賴紅芳, 潘立衛(wèi), 呂貴密, 黃秀香
(河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院,廣西宜州 546300)
翠云草[Selaginellauncinata(Desv.)spring]別稱藍(lán)地柏、綠絨草,系蕨類卷柏科卷柏屬(Selaginella)植物,其味微苦、性寒,具有清熱利濕、解毒、消淤止血的功效[1]。翠云草中含有黃酮類、氨基酸、酚類、多糖等多種對(duì)人體有益的活性物質(zhì),其中的主要成分穗花杉雙黃酮(amentoflavone)具有較好的抗腫瘤和抗病毒作用[2-3],且無顯著毒性,抗衰老、抗氧化性強(qiáng),還有抗炎、抗菌[4]、血管舒張等生理活性,是極好的天然抗氧化劑,有良好的保健作用,應(yīng)用前景極為廣闊。有學(xué)者在研究DNA氧化損傷時(shí)發(fā)現(xiàn),穗花杉雙黃酮對(duì)其具有保護(hù)作用,因而穗花杉雙黃酮還可作為一種潛在的基因治療藥物[5]。
大孔吸附樹脂是近幾十年發(fā)展起來的一種具有多孔立體結(jié)構(gòu)、人工合成的有機(jī)高分子新型分離材料[6],其理化性質(zhì)穩(wěn)定,不溶于有機(jī)溶劑及酸堿,不受低分子化合物、無機(jī)鹽類及強(qiáng)離子的干擾,吸附成效好,容易再生,使用周期長,被廣泛用于分離純化天然產(chǎn)物[7]。近年來,我國在使用大孔樹脂對(duì)天然產(chǎn)物的分離、純化工作已十分普遍[8-9]。查閱文獻(xiàn)可知,關(guān)于利用大孔吸附樹脂分離純化翠云草中穗花杉雙黃酮的優(yōu)化工藝目前未見報(bào)道。本試驗(yàn)用靜態(tài)吸附-解吸法從8種大孔吸附樹脂中初選出3種,再利用動(dòng)態(tài)吸附-解吸的方法篩選出1種吸附-解吸效果最好的大孔樹脂,并優(yōu)化其工藝條件,目的在于得到較高純度的穗花杉雙黃酮,為開發(fā)以穗花杉雙黃酮為主的藥品及功能性食品提供重要理論依據(jù)。
本試驗(yàn)于2016—2017年在河池學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。翠云草購買于廣西玉林藥材市場,經(jīng)潘立衛(wèi)實(shí)驗(yàn)師鑒定為翠云草全草;穗花杉雙黃酮標(biāo)準(zhǔn)品(批號(hào):MUST-15012505,純度>99.5%),成都曼斯特生物科技有限公司;無水乙醇、95%乙醇、磷酸等均為分析純;大孔樹脂 AB-8、HPD600、D4020、DM130、NKA-9、HP20、HPD450、D101,鄭州華溢科技新材料股份有限公司;色譜純乙腈,美國天地有限公司。
Agilent 1260型高效液相色譜儀(四元泵,VWD檢測器,柱溫箱,自動(dòng)進(jìn)樣器)、Agilent 1260 series色譜工作站、Agilent 8453型紫外-可見分光光度計(jì)(美國安捷倫公司);KQ2200DE超聲波清洗儀(江蘇省昆山市超聲儀器有限公司);AUW220D型十萬分之一天平(日本島津公司);RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠);MilliporeD-Q3超純水機(jī)(美國密理博公司);SHA-C型國華恒溫振蕩器(中外合資深圳天南海北有限公司)。
1.2.1 色譜條件 色譜柱為Kramasil C18;流動(dòng)相V乙腈∶V0.1%磷酸水溶液=40 ∶60;流速為0.6 mL/min;UV檢測波長為269 nm;柱溫為30 ℃;進(jìn)樣量為10 μL。
1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)品溶液的制備 精確稱取穗花杉雙黃酮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品2.1 mg,置于干凈干燥的25 mL燒杯中,加入濃度為80%乙醇溶解,恒溫超聲5 min,待溶解完全后冷卻,容量瓶定容至50 mL,即可制得50 mL濃度為0.042 mg/mL的穗花杉雙黃酮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照溶液。
1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 精確移取上述穗花杉雙黃酮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照溶液0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL,分別置于6個(gè)25 mL容量瓶中,用濃度為80%的乙醇定容至刻度線,搖勻后靜置。用0.45 μm的濾膜過濾后按“2.1.1”方法測不同濃度穗花杉雙黃酮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品溶液的峰面積(S),以穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo)、穗花杉雙黃酮峰面積(S)為縱坐標(biāo)作圖,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。
將翠云草洗凈干燥后粉碎,過40目篩,料液比為 1 g ∶20 mL,乙醇體積分?jǐn)?shù)為70%。在超聲提取功率為 80 W、溫度為60 ℃的提取條件下,超聲提取0.5 h。重復(fù)提取2次后合并濾液,得到翠云草總提取物,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮得到浸膏,試驗(yàn)前用80%乙醇溶解即可得到樣品溶液。
