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[摘要] 目的探讨德赢vwin登录 毛蕊花糖苷的大孔树脂纯化工艺方法。方法采用高效液相色谱法测定德赢vwin登录 中毛蕊花糖苷含量。利用3 种动力学方程对实验数据进行拟合,以Freundlich 和Langmuir 方程拟合不同温度下的等温吸附线,计算热力学参数;最后以单因素试验法考察大孔树脂纯化肉苁蓉毛蕊花糖苷工艺。结果选定D101 大孔树脂,纯化工艺条件为:上样液浓度为1.5 mg/mL,最大上样量为6 BV,上样速度为2 BV/h,依次用11 BV的纯化水,10 BV 的30%乙醇洗脱。经D101 树脂纯化后后的毛蕊花糖苷含量为25.1%。结论该工艺条件下D101 型大孔树脂纯化肉苁蓉毛蕊花糖苷工艺简便、稳定,能提高毛蕊花糖苷的含量。
[关键词] 德赢vwin登录 ;毛蕊花糖苷;大孔树脂;热力学;动力学
肉苁蓉是列当科植物肉苁蓉Cistanche deserticolaMa 或德赢vwin登录 Cistanche tubulosa (Schenk) Wight干燥肉质茎,具有补肾阳、益精血等功效。至今,已从肉苁蓉分离鉴定出苯乙醇苷类、环烯醚萜苷类、木质素类等近百种化合物[1]。毛蕊花糖苷是苯乙醇苷类主要药效成分之一,其抗衰老、提高记忆力、神经保护等药理作用已被证实[2-3]。课题组前期对其改善脑损伤、改善学习记忆障碍、抗氧化、保护神经细胞等方面也进行了研究[4-9]。本文对毛蕊花糖苷进行了热、动力学及分离纯化研究,为后期大规模分离纯化毛蕊花糖苷原料药的制备工艺提供数据支撑。
1 仪器、试剂与材料
1.1 仪器
日本岛津高效液相色谱仪:LC-20AB 泵,SPDM20A二极管阵列检测器,CBM-20A 系统控制器,CTO-20A 柱温箱,SIL-20A 自动进样器;BDS HypersilC18(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱柱;SQP 电子天平(万分之一,赛多利斯科学仪器有限公司);SHZ-ZA水浴恒温振荡器(上海梅香仪器有限公司);UPS-1-40L优普系列超纯水器( 乌鲁木齐洁新环保设备有限公司)。
1.2 试剂
毛蕊花糖苷对照品(中国食品药品检定研究院,批号:111530-201512,96.7%);95%乙醇(梅河口市阜康酒精有限公司);甲醇(色谱纯);甲酸(分析纯);去离子水(自制)。
1.3 材料
德赢vwin登录 提取毛蕊花糖苷浸膏;层析柱;D101树脂(沧州宝恩吸附材料科技有限公司);国产HP-20树脂(安徽三星科技有限公司);三菱HP-20 树脂(北京英莱克科技有限公司)。
2 方法与结果
2.1 含量测定方法
2.1.1 色谱条件
流动相:甲醇-0.2%甲酸(40∶60);色谱柱:C18色谱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流速:1 mL/min;进样量:10 μL;柱温:35℃;检测波长:330 nm。
2.1.2 对照品储备溶液的制备
精密称取毛蕊花糖苷对照品21.2 mg,50%甲醇定容至10 mL 容量瓶中,摇匀,即得毛蕊花糖苷对照品储备液,备用。
2.1.3 线性关系考察
精密量取2 mL 毛蕊花糖苷对照品储备液于10 mL容量瓶中,以50%甲醇定容至刻度,得410 μg/mL 对照品溶液,逐级稀释分别得到205.00、102.50、51.25、25.63、12.81、6.41、3.20 μg/mL 对照品系列溶液。以峰面
积为纵坐标,溶液浓度为横坐标,进行线性回归,得回归方程Y = 21522X-4502.9,r = 1,线性范围为3.20~410 μg/mL,平均加样回收率为99.61%,RSD 为1.80%。
