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大孔树脂对一点红黄酮静态吸附分离特性研究



全 文 :2011 No.10
Serial No.235 China Brewing
一点红(Emilia sonchifolia(Linn.)DC.)属菊科一二年
生草本植物,在我国主要分布在广西、广东、福建、贵州、江
西等省区。一点红作为中国传统中草药,可全草用药[1],具
有清热解毒、消炎、利尿的功效[2]。临床还可应用于治疗静
脉炎,鼻窦炎,经口气管插管的护理等[3],而且是妇科临床
常用药广西特产中成药花红片的主要原料药之一[4]。一点
红含有黄酮类[5]、生物碱类[2]、植物甾醇、脂肪酸 [6]等化学
成分。据报道,黄酮类作为一点红抗氧化和抗炎的活性成
分 [7],其中含有黄酮、黄酮醇、二氢黄酮、二氢黄酮醇等多
种化合物[5]。因此一点红黄酮具有良好的研究开发前景。
国内外文献在其分离纯化方面报道很少。近年来树脂吸
附法提取黄酮类化合物得到长足发展。大孔吸附树脂具有
物理化学稳定性高,吸附选择性强,富集效果好,解吸条件
温和,再生简便,使用周期长等优点。到目前为止,大孔树
脂纯化分离中药中有效成分的报道较多[8-9],但未见采用大
孔树脂对一点红黄酮进行分离纯化的报道。
本研究选择了10种大孔树脂,比较了其对一点红黄酮
的吸附率和解吸率,筛选出了最佳的一点红黄酮树脂吸附
剂,并对其动力学特性进行考察。该研究为充分开发利用
植物一点红总黄酮成分提供技术参考。
1 材料和方法
1.1 供试材料
一点红:广西一点红干燥品(广西花红药业提供)。
大孔树脂:D101、HPD722、HPD826、DM301、ADS17,
沧州宝恩化工有限公司;X-5、AB-8、S-8,天津市南开和成
科技有限公司;DM301、DA201,天津市海光化工有限公
司。各种树脂物理性能见表1。
1.2 仪器与试剂
2550型紫外可见分光光度计(日本岛津公司);RE22000
型旋转蒸发仪(上海亚荣生化仪器厂);SHB2Ⅲ循环式多
用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)。
无水乙醇(AR);芦丁对照品(中国药品生物制品检定所)。
收稿日期:2011-07-06
基金项目:广西科技厅科技攻关项目(桂科攻09321054)
作者简介:刘文佳(1985-),男,广西柳州人,在读硕士研究生,主要从事天然产物提取研究工作;王立升*,教授,通讯作者。
大孔树脂对一点红黄酮静态吸附分离特性研究
刘文佳1,张艳华2,李超华2,王立升1*,黎铉海1
(1.广西大学 化学化工学院,广西 南宁 530004;2.广西花红药业股份有限公司,广西 柳州 545005)
摘 要:选择10种大孔树脂,以一点红黄酮的吸附率和解吸率为指标进行筛选,优选出一种分离纯化一点红黄酮效果较好的大孔树
脂;并对筛选得到的树脂进行静态吸附动力学研究。结果表明,HPD722大孔树脂对一点红黄酮具有良好的吸附分离性能,优于其他
大孔树脂,HPD722适用于一点红黄酮的分离纯化。
关 键 词:一点红;黄酮;大孔树脂;分离纯化;吸附动力学
中图分类号:O658 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2011)10-0064-04
Absorption and separation of flavones from Emilia sonchifolia with macroporous resin
LIU Wenjia1, ZHANG Yanhua2, LI Chaohua2, WANG Lisheng1*, LI Xuanhai1
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Guangxi University, Nanning, 530004, China;
2. Huahong Pharmaceutical Co., Ltd., Liuzhou 545005, China)
Abstract: Using absorption rate and desorption rate of flavones from Emilia sonchifolia as indicators, the macroporous resin HPD722 with good sepa-
ration efficiency was selected from 10 macroporous resins. The static absorption kinetics of HPD722 was studied. The results showed that the effi-
ciency of HPD722 for the separation flavones from Emilia sonchifolia was higher than that of others, indicating HPD722 was suitable for the purifica-
tion of flavones from Emilia sonchifolia.