1.4.1 大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附試驗(yàn) 精確稱取預(yù)處理好的8種大孔吸附樹脂各1 g至150 mL干凈干燥的錐形瓶中,分別加入處理好的粗提取液25 mL(穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度為0.012 334 mg/mL),用保鮮膜密封錐形瓶瓶口,并用橡皮筋固定,于25 ℃、120 r/min下恒溫恒速振蕩吸附24 h,抽濾得上清液,分別以“1.2.3”方法測定各上清液中的穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度,計(jì)算各種型號(hào)樹脂的吸附率。砂芯漏斗抽濾上述吸附飽和的樹脂,除去樹脂表面殘留的溶液,再置于原來的錐形瓶中,準(zhǔn)確加入80%乙醇25 mL后,將錐形瓶放在恒溫恒速振蕩器中振蕩24 h,充分洗脫后過濾,得到濾液,測定洗脫后穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度,并按照以下的計(jì)算公式對(duì)各種型號(hào)大孔吸附樹脂的靜態(tài)解吸率進(jìn)行計(jì)算。
吸附率=(C0-C1)/C0×100%;
解吸率=C2/(C0-C1)×100%;
富集回收率=吸附率×解吸率。
式中:C0為吸附前穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度;C1為吸附后穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度;C2為解吸附后穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度。
1.4.2 動(dòng)態(tài)吸附-解吸性能試驗(yàn) 取從靜態(tài)吸附中選擇好的3種大孔吸附樹脂各4 g,濕法裝柱,將質(zhì)量濃度為 0.023 74 mg/mL 的穗花杉雙黃酮樣液35 mL加于柱頂,以 0.5 mL/min 的流速進(jìn)行吸附,吸附完全后,用蒸餾水以同樣的流速進(jìn)行清洗,清洗至流出液沒有顏色,收集過柱液和洗脫液。用體積分?jǐn)?shù)為80%乙醇以0.5 mL/min的速度洗脫至流出液沒有顏色,按“1.2.3”方法測定并計(jì)算大孔樹脂的吸附率和解吸率。
1.5.1 樣品溶液質(zhì)量濃度的考察 精確稱取4份經(jīng)過處理的NKA-9大孔吸附樹脂各4 g,裝入玻璃柱中。取質(zhì)量濃度分別為0.005 876、0.019 73、0.022 35、0.033 24 mg/mL的上樣液35 mL加于各柱頂,以相同的流速通過柱內(nèi)的大孔樹脂,待完全吸附后,測定吸附后樣液的穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度,計(jì)算各項(xiàng)NKA-9型樹脂的吸附率。
1.5.2 樣品溶液不同流速對(duì)吸附率的影響 精確稱取4份經(jīng)過處理的NKA-9大孔吸附樹脂各4 g,裝入玻璃柱中。選取穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度為0.033 24 mg/mL的上樣液 35 mL 加于柱頂,以不同的流速通過樹脂柱,分別收集流出液,測定流出液穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度,計(jì)算吸附率。
1.5.3 泄露曲線的考察 精確稱取經(jīng)過處理的NKA-9大孔吸附樹脂4 g,濕法裝柱,選取穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度為 0.033 24 mg/mL 的樣品溶液70 mL進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附考察。樣品通過樹脂柱的速度為0.3 mL/min,分段收集流出液,每份 5 mL,收集14份,測定流出液中穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度。
1.5.4 洗脫劑濃度的考察 精確稱取處理好的NKA-9大孔吸附樹脂各4 g,取穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度為 0.033 24 mg/mL 的樣液35 mL,以1 mL/min的流速進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,吸附完全后,各個(gè)樹脂柱以相同的流速用10 mL蒸餾水沖洗,收集流出液和水洗液,分別用不同濃度的乙醇進(jìn)行洗脫,收集并測定這5份洗脫液的穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度,并計(jì)算其解吸率。
1.5.5 洗脫劑流速的考察 精確稱取4份經(jīng)過處理的NKA-9大孔吸附樹脂各4 g,裝入玻璃柱中。取35 mL質(zhì)量濃度為0.033 24 mg/mL的翠云草穗花杉雙黃酮樣液分別加于柱頂,以0.3 mL/min的速度通過樹脂柱進(jìn)行動(dòng)態(tài)吸附,吸附完全后,用10 mL的蒸餾水沖洗,合并流出液和水洗液,移取 35 mL 90%乙醇加于各個(gè)吸附后的樹脂柱,分別以不同流速進(jìn)行洗脫,收集洗脫液,測定其洗脫液中穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度,計(jì)算解吸率。
