Part Ⅰ: Cistanche: adsorció altament eficient de glicòsids feniletanoides en carboni mesoporós
Mar 04, 2022
Contacte: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Correu electrònic:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li i Jinli Zhang
Glicòsids feniletanoidessón els principals compostos actius deCistanche tubulosa（Feu clic per obtenir productes）, i és extremadament desitjable per obtenir una alta purificació dels glucòsids feniletanoides per adsorció dels seus extractes. Explorar l'adsorció altament eficient de glicòsids feniletanoides, un nou material d'adsorció per a la separació i purificació eficients de glicòsids feniletanoides (glicòsids feniletanoides) deCistanche tubulosava ser explorat. Es van comparar els tres carbonis mesoporosos del carboni mesoporós ordenat (CMK-3), el carboni mesoporós desordenat (DMC) i el carboni mesoporós cúbic tridimensional (CMK-8) per a l'adsorció de glicòsids feniletanoides. Mentrestant, es van investigar les isotermes d'adsorció, la cinètica d'adsorció i l'optimització de les condicions d'adsorció. Els resultats van indicar que CMK-3 va mostrar la capacitat d'adsorció més alta de 358,09 ± 4,13 mg/g a causa de la seva gran superfície específica, gran volum de porus i grups funcionals que contenen oxigen. Les dades experimentals es poden descriure amb precisió mitjançant el model Langmuir i el model de pseudosegon ordre. El model de difusió intrapartícules va suggerir que els passos d'adsorció que limitaven la velocitat eren la difusió intrapartícules.
INTRODUCCIÓ
Cistanche tubulosa era una planta paràsita d'Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), i va créixer principalment a les arrels de plantes de Tamarix i espècies de Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa es va registrar originalment a la Materia Medica xinesa de Shen Nong a ca. 100 aC El creixement i el cultiu de Cistanche tubulosa requeria condicions ambientals severes, i es va plantar àmpliament en terres àrides i deserts de l'hemisferi nord, com ara les províncies de Xinjiang, Mongòlia Interior, Gansu, Qinghai i la Regió Autònoma de Ningxia a la Xina. (You et al., 2016).Cistanche tubulosaera una preciosa herba tònica xinesa que tenia les funcions de nodrir el ronyó, anti-envelliment, augmentar l'essència de la sang i humitejar l'intestí gros per alliberar la femta (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2017; al., 2018), i ha estat reputació com"Ginseng dels deserts"(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa es va registrar oficialment a la Farmacopea Xinesa com a font autèntica de Cistanches Herba (nom xinès: Rou cong rong) a partir de l'edició de 2005 (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
L'estudi anterior havia revelat diversos components químics principals de Cistanche tubulosa, inclosos PhG, iridoides i polisacàrids (Li et al., 2018a). Les estructures dels PhG estaven compostes principalment per àcid cinàmic i alcohol de polisacàrids que es va unir a una -glucopiranosa mitjançant enllaços èster i glicosídics (Luo et al., 2010), i el glucòsid feniletanoide s'ha considerat com els components actius principals de Cistanche tubulosa que posseeix diversos activitats farmacològiques (Liao et al., 2018). L'estudi va demostrar que els PhG tenien una varietat de propietats medicinals, com ara neuroprotecció, regulació immune, antiinflamatòria, protecció hepàtica i antioxidant (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Segons les avaluacions fitoquímiques, els PhG com l'echinacòsid, l'acteòsid es van considerar els principals components actius i marcadors de Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), que s'escollien habitualment com a compostos marcadors per a l'avaluació de la qualitat de Cistanche tubulosa i de l'espècie. de Cistanche es distingien per aquests compostos. Els PhG eren compostos solubles en aigua naturals perquè tenien molts grups hidroxil i grups hidroxil fenòlics a la molècula. Així, el feniletanoide es pot separar de Cistanche tubulosa en una solució aquosa.
