг Пей, Ксуекин Ли, и Джинли Джан
Фенилетаноидни гликозидиса основните активни съединения наЦистанче тубулоза(Кликнете за продукти), и това е изключително желателно за получаване на високо пречистване на Фенилетаноидни гликозиди чрез адсорбция от техните екстракти. За да се изследва високоефективната адсорбция на фенилетаноидни гликозиди, роман адсорбционния материал за ефикасно отделяне и пречистване на фенилетаноидни гликозиди (Фенилетаноидни гликозиди) отЦистанче тубулозабеше проучена. Трите мезопорни въглерода от поръчан мезопорозен въглерод (CMK-3), разрушен мезопорозен въглерод (DMC), и триизмерен кубичен мезопорозен въглерод (CMK-8) са сравнени за адсорбция на фенилетаноидни гликозиди. Междувременно бяха изследвани изотерми за адсорбция, кинетика на адсорбция и оптимизирането на адсорбционните условия. Резултатите показват, че CMK-3 показва най-високия адсорбционен капацитет от 358,09 ± 4,13 mg/g поради високата си специфична повърхност, големия обем на порите и кислородосъдържащите функционални групи. Експериментални данни могат да бъдат точно описани с помощта на модела Langmuir и псевдо-втора поръчка модел. Вътрешночастичният дифузионен модел предполага, че стъпките на адсорбция, ограничаващи скоростта, са вътречастична дифузия.
ВЪВЕЖДАНЕТО
Цистанче тубулоза беше паразитно растение Orobanchaceae (Li et al., 2016 г.; Wang X. et al., 2017), и тя нараства главно върху корените на Tamarix растения и Calotropis видове (Джан W. et al., 2016; Ян и др., 2017). Cistanche tubulosa първоначално е записана в Китайския материал Medica на Шен Нонг в ca. 100 пр.н.е. Растежът и отглеждането на Cistanche tubulosa изисква тежки условия на околната среда, и тя е широко засадена в сухи земи и пустини на северното полукълбо, като провинциите Синцзян, Вътрешна Монголия, Гансу, Цинхай, и автономна област Ningxia в Китай (You et al., 2016).Цистанче тубулозабеше скъпоценна китайска тонизираща билка, която имаше функциите на подхранване на бъбрека, против стареенето, повишаване на същността на кръвта, и овлажняване на големите черва до свободно изпражнения (Gu et al., 2016; Шимада и др., 2017; Cui et al., 2018), и тя е била репутация като"Женшенът на пустините"(Song et al., 2016; Уанг и др., 2018). Cistanche tubulosa е официално записана в китайската Фармакопея като автентичния източник на Cistanches Herba (китайско име: Rou cong rong) от изданието 2005 (Wang T. et al., 2016; Пей и др., 2019).
Предишното проучване беше разкрило няколко основни химически съставки на Cistanche tubulosa, включително PhGs, иридоиди, и полизахариди (Li et al., 2018a). Структурите на PhGs са съставени предимно от цинаминова киселина и полизахариди алкохол, който е прикрепен към β-глюкопираноза чрез естер и гликозидни връзки (Luo et al., 2010), а фенилетаноидният гликозид е считан за основни активни компоненти на Cistanche tubulosa, притежаващи различни фармакологични дейности (Liao et al., 2018). Проучването показа, че PhGs са имали различни лекарствени свойства, като невропротекция, имунната регулация, противовъзпалителни, защита на черния дроб, и антиоксидант (Aiello et al., 2015; Шиао и др., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Според фитохимичните оценки, PhGs като ехинакозид, acteoside се считаха за основните активни компоненти и маркери на Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), които обикновено бяха избрани за маркерни съединения за оценка на качеството на Cistanche tubulosa и вида на Cistanche бяха разграничени чрез тези съединения. PhGs са естествено срещащи се водоразтворими съединения, защото те са имали много хидроксилни групи и фенолни хидроксилни групи в молекулата. По този начин фенилетаноидът може да бъде отделен от Cistanche tubulosa във воден разтвор.