Key words: Emilia sonchifolia; flavone; macroporous resin; seperation and purification; absorption kinetic
表1 10种大孔吸附树脂的物理性能
Table 1. Physical properties of 10 macroporous resins
型号 极性
粒径范围/
mm
比表面积/
(m2·g-1)
平均孔径/
nm
孔容/
(mL·g-1)
孔隙
率/%
X-5 非极性 0.3~1.25 500~600 290~300 1.20~1.24 50~60
D101 非极性 0.3~1.25 ≥400 100~110
AB-8 弱极性 0.3~1.25 480~520 130~140 0.73~0.77 42~46
HPD722 弱极性 0.3~1.25 485~530 130~140
DM301 中极性 0.3~1.25 ≥330 140~170 0.70~0.90 42~46
DM130 中极性 0.3~1.25 500~550 90~100
DA201 极性 0.3~1.25 ≥150 100~130 1.00~1.20 48~52
S-8 极性 0.3~1.25 100~120 280~300 0.78~0.82
ADS-17 氢键 0.3~1.25 90~150 250~300
HPD826 氢键 0.3~1.25 500~600 90~100
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2011年 第 10期
总第 235期
2 试验方法
2.1 树脂预处理
将树脂装柱,用蒸馏水浸泡24h,除去漂浮树脂。转用
无水乙醇浸泡24h使其充分溶胀,然后用乙醇洗至流出液
至加适量水无白色浑浊现象,再用蒸馏水洗至无醇味,最
后转至酸碱处理。先用4%的盐酸溶液浸泡24h,而后用蒸
馏水洗至pH值为7;再用4%的氢氧化钠溶液浸泡24h,而后
用蒸馏水洗至pH值为7;最后用4%的碳酸钠和氯化钠的混
合溶液浸泡24h,用蒸馏水洗至pH值至7。
2.2 一点红总黄酮检测方法
测定方法依据:以芦丁为对照品测定一点红中总黄酮
的含量,在NaNO2-A1(NO3)3-NaOH反应条件下[10],使黄酮
化合物与铝盐形成络合物,在可见光区能获得稳定的特征
吸收峰。
对照品溶液制备:精密称取干燥恒重的芦丁对照品
30mg,溶于100mL的容量瓶中,以60%vol乙醇定容至刻度,
制备对照品储备液。
样品溶液制备:称取一定量的粉碎的一点红干燥全草
加入圆底烧瓶中,按一定料液比在恒温保温套中回流提取
一定时间,一定次数,合并提取液并浓缩,过滤,加入乙醇
后放置过夜。将醇沉液进行过滤,浓缩滤液至一定体积倾
倒于坩埚蒸干,制得一点红浸膏干样。称取干样2.5g,溶
于500mL的容量瓶中,以60%vol乙醇定容至刻度,制备得
到样品储备液。
最大吸收波长的选择:芦丁标样显色后扫描曲线见
图1。一点红黄酮提取物显色后扫描曲线见图2。一点红黄
酮提取物显色后扫描曲线和芦丁标样显色后扫描曲线峰
形相似,在波长505nm处吸收最大,峰形对称,故选择λ=
505nm为测定波长。
标准曲线测定:一点红黄酮含量测定采用以芦丁对照
品的紫外分光光度法。精密称取干燥恒重的芦丁对照品
30mg,溶于100mL的容量瓶中,以60%vol乙醇容至刻度,
制备标准品储备液。分别精密称取0mL、1mL、2mL、3mL、
4mL、5mL、6mL、7mL标准品储备液于25 mL容量瓶,加入
5% NaNO3 0.3mL,摇匀静置4min;再加入10% Al(NO3)