S'han desenvolupat molts mètodes per a la separació i purificació de productes naturals, com ara l'adsorció (Liu et al., 2016), la separació per membrana (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) i l'extracció amb dissolvents, etc. et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. et al., 2016). Tanmateix, la separació de membrana i l'extracció de dissolvents no eren adequades per a la preparació a gran escala i van ser difícils d'aconseguir una alta recuperació dels productes (Zhang et al., 2018a). L'adsorció va ser un dels mètodes més utilitzats per a la separació de productes naturals (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). A causa de les seves estructures de porus úniques i ajustables, les seves grans superfícies i l'estabilitat mecànica, s'ha demostrat que els carbonis mesoporosos (mida dels porus entre 2 i 50 nm) són una mena d'adsorbents eficients per a productes naturals adsortius. L'estudi ha demostrat que els carbonis mesoporosos eren més adequats per adsorbir macromolècules, com ara els carbonis mesoporosos que han estat utilitzats per Qin et al. a l'enriquiment de l'àcid clorogènic de les fulles d'eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). Li et al. va sintetitzar dos carbonis mesoporosos mitjançant un enfocament de tractament hidrotermal i va avaluar el rendiment d'adsorció de dos carbonis mesoporosos per al clorhidrat de berberina i la matrina de l'aigua (Li et al., 2018b). Es va considerar que era una mena de material prometedor com a adsorbent altament eficient (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). A més, els carbonis mesoporosos també s'han aplicat en l'eliminació per adsorció de compostos aromàtics, colorants i metalls pesants de les aigües residuals (Kong et al., 2016). En treballs publicats anteriorment, Liu et al. va utilitzar una resina macroporosa per adsorbir PhG de Cistanche tubulosa, i la puresa dels PhG va augmentar, però la capacitat d'adsorció i la taxa de desorció eren baixes. En comparació amb la resina macroporosa, els carbonis mesoporosos tenien les característiques d'una gran superfície específica, una mida de porus adequada i un volum de porus elevat. Per tant, es va considerar que el carboni mesoporós era un adsorbent altament eficient per als PhG. En aquest estudi, es van seleccionar els tres tipus de carboni mesoporós com a adsorbents per a la separació i purificació de glucòsids feniletanoides de Cistanche tubulosa.
L'objectiu principal d'aquest treball era explorar el rendiment d'adsorció de CMK-3 per a la separació i purificació del glucòsid feniletanoide de Cistanche tubulosa. Es van investigar els efectes de diferents concentracions, pH i temperatura sobre el rendiment d'adsorció de CMK- 3 i es van examinar les condicions òptimes d'adsorció dels PhG. Els carbonis mesoporosos es van caracteritzar per FT-IR, BET, TEM i TGA, es van realitzar i analitzar detalladament les isotermes d'adsorció i la cinètica.
Cistanche tubulosa
EXPERIMENTS
Materials i reactius
Cistanche tubulosala tija es va comprar a Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Els estàndards d'equinacòsid (pureses superiors o iguals al 98 per cent) i acteòsids (pureses superiors o iguals al 98 per cent) es van comprar a Sunny Biotech Co., Ltd. (Xangai). L'acetonitril, el metanol i l'àcid acètic de HLPC es van comprar a Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Xangai). L'etanol de grau analític es va comprar a Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). El carboni mesoporós ordenat (CMK-3), el carboni mesoporós desordenat (DMC) i el carboni mesoporós ordenat cúbic tridimensional (CMK-8) es van comprar a Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing) .
Caracterització
La morfologia i les microestructures de les mostres preparades es van investigar mitjançant microscòpia electrònica de transmissió (TEM, Tecnai G2 F20) operada a 200 kV. Les mostres de TEM es van preparar en condicions ambientals dipositant gotes de la solució d'etanol amb els materials mesoporosos sobre pel·lícules de carboni suportades per reixetes de Cu. En general, es va seleccionar una font de llum amb una longitud d'ona més curta per augmentar la resolució del microscopi i es pot observar clarament l'estructura dels carbonis mesoporosos. Els grups funcionals de superfície es van mesurar qualitativament mitjançant espectroscòpia infraroja de transformada de Fourier (FT-IR, AVATAR360) mitjançant la interacció entre la radiació infraroja i les molècules de matèria. FT-IR utilitzava una prova de mètode de reflexió total atenuada, les condicions eren la mida del pas de 2 cm−1 i el rang d'escaneig era de 4, 000–400 cm−1. Brunauer-Emmett-Teller va calcular les dades de l'estructura física, com ara la superfície específica, la mida dels porus i el volum de porus dels carbonis mesoporosos (BET, ASAP 2460). El procediment per a l'adsorbent va ser el següent: els carbonis mesoporosos es van desgasificar a 60 ◦ C durant 12 h, i les corbes d'adsorció-desorció de N2 es van provar a -196 ◦ C per calcular l'àrea de superfície específica, la mida dels porus i el volum de porus de l'adsorbent. carboni mesoporós. L'analitzador termogravimètric (TGA, STA 449 F3) és un instrument que utilitza la termogravimètrica per detectar la relació temperatura-massa d'una substància, i el TGA mesura la massa d'una substància en funció de la temperatura sota el control de temperatura del programa. Les dades de TGA es van obtenir mitjançant un TGA a una temperatura que oscil·lava entre 30 i 800 ◦ C a una velocitat d'escalfament de 10 ◦ C/min sota una atmosfera d'aire.