Разработени са много методи за разделяне и пречистване на естествени продукти, включващи адсорбция (Liu et al., 2016), мембранно разделяне (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) и екстракция с разтворител, и така нататък (Li et al., 2015a,b; Уанг С. и др., 2016; Джан Х. и др., 2016). Разделянето на мембраната и екстракцията с разтворител обаче не бяха подходящи за широкомащабна подготовка и те трудно можеха да постигнат високо възстановяване на продуктите (Zhang et al., 2018a). Адсорбцията беше един от най-широко възприетите методи за разделяне на естествените продукти (Wang S. et al., 2016; Конггидината и др., 2017). Поради своите уникални и тунингови структури на порите, високите повърхностни площи, и механичната стабилност, месопорните въглероди (размер на порите между 2 и 50 nm) са доказани като вид ефикасни адсорбенти за адсорбтивни природни продукти. Проучването показва, че месопорозните въглероди са били по-подходящи за адсорбиране на макромолекули, като мезопорозните въглероди са били използвани от Qin et al. за обогатяване на хлорогенната киселина от листата на евкомията улмоиди (Qin et al., 2018). Li et al. синтезира два мезопорозни въглерода чрез подход на хидротермално третиране и оценява адсорбционните показатели на два мезопорозни въглерода за берберин хидрохлорид и матрин от вода (Li et al., 2018b). Той бе счетен за един вид обещаващ материал като високоефективен адсорбент (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Джоу и др., 2016). Освен това са приложени мезопорни въглероди и при адсорбтивно отстраняване на ароматни съединения, багрила, и тежки метали от отпадъчни води (Kong et al., 2016). В публикуваните по-рано произведения Liu et al. използва макропорозна смола, за да адсорбира PhGs от Cistanche tubulosa, а чистотата на ГХ се увеличава, но капацитетът на адсорбция и степента на десорбция са ниски. В сравнение с макропорозна смола, месопорозните въглероди са имали характеристиките на голяма специфична повърхност, подходящ размер на порите, и висок обем на порите. Поради това месопорозният въглерод се считаше за високоефективен адсорбент за ДХ. В това проучване трите вида месопорозен въглерод са избрани като адсорбенти за отделяне и пречистване на фенилетаноидни гликозиди от Cistanche tubulosa.
Основната цел на тази работа беше да проучи адсорбционната производителност на CMK-3 за отделяне и пречистване на фенилетаноиден гликозид от Cistanche tubulosa. Ефектите от различни концентрации, рН, и температура върху адсорбционната производителност на CMK- 3 са изследвани и оптимални адсорбционни условия на PhGs са били екранирани. Месопорните въглероди се характеризираха с FT-IR, BET, TEM, и TGA, адсорбционни изотерми, и кинетика бяха извършени и анализирани подробно.
Цистанче тубулоза
ЕКСПЕРИМЕНТИ
Материали и реагенти
Цистанче тубулозастебло е закупено от Конгронгтанг Биологична Технология Ко, ООД (Синдзян). Стандартите на ехинакозид (причислите ≥ 98%) и acteoside (чистота ≥ 98%), са закупени от Sunny Biotech Co., Ltd. (Шанхай). Ацетонитрил, метанол, и оцетна киселина на HLPC са закупени от Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Шанхай). Етанолът от аналитична степен е закупен от Йонгшенг Файн Кемикал Ко ООД (Тиендзин). Поръчан мезопорозен въглерод (CMK-3), смутен мезопорозен въглерод (DMC), и триизмерни кубически поръчан мезопорозен въглерод (CMK-8) са закупени от Xianfeng Нано материал технология Ко, ООД (Нанкин).
Характеризиране
Морфологията и микроструктурите на приготвените проби са изследвани с помощта на трансмисионна електронна микроскопия (TEM, Tecnai G2 F20), оперирана на 200 kV. Пробите tEM бяха приготвени при околни условия чрез депозиране на капчици от разтвора на етанол с мезопорните материали върху въглеродните филми, поддържани от cu решетките. По принцип е избран източник на светлина с по-къса дължина на вълната, за да се увеличи разделителната способност на микроскопа, а структурата на мезопорните въглероди може ясно да се наблюдава. Повърхностните функционални групи са качествено измерени чрез Фурие трансформира инфрачервената спектроскопия (FT-IR, AVATAR360), като се използва взаимодействието между инфрачервеното лъчение и матерните молекули. FT-IR употреба атенюиран общо отражение метод тест, условията са били размер стъпка от 2 cm−1 и обхват на сканиране е 4,000–400 cm−1. Данните за физическата структура като специфичната повърхност, размера на порите и обема на порите на мезопорните въглероди са изчислени от Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Процедурата за адсорбента беше следната: мезопорозните въглероди бяха обезгазени на 60C за 12 часа, а кривите N2 адсорбция-десорбция бяха тествани на −196C за изчисляване на специфичната повърхност, размера на порите и обема на порите на мезопорния въглерод. Термогравиметричният анализатор (TGA, STA 449 F3) е инструмент, който използва термогравиметричния за откриване на температурно-масовата връзка на дадено вещество, а TGA измерва масата на дадено вещество като функция на температурата под контрол на температурата на програмата. TGA данни са получени с помощта на TGA в температурата, варираща от 30 до 800C при скорост на нагряване 10C/min под въздушна атмосфера.