30.3mL,摇匀静置4min;最后加入4% NaOH 4mL,摇匀静
置4min,用60%vol乙醇定容至刻度,配置成系列芦丁乙醇
标准溶液。在波长505nm处,用紫外分光光度法测其吸光
度值。以吸光度值A为纵坐标,芦丁浓度C为横坐标进行线
性回归,得到方程A=9.2016C+0.0005,r=0.9999。芦丁标准
曲线见图3。
2.3 大孔吸附树脂的吸附性能和解吸性能测定
2.3.1 树脂的吸附量和吸附率测定
采取静态吸附试验[9]:取10个100mL锥形瓶,分别准确
称取5.0g(抽干)经预处理的10种树脂放入锥形瓶中,然后
分别移取40mL上述样液置于锥形瓶中,密封瓶口,置于恒
温摇床振荡器中,在30℃振荡24h,收集吸附液,测定吸光
度值,与原液的吸光度值比较,按下式计算树脂的吸附率
(%)和吸附量(mg/g):
Q=(C0-C1)×V/m
式中:Q为吸附量,mg/g;C0为原液黄酮质量浓度,mg/mL;
C1为吸附液黄酮质量浓度,mg/mL;V为溶液体积,mL;m为树脂
质量,g。
按下式计算树脂的吸附率(%):
A=(C0-C1)/ρ0×100%
式中:A为吸附率,%;C0为原液黄酮质量浓度,mg/mL;C1为
吸附液黄酮质量浓度,mg/mL。
2.3.2 树脂的解吸率测定
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按2.3.1节方法对充分吸附后的树脂,吸尽吸附液,分
别用40mL蒸馏水振摇洗涤2次,抽干,再加入40mL 60%的
乙醇,密封瓶口,置于恒温摇床振荡器中,在30℃振荡24h,
收集解吸液,测定醇解吸液中黄酮质量浓度,并根据吸附
量计算:
解吸率(%)=[ρ2/(ρ0 -ρ1)]×100%
式中:ρ0为原液黄酮质量浓度,mg/mL;ρ1为吸附液黄酮质量
浓度,mg/mL;ρ2为解吸液黄酮质量浓度,mg/mL。
2.3.3 温度对大孔树脂吸附性能的影响
根据吸附率和解吸率的测定比较,选择4种较理想的
树脂测定树脂静态平衡吸附量。按2.3.1中吸附操作,分别
在恒温20℃、30℃、40℃、50℃的条件下进行吸附试验,从而
优选吸附温度。
2.3.4 树脂的静态吸附动力学特性测定
大孔树脂的吸附动力学特性对大规模生产有重要意
义,与树脂吸附操作的生产率密切相关。根据吸附率和解
吸率的测定比较,选择4种较理想的树脂测定吸附速率。
3 试验结果及分析
3.1 树脂初选结果
在相同实验条件下,用10种大孔树脂对一点红水提液
进行吸附处理。各种树脂吸附和解吸能力见表2。由表2可
知,S-8、HPD722、D101、HPD826、AB-8、X-5的吸附率较高
都在65%以上,而ADS-17吸附率较低只有34.29%。从解吸
率来看,S-8、DA201、HPD826的解吸率较低,尤其是S-8解
吸率只有11.76%,其余的解吸率都在85%以上,而DM301
的解吸率最高达到96.79%。综合考虑,初选出HPD722、
D101、AB-8、X-5这4种对一点红总黄酮吸附和解吸较为理
想的树脂进行下一步试验。
表2 10种树脂的静态吸附率和解吸率
Table 2. Static absorption rates and desorption rates of 10 macroporous resins
项目
树脂种类
DA201 DM130 AB-8 DM301 S-8 D101 ADS-17 HPD826 HPD722 X-5
平衡浓度 /(mg·mL-1) 0.2671 0.2456 0.2092 0.2842 0.0734 0.1804 0.4339 0.1972 0.1644 0.2116