2.2 纯化工艺研究
2.2.1 供试品溶液的制备
取自制肉苁蓉毛蕊花糖苷浸膏90 g 用去离子水溶解定容至2000 mL,过滤,得到供试品溶液(1.5 mg/mL),HPLC 检测,采用外标一点法进行分析。
2.2.2 大孔树脂的预处理
将大孔树脂用95%乙醇浸泡24 h,再用去离子水洗至流出液无白色浑浊且无醇味,备用[10-12]。
2.2.3 大孔树脂型号的选择
取毛蕊花糖苷浸膏,配置成浓度为1 mg/mL 的药液。准确称取国产HP20、三菱HP-20、D101 大孔树脂2 g,加入40 mL 的药液,于恒温水浴锅振荡器中振摇24 h(25℃,85 r/min),测定吸附后溶液中毛蕊花糖苷含量,计算吸附率(X1);将吸附后树脂用纯水洗至流出液无色,再用95%乙醇40 mL 进行解吸,得到解吸率(X2)。X1(%)=(C0-C1)/C0;X2(%)=(C1-C2)/C1;式中C0为溶液的初始浓度,mg/mL;C1为吸附后溶液的浓度;C2为解吸后溶液的浓度。国产HP-20 树脂与D101 树脂吸附及解吸性能均优于三菱HP-20 树脂。从经济等多方面考虑,选择D101 树脂进一步考察其对毛蕊花糖苷的吸附分离特性。见表1。
2.2.4 动力学研究
2.2.4.1 吸附动力学模型吸附过程主要分为3 个阶段:液膜扩散阶段、颗粒内扩散阶段、吸附反应阶段[13-14],采用3 种模型进行拟合, 颗粒内扩散模型:Qt = kit0.5+C;准一级吸附动力学模型:ln(Qe-Qt) = k1t+lnQe;准二级吸附动力学模型:t/qt = 1/k2qe2+t/qe。式中:Qt为t时刻的吸附量;Qe 为吸附平衡时刻的吸附量,mg/g;ki为内扩散速率常数,mg/(g·min0.5);k1为一级吸附速率常数,1/min;k2为二级吸附速率常数,g/(mg·min);C为常数。
2.2.4.2 静态吸附动力学的考察取预处理后树脂10 g,加入100 mL,按“2.2.1”项下的德赢vwin登录 供试品溶液,在不同温度下(25、30、35、40℃)恒温水浴振荡24 h,每隔一段时间测定溶液中毛蕊花糖苷的含量并计算单位吸附量。随着吸附时间的延长,大孔树脂对肉苁蓉毛蕊花糖苷的吸附量随之增加。在初始阶段吸附量增长较快,吸附4.5 h 后,静态吸附基本达到平衡,最大吸附值为12.7096 mg/g。见图1。
2.2.4.3 大孔树脂吸附德赢vwin登录 毛蕊花糖苷动力学研究根据上述结果,吸附过程在4.5 h 内基本达到平衡,分别绘制0~4.5 h 内Qt与t0.5、ln(Qe-Qt)与t、t/qt与t 的拟合曲线图,见图2。其准二级吸附动力学拟合曲线的相关系数R2>0.9998,D101 型大孔树脂吸附德赢vwin登录 毛蕊花糖苷的过程更符合准二级吸附动力学模型,该吸附过程的吸附速率受化学吸附机制的控制。见表2~3。
2.2.4.4 吸附反应活化能本研究选择准二级吸附动力学模型中的k2作为吸附反应速率,根据Arrhenius 方程:lnk = -Ea/(RT)+A,绘制lnk 对1/T 的拟合曲线:lnk =-5769.9/T+14.277,R2 = 0.9831, 求得活化能Ea =47.97 kJ/mol。
2.2.5 热力学研究
2.2.5.1 等温吸附曲线在不同温度下(25、30、35、40℃),对德赢vwin登录 中毛蕊花糖苷进行静态吸附实验,