HPLC анализ
Съдържанието на ехинакозид и актеозид е открито чрез високоефективна течна хроматография (HPLC, Waters Co., САЩ). Системата включваше автосамплер, помпа с високо налягане, и ултравиолетов (UV) детектор. Анализът е проведен върху асиметрията C18 колона (100Å, 5μm, 4.6 × 250 мм). HPLC използва метода на отмиване на градиента за отделяне и откриване на проби. Обемът на инжекционния контур е 10μm, температурата на колоната е 30C, дължината на вълната за откриване на UV спектрофотометъра е 330 nm, дебитът е 1 ml/min, а подвижната фаза е (A) ацетонитрил и (В) оцетна киселина/вода (1:44, v/v).
Адсорбция Равновесие
Оптимизационният експеримент на адсорбционното състояние за CMK- 3 е извършен с помощта на смес от актеозид и ехинакозид и при оптималните условия, суровиятекстракт от Цистанче тубулозае извършвана при експеримент с адсорбционния цикъл и всички експерименти с адсорбция многократно са провеждани най-малко 3. В същата партида експерименти мезопорозните въглероди от CMK-8 и DMC се изпълняваха успоредно с CMK-3. Трите вида месопорозен въглерод (CMK- 3, DMC, и CMK-8) всеки 10 mg бяха добавени съответно към трите бутилки. След това към бутилката се добавя 15 mL разтвор на проба с началната концентрация на C0 (mg/mL). Бутилката е поставена в постоянно температурен шейкър от 30C за 24 ч. до достигане на равновесието на адсорбцията. След това 1 ml адсорбционен разтвор се филтрира през 0,22μm филтър и равновесната концентрация Ce (mg/mL) на разтвора на пробата се определя от HPLC.
Експеримент за десорбция
След това беше извършен експериментът с десорбция на мезопорния въглерод. Адсорбираният мезопорозен въглерод под 15 mL метанол / оцетна киселина (9:1, v / v) смесен разтвор, който е бил поставен във водната баня на ултразвукова за 1 ч при 30C. Полученият разтвор за десорбция е филтриран с филтър 0,22 преди анализ от HPLC. Капацитетът на адсорбция QE (mg/ml) е оценен, както следва:
QE = (C0 − Ce) · v/w (1)
(1)когато V е обемът на разтвора (mL) и W е теглото на мезопорните въглероди (g)
РЕЗУЛТАТИ И ОБСЪЖДАНЕ
Характеризиране
Фигура 1 показа TEM от трите вида мезопорни въглероди. DMC беше разстройвана пореста мрежа, CMK-8 беше мрежова структура от триизмерна пореста, а CMK-3 беше ясно ивичеста структура с поръчана едноизмерна пора, която беше подобна на отчетените резултати (Wang et al., 2006; Луо и др., 2010).
Фигура 2 показа спектъра FT-IR на мезопорните въглероди (CMK-3, DMC, и CMK-8) и спектъра FT-IR преди и след адсорбцията на CMK-3. От фигура 2А може да се види, че функционалните групи по повърхностите на мезопорозните въглероди са били предимно кислородосъдържащи групи. Общите форми на спектрите за трите вида мезопорни въглероди бяха сходни. Месопорните въглероди показват пикова лента на 3423 cm−1, отнасяща се до разтягащата вибрационна лента на O-H. Лентите в района на 1,580 и 1,629 cm−1 съответстват на разтягащите вибрации на карбонил и карбоксил C=O. Освен това е установено, че пикът, настъпващ при 1,384 cm−1, е разтягащ вибрациите на алкохолната C-O и вибрацията на опън при 2,922 и 2,852 cm−1 съответства съответно на C-H на метилен и метил групи. Това посочи, че групите, съдържащи кислород, съществуващи по повърхностите на мезопорните въглероди, биха могли да доведат до слабо химическо взаимодействие между молекулите на ПГ и мезопорните въглероди.