吸附率/% 59.56 62.81 68.32 56.96 88.89 72.68 34.29 70.13 75.11 67.95
吸附量 /(mg·g-1) 3.1462 3.3179 3.6092 3.0093 4.6959 3.8395 1.8116 3.7048 3.9678 3.5896
解吸率/% 72.75 91.71 90.88 96.79 11.76 89.05 95.50 77.15 87.59 92.04
3.2 树脂精选结果
对初选出的4种型号大孔树脂HPD722、D101、AB-8、
X-5进行吸附解吸与时间关系试验结果见图4。
从图4可看出,4种型号大孔树脂对一点红黄酮的吸附
率和解吸率都随时间递增,HPD722和D101的吸附率明显
优于X-5和AB-8,且具有较快的吸附速率;解吸方面,D101
的解吸效果较其他3种树脂略微差点,HPD722解吸率最
佳,达到97.20%。这与树脂初选时结果一致。综上所述,比
较4种大孔树脂对一点红黄酮吸附解吸效果,HPD722型号
大孔树脂具有较高的吸附率和解吸率。精选出HPD722树
脂进行吸附动力学特性研究。
3.3 温度对大孔树脂吸附和解吸的影响
在相同初始浓度,不同吸附温度下,4种初选树脂的吸
附率见图5。从图5可知,树脂对一点红总黄酮的吸附率随
温度的升高而下降,但影响效果不是太显著。温度对解吸
率的影响正好与吸附效果相反,温度的升高有利于黄酮的
解吸,但影响效果也不明显。试验范围内的温度对吸附率
和解吸率的影响甚微,综合考虑选取30℃时进行吸附和解
吸操作。
3.4 HPD722树脂静态吸附动力学特性测定
通过以上试验和分析,选择最优的HPD722树脂进行
吸附动力学试验。图6给出一点红黄酮吸附率与时间的关
系。HPD722树脂150min处已经达到平衡吸附量,对一点
红黄酮吸附为快速吸附类型的树脂,并且对一点红黄酮具
有良好的吸附动力学特性。
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总第 235期
在一定条件下,物质在达到吸附平衡状态这一过程吸
附速度因吸附质、吸附剂等原因而有所不同。鲛岛公式把
多孔物质的吸附速率公式分成2个阶段[11],提出在吸附开
始阶段的吸附速率为Aln[A/(A-Q)]-Q=Kt;吸附后期则为
Q=αlg t+k。A代表吸附初始阶段结束时的吸附量;Q为初始
开始到所取的每个时间点内的吸附量;K、k、a为常数。在
0min~90min吸附数据以Aln[A/(A-Q)]-Q为纵坐标,以t为
横坐标作图,见图7。在90min~450min,以Q为纵坐标,以
lgt为横坐标作图,见图8。
由图7可见,曲线能较好的拟合修正后的鲛岛第一阶
段公式,基本成线性关系。拟合结果为:
Aln[A/(A-Q)]-Q=0.3033t-1.2678,R2=0.9828
在第一阶段,主要是表面及大孔径的细孔表面吸附,
在很短的时间里吸附就完成了。
由图8可知,曲线符合鲛岛第二阶段公式,线性关系较
好。拟合结果:
Q=1.4102lg t+7.0478,R2=0.9986
而在第二阶段,小孔径的细孔表面还在继续慢慢地进
行吸附。
4 结论
通过10种大孔树脂对一点红黄酮吸附解吸的测定分
析,综合考虑各种因素,HPD722型号大孔树脂具有吸附率
高,解吸容易,吸附量大的特点,是一点红黄酮吸附纯化性
能较理想的分离树脂。若配合适当的工艺条件,较其他大
孔树脂易用于工业生产,有可能取得较好的生产效果和经
济效果。
参考文献:
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1983.