1.5.6 洗脫劑用量的考察 精確稱取處理好的1份NKA-9大孔吸附樹脂4.0 g,濕法裝柱,移取35 mL質(zhì)量濃度為 0.332 4 mg/mL 穗花杉雙黃酮的樣品溶液進(jìn)行吸附,吸附完全后用10 mL蒸餾水沖洗,合并流出液和水洗液,用90%乙醇以0.3 mL/min的體積流量進(jìn)行解吸試驗(yàn),加于柱頂?shù)?0%乙醇為70 mL,每5 mL解吸液收集1份并測定其質(zhì)量濃度,以收集到的份數(shù)作為橫坐標(biāo)、每份解吸液穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度作為縱坐標(biāo)繪制曲線。
精確稱取3份處理好的大孔吸附樹脂4.0 g,分別裝柱,按照優(yōu)選出各項(xiàng)純化工藝條件進(jìn)行平行試驗(yàn),收集吸附后的流出液、水洗液、洗脫液,測定并計(jì)算吸附率、解吸率。
2.1.1 色譜條件優(yōu)化 在色譜柱為Kramasil C18、流動(dòng)相V乙腈∶V0.1%磷酸水溶液=40 ∶60、流速為 0.6 mL/min、UV檢測波長為269 nm、柱溫為30 ℃、進(jìn)樣量為10 μL的條件下,標(biāo)準(zhǔn)品溶液和樣品溶液的出峰時(shí)間為5.8 min,穗花杉雙黃酮與相鄰色譜峰的分離度大于1.5,理論塔板數(shù)大于3 000(圖1)。
2.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 按“1.2.3”操作后測不同濃度穗花杉雙黃酮標(biāo)準(zhǔn)對(duì)照品溶液的峰面積(S),以穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo)、穗花杉雙黃酮峰面積(S)為縱坐標(biāo)作圖,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,其線性回歸方程為:y=88 520x-5.271 4,r=0.999 7。
2.2.1 大孔吸附樹脂靜態(tài)吸附試驗(yàn) 以吸附率和解吸率為主要參考因素,結(jié)合穗花杉雙黃酮回收率,由表1的數(shù)據(jù)對(duì)比可選擇出NKA-9、HP20、HPD450,用這3種大孔吸附樹脂進(jìn)行下一步的動(dòng)態(tài)吸附試驗(yàn)。
表1大孔吸附樹脂對(duì)穗花杉雙黃酮的靜態(tài)吸附與解吸附性能
2.2.2 動(dòng)態(tài)吸附-解吸性能試驗(yàn) 取處理好的HP20、NKA-9、HPD450大孔吸附樹脂各4 g,按“1.4.2”節(jié)操作后測定并計(jì)算NKA-9、HP20及HPD450大孔樹脂的吸附率和解吸率,結(jié)果見表2。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知,NKA-9的吸附和解吸效果比HP20和HPD450好,所以選擇使用NKA-9大孔吸附樹脂進(jìn)行純化條件的優(yōu)選。
表22種大孔吸附樹脂對(duì)穗花杉雙黃酮的動(dòng)態(tài)吸附和解吸附性能
2.3.1 樣品溶液質(zhì)量濃度的考察 取按“1.3”節(jié)制備得到的浸膏適量,用80%乙醇配成質(zhì)量濃度分別為0.005 876、0.019 73、0.022 35、0.033 24 mg/mL的上樣液35 mL按“1.5.1”節(jié)操作后計(jì)算各項(xiàng)NKA-9型樹脂的吸附率(表3)。
表3翠云草中穗花杉雙黃酮不同質(zhì)量濃度對(duì)吸附率的影響
當(dāng)上樣液中穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度為0.033 24 mg/mL時(shí),吸附率較好。上樣液濃度過低,大孔樹脂沒有得到充分吸收,會(huì)降低大孔樹脂的吸附率;濃度高,吸附效果較好,但濃度為0.332 4 mg/mL時(shí)已是飽和質(zhì)量濃度,再旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮就呈現(xiàn)膏狀,所以0.033 24 mg/mL為最佳上樣濃度。
2.3.2 樣品溶液不同流速對(duì)吸附率的影響 按“1.5.2”節(jié)操作后以不同的流速即0.2、0.3、0.5、1.0 mL/min通過樹脂柱,分別收集流出液,測定流出液穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度,計(jì)算吸附率,結(jié)果見表4。
表4翠云草中穗花杉雙黃酮不同流速對(duì)吸附率的影響
樣品溶液的流出速度越大,穗花杉雙黃酮沒被吸附就泄露了,導(dǎo)致吸附率越低。當(dāng)樣品溶液的流出速度為 0.2 mg/mL 時(shí),吸附率最高,但速度過慢,耗時(shí)較長。所以選擇流出速度0.3 mL/min,這樣既保證了較快的進(jìn)度,又能得到較好的吸附率。
2.3.3 泄露曲線的考察 按“1.5.3”節(jié)操作后分段收集流出液,每份5 mL,收集14份,測定14份流出液中穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度(圖2)。當(dāng)收集到第2個(gè)5 mL時(shí),黃酮