Фигура 2Б показва FT-IR спектрите на CMK-3 преди и след адсорбция, acteoside, и ехинакозид. Характерният пик при 1,697 cm−1, получен от C=C на олефин в актеозид и ехинакозид, докато лентите в региона на 1,519–1,423 cm−1 съответстват на разтягане вибрационния връх на ароматния пръстен C=C в актеозид и ехинакозид. Вибрацията на опън при 1,604 cm−1 е C=O връзката и пикът при 1,157 cm−1 е причинен от разтягащата се вибрация на етерната връзка в актеозид и ехинакозид. В сравнение с спектъра FT-IR на CMK-3 преди адсорбция, FT-IR спектърът на CMK-3 след адсорбция се появи новите върхове, които принадлежаха към характерния връх на acteoside и ехинакозид.
Изотермите n2 адсорбция-десорбция бяха важен параметър за адсорбцията на PHGs на CMK-3 и сравнението на адсорбентната структура. Фигура 3 показа N2 адсорбционни-десорбционни изотерми на CMK-3, CMK-8, DMC, и CMK-3 след PHGs адсорбция, съответно. Както може да се види от фигура 3, изотермът на мезопорозните въглероди е бил подобен на изотерм тип-IV с това, че този тип изотерм е бил предимно мезопорен, при който обхватът на размера на порите е бил между 2 и 50 nm (Sanz Pérez et al., 2019). Пропастта между адсорбцията и изотермът на десорбция е посочена като хистерезисна линия, причинена от капилярна кондензационна реакция. За реакции на капилярна кондензация капилярната кондензация се среща първо в най-малките пори (Barsotti et al., 2016). Това показва, че CMK-3 е имал по-малък мезопор, отколкото прави DMC и CMK-8, което е било в съответствие с резултатите от таблица 1. Изотермът на CMK-3 проявява H1 хистерезисна линия, която е била показателна за бързото пълнене на порите, свързано с капилярна кондензация, и структурата на порите на CMK-3 е била разумно подредена. Изотермът на DMC проявява H3 хистерезисна линия, този вид хистереза е имал нарушени пори поради мрежа от пори, които са причинили неопределена структура на порест адсорбент. CMK-8 изотерми проявяват H2 хистерезис контур, което показва, че структурата на порите е сложна и разпределението на размера на порите е неравномерно.
Изотермите n2 адсорбция-десорбция на CMK-3 са сравнени преди и след адсорбцията на PhGs. Изотермът на CMK-3 след адсорбция също е подобен на изотерм тип-IV на фигура 3Б. Той посочи, че CMK-3 поддържа мезопорната си структура след адсорбцията. Както може да се види от таблица 1, Специфичната повърхност и обемът на порите на CMK-3 след адсорбция проявяват подчертано намаляване, специфичната повърхност на CMK-3 преди и след адсорбцията намалява от 1,098.02 до 227.75 m2 /g, и обема на порите, който намалява от 1.32 до 0.42 cm3 /g. То показва, че молекулите на PHGs са адсорбирани на CMK-3
Таблица 1 обобщи специфичната за BET повърхност, размера на порите и размера на порите на четирите проби. Повърхностните зони BET на CMK-3, DMC, и CMK-8 бяха 1,098.02, 430.42, и 596.00 m2 /g, а обемът на порите беше съответно 1,32, 0,70, и 0,85 m3 /g. Размерът на порите на CMK-3 е 4,31 nm, по-нисък от този на CMK-8 (9,58 nm) и DMC (5,18 nm). Може да се види, че обемът на порите и специфичната повърхност следват реда: CMK-3 >CMK-8 >DMC, докато размерът на порите следва реда: DMC >CMK-8 >CMK-3.
Фигура 4 показва кривите на TGA на трите вида мезопорни въглероди (CMK-3, CMK-8, и DMC). Както може да се види от фигура 4, Трите вида мезопорозни въглероди всички имат два обособени етапа на масова загуба: първият етап на загуба на маса се дължи на изпаряването на влагата в мезопорните въглероди преди 100C, вторият етап на загуба на маса на CMK- 3, DMC и CMK-8 приблизително се случва при 660, 427, и съответно 615‣C, което съответства на окислителното термично разлагане на месопорозни въглеродни материали. Може да се види, че температурата на топлинно разлагане на CMK-3 е била по-висока от CMK-3 и CMK-8, термичната стабилност на CMK-3 е била по-добра от тази на CMK-8 и DMC.