红汁乳菇(Lactarius hatsudake Tanaka)属担子菌亚门、
层菌纲、伞菌目、红菇科、乳菇属,是一种营养价值和药用
价值极高的野生食用真菌[1]。其子实体质脆、味美,具有独
特的、其他食品无法替代的特殊风味[2]。红汁乳菇富含多种
氨基酸、维生素,具有高蛋白低脂肪的特点,长期食用具有
一定的保健作用[3-5]。但由于红汁乳菇属于外生菌根菌,目
前尚不能进行人工栽培,其产量相当有限。因此,通过对其
菌丝体进行液态发酵,扩大其菌丝体以及发酵醪液中各项
营养物质和鲜味物质的产量,并对这些目标产物进行提取
和运用,是对当前尚不能进行人工栽培的外生菌根菌的一
种有效利用方式。
本实验在前期的培养条件研究的基础上,对红汁乳菇
的发酵动力学进行了研究,并建立了动力学方程。经验证,
实验实测结果与动力学公式计算结果拟合度较好。
1 实验材料与方法
1.1 菌种
红汁乳菇液体菌种,由本课题组从市售野生红汁乳菇
子实体上分离、纯化、培养而得。
1.2 培养基成分
将葡萄糖30.4g、蛋白胨3.6g、磷酸氢二钾2.5g,溶于1L
水中,并于121℃灭菌20min。
1.3 培养方法和发酵条件
液体菌种以5%的接种量接种到500mL三角瓶中,三
角瓶装液量为100mL,在摇床转速为140r/min,培养温度为
28℃的条件下培养8d。每24h取样,对菌体生物量、多糖产
量以及残糖量进行测定。
1.4 测定方法[6]
1.4.1 生物量
采用干重法来测定发酵过程中菌体生物量的变化情况。
1.4.2 多糖含量
发酵液离心除去菌体,取上清液,加入3倍体积95%vol
乙醇对其中多糖进行沉淀。沉淀用无水乙醇洗涤,并重新
水溶,采用硫酸-苯酚法测定多糖含量。
1.4.3 残糖含量
发酵液经离心除去菌体后,取上清液采用硫酸-苯酚法
测定总糖含量。减去多糖的含量后,便得到残糖含量。
收稿日期:2011-07-06
基金项目:贵州省科学技术基金(黔科合J字[2008]2088)
作者简介:张 鑫(1986-),男,硕士研究生,主要从事运用微生物方面的研究工作;曹文涛*,教授,通讯作者。
液态发酵红汁乳菇动力学研究
张 鑫1,刘云茂2,曹文涛1*
(1.贵州大学 化学与化工学院,贵州 贵阳 5500032;2.贵州茅台酒股份有限公司,贵州 习水 564501)
摘 要:应用逻辑斯谛方程和 L-P动力学方程,得到液态发酵红汁乳菇菌体生长,多糖合成以及底物消耗的动力学参数,并确定了动
力学方程。经实验结果验证,相关实验数据分别和3个动力学模型能较好拟合。发酵到第5d时,菌体生长达到稳定期,多糖的合成在
对数生长期和稳定期均有,属混合型发酵。
关 键 词:液态发酵;动力学;红汁乳菇
中图分类号:TQ920.1 文献标识码:A 文章编号:0254-5071(2011)10-0068-03
Submerged fermentation dynamics of Lactarius hatsudake
ZHANG Xin1, LIU Yunmao2, CAO Wentao1*
(1.College of Chemistry and Chemical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550003, China;
2.Kweichow Moutai Co., Ltd., Xishui 564501, China)
Abstract: The fermentation kinetic parameters of biomass, polysaccharide and sucrose consumption by Lactarius hatsudake were calculated by apply-
ing Logisticand the Luedeking-Piret equation, respectively. By comparing the experimental data with the models, three models were testified and
could well describe the fermentation profile. The cell growth reached stationary phase after 5d. The polysaccharide was synthesized during growth
and non-growth phases, so the type of the fermentation is composite type.
Key words: submerged fermentation; kinetics; Lactarius hatsudake
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
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