Anàlisi HPLC
El contingut d'equinacòsid i acteòsid es va detectar mitjançant cromatografia líquida d'alt rendiment (HPLC, Waters Co., EUA). El sistema incloïa un mostreig automàtic, una bomba d'alta pressió i un detector d'ultraviolats (UV). L'anàlisi es va realitzar a la columna d'asimetria C18 (100Å, 5µm, 4,6 × 250 mm). L'HPLC va utilitzar el mètode d'elució de gradient per separar i detectar mostres. El volum del bucle d'injecció era de 10 µm, la temperatura de la columna era de 30 ◦ C, la longitud d'ona de detecció de l'espectrofotòmetre UV era de 330 nm, el cabal era d'1 ml/min i la fase mòbil era (A) acetonitril i (B) àcid acètic. /aigua (1:44, v/v).
Equilibri d'adsorció
L'experiment d'optimització de les condicions d'adsorció per a CMK- 3 s'ha dut a terme utilitzant una barreja d'acteòsid i echinacòsid i, en les condicions òptimes, el cruextracte de Cistanche tubulosaes va dur a terme en un experiment de cicle d'adsorció i tots els experiments d'adsorció es van realitzar repetidament almenys 3. En el mateix lot d'experiments, es van executar carbonis mesoporosos de CMK-8 i DMC en paral·lel amb el CMK-3. Els tres tipus de carboni mesoporós (CMK- 3, DMC i CMK{-8) cada 10 mg es van afegir a les tres ampolles, respectivament. A continuació, es van afegir a l'ampolla 15 ml de solució de mostra amb la concentració inicial de C0 (mg/ml). L'ampolla es va col·locar en un agitador a temperatura constant de 30 ◦ C durant 24 h fins que es va aconseguir l'equilibri d'adsorció. A continuació, es va filtrar 1 ml de solució d'adsorció a través d'un filtre de 0,22 µm i es va determinar la concentració d'equilibri Ce (mg/mL) de la solució de mostra mitjançant HPLC.
Experiment de desorció
Després es va dur a terme l'experiment de desorció del carboni mesoporós. El carboni mesoporós adsorbit sota 15 ml de solució mixta metanol/àcid acètic (9:1, v/v), que es va col·locar al bany maria d'ultrasons durant 1 h a 30◦C. La solució de desorció obtinguda es va filtrar amb un filtre de 0,22 abans de l'anàlisi per HPLC. La capacitat d'adsorció QE (mg/ml) es va avaluar de la següent manera:
QE {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) on V és el volum de la solució (mL) i W és el pes dels carbonis mesoporosos (g)
RESULTATS I DISCUSSIÓ
Caracterització
La figura 1 mostrava un TEM dels tres tipus de carbonis mesoporosos. DMC era una xarxa porosa desordenada, CMK-8 era una estructura de xarxa de poroses tridimensionals i CMK-3 era una estructura clarament ratllada amb un porus unidimensional ordenat, que era similar als resultats reportats ( Wang et al., 2006; Luo et al., 2010).
La figura 2 mostra l'espectre FT-IR dels carbonis mesoporosos (CMK-3, DMC i CMK-8) i l'espectre FT-IR abans i després de l'adsorció de CMK-3. A la figura 2A es pot veure que els grups funcionals a les superfícies dels carbonis mesoporosos eren principalment grups que contenien oxigen. Les formes generals dels espectres dels tres tipus de carbonis mesoporosos eren similars. Els carbonis mesoporosos van mostrar una banda màxima a 3.423 cm−1 referida a la banda de vibració d'estirament de l'OH. Les bandes de la regió de 1.580 i 1.629 cm−1 corresponen a vibracions d'estirament del carbonil i el carboxil C=O. A més, es va trobar que el pic que es produeix a 1.384 cm-1 estira les vibracions de CO alcohòlic i la vibració de tracció a 2.922 i 2.852 cm-1 correspon al CH dels grups metilè i metil, respectivament. Això va indicar que els grups que contenen oxigen existents a les superfícies dels carbonis mesoporosos podrien provocar una interacció química feble entre les molècules de PhGs i els carbonis mesoporosos.