取树脂10 g,共4 份,加入100 mL 不同浓度的德赢vwin登录 供试品溶液(含毛蕊花糖苷0.1、0.15、0.2、0.3 g),恒温水浴锅振荡24 h, 吸附平衡后计算平衡吸附量。不同温度下,D101 型大孔树脂对毛蕊花糖苷的等温吸附曲线。见图3。为进一步了解该吸附过程的吸附规律,分别用Freundlich(F)、Langmuir(L)方程对其进行拟合[15]。L 方程:Ce/Qe = 1/KQ0+Ce/Q0;F 方程:logQe =logk+1/nlogCe。式中:Ce为溶液的平衡浓度,mg/mL;Qe为平衡浓度为Ce时树脂的吸附量,mg/g;K,Q0为L 方程参数;k,n 为F 方程参数。R2 大于0.9932。见表4。
吸附熵变△S:△S = (△H-△G)/T。式中:R 为气体常数8.314 J/(mol·K);T 为热力学温度;n 为吸附强度;k0为热力学方程参数。△H、△G 为负值。见表5。
2.2.6 最大上样量的考察
取德赢vwin登录 供试品溶液通过层析柱,每0.3 BV收集一次流出液,测定毛蕊花糖苷质量,以上样柱体积为横坐标,泄漏量为纵坐标,制作泄露曲线,考察树脂的最大上样量[16-18]。上样体积为6 BV 时,毛蕊花糖苷的泄漏量开始突增。见图4。
2.2.7 上样速度的考察
取供试品溶液6 BV,分别以流速1、2、3 BV/h 上样吸附。随着上样速度的增加,毛蕊花糖苷泄漏量越来越大,泄露率分别为0.04%、0.39%、1.04%,3 个流速泄露均较少,选择2 BV/h 流速进行上样。
2.2.8 水洗量的考察
上样后用去离子水以3 BV/h 的速度洗脱除去水溶性杂质及未吸附的毛蕊花糖苷,每1 BV 收集1 次水洗液,测定毛蕊花糖苷含量,在水洗体积至第8 BV时毛蕊花糖苷含量变化较小,但在此时水洗脱液中依旧有颜色,故继续洗脱至11 BV,毛蕊花糖苷含量基本不变且洗脱液澄清透明。
2.2.9 洗脱溶剂的考察
取水洗后柱子进行洗脱溶剂梯度洗脱,以10%乙醇-60%乙醇的顺序以3 BV/h 的速度洗脱,每个梯度洗脱3 BV,分别测定其毛蕊花糖苷含量,考察不同乙醇浓度对洗脱效果的影响,选择较优洗脱方法。30%乙醇洗脱液纯度最高。见表6。
2.2.10 洗脱剂用量
按“2.2.9”项下洗脱溶剂洗脱10 BV,每1 BV 接收1 次洗脱液并测定毛蕊花糖苷含量,当洗脱至第10 BV 时,毛蕊花糖苷含量较低为0.0702 mg/mL。
2.2.11 工艺验证
按上述优化的工艺,以D101 大孔树脂进行验证试验,获得的毛蕊花糖苷含量分别为25.10%、23.76%、24.24%,与原德赢vwin登录 提取物浸膏中毛蕊花糖苷含量为3.33%相比较,毛蕊花糖苷含量有明显提高。
3 讨论
本研究通过筛选,确定了使用D101 大孔树脂分离纯化毛蕊花糖苷的最佳工艺:上样液浓度为1.5 mg/mL,最大上样量为6 BV,上样速度为2BV/h,依次用11 BV的纯化水,10 BV 的30%乙醇进行洗脱。在动力学研究中可知该吸附过程为化学吸附,是由吸附剂与吸附质间的化学键作用力而引起的,吸附需要一定的活化能,有很强的选择性。△H 为负值,说明该吸附为放热过程,△G 为负值,表明反应为自发过程,该吸附可逆,△G 随着温度的升高而减小,说明升高温度不利于提高肉苁蓉毛蕊花糖苷的吸附量,△S 为负值,说明体系熵值减小;热力学研究中,D101树脂吸附等温线符合热力学方程。随着温度的升高,D101 对肉苁蓉毛蕊花糖苷的吸附量越低,适当地降低温度,有利于吸附进行。发现两种方程拟合效果都较好,说明该吸附过程为单分子吸附和多分子吸附共同作用,结合动力学结果,应是以单分子吸附为主的吸附过程。毛蕊花糖苷为肉苁蓉中主要药效成分之一,分离纯化毛蕊花糖苷有重要意义。以往研究多为对苯乙醇苷这一类物质的纯化研究,且纯度较高,而对毛蕊花糖苷的研究很少,故本文对其进行了纯化工艺研究[19-20]。本研究确定的工艺简便,能较好地纯化德赢vwin登录 毛蕊花糖苷,且D101 大孔树脂成本较低,可重复利用,适用于工业化生产。
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