La figura 2B mostra els espectres FT-IR de CMK-3 abans i després de l'adsorció, acteòsid i echinacòsid. El pic característic a 1.697 cm−1 derivava del C=C de l'olefina en acteòsid i equinacòsid, mentre que les bandes a la regió d'1.519-1.423 cm−1 corresponien al pic de vibració d'estirament de l'anell aromàtic C{{ 12}}C en acteòsid i equinacòsid. La vibració de tracció a 1.604 cm−1 va ser l'enllaç C=O i el pic a 1.157 cm−1 va ser causada per la vibració d'estirament de l'enllaç èter a l'acteòsid i l'equinacòsid. En comparació amb l'espectre FT-IR de CMK-3 abans de l'adsorció, l'espectre FT-IR de CMK-3 després de l'adsorció van aparèixer els nous pics, que pertanyien al pic característic de l'acteòsid i l'equinacòsid.
Les isotermes d'adsorció-desorció de N2 van ser un paràmetre important per a l'adsorció de PhGs en CMK-3 i la comparació de l'estructura de l'adsorbent. La figura 3 mostrava les isotermes d'adsorció i desorció de N2 de CMK-3, CMK-8, DMC i CMK-3 després de l'adsorció de PhGs, respectivament. Com es pot veure a la figura 3, l'isoterma dels carbonis mesoporosos era similar a la isoterma de tipus IV, ja que aquest tipus d'isoterma era predominantment mesoporosa, en la qual el rang de mida de porus estava entre 2 i 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). La bretxa entre la isoterma d'adsorció i desorció es va anomenar bucle d'histèresi causada per la reacció de condensació capil·lar. Per a les reaccions de condensació capil·lar, la condensació capil·lar es produeix primer als porus més petits (Barsotti et al., 2016). Això mostra que CMK-3 tenia un mesòpor més petit que el DMC i CMK-8, cosa que era coherent amb els resultats de la taula 1. La isoterma de CMK-3 presenta un bucle d'histèresi H1 que era indicatiu de l'ompliment ràpid dels porus associat a la condensació capil·lar i l'estructura dels porus de CMK-3 era raonablement ordenada. La isoterma de DMC presenta un bucle d'histèresi H3, aquest tipus d'histèresi tenia porus desordenats a causa d'una xarxa de porus que provocava una estructura indefinida d'adsorbent porós. Les isotermes CMK-8 presenten un bucle d'histèresi H2, cosa que indica que l'estructura dels porus era complicada i que la distribució de la mida dels porus era desigual.
Les isotermes d'adsorció-desorció de N2 de CMK-3 es van comparar abans i després de l'adsorció de PhG. La isoterma de la CMK-3 després de l'adsorció també era similar a la isoterma de tipus IV de la figura 3B. Va indicar que el CMK-3 va mantenir la seva estructura mesoporosa després de l'adsorció. Com es pot veure a la taula 1, la superfície específica i el volum de porus de CMK-3 després de l'adsorció van mostrar una disminució marcada, l'àrea de superfície específica de CMK-3 abans i després de l'adsorció va disminuir d'1,{{18} }}98,02 a 227,75 m2 /g, i el volum de porus que es va reduir d'1,32 a 0,42 cm3 /g. Va indicar que les molècules de PhG es van adsorbir a 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.
La figura 4 mostra les corbes TGA dels tres tipus de carbonis mesoporosos (CMK-3, CMK-8 i DMC). Com es pot veure a la figura 4, els tres tipus de carbonis mesoporosos tenen dues etapes diferents de pèrdua de massa: la primera etapa de pèrdua de massa es va deure a l'evaporació de la humitat en els carbonis mesoporosos abans dels 100 ◦ C, la segona etapa de pèrdua de massa. de CMK- 3, DMC i CMK-8 es produeix aproximadament a 660, 427 i 615◦C, respectivament, que correspon a la descomposició tèrmica oxidativa dels materials de carboni mesoporós. Es pot veure que la temperatura de descomposició tèrmica de CMK-3 era més alta que la de CMK-3 i CMK-8, l'estabilitat tèrmica de CMK-3 era millor que la de CMK{ {14}} i DMC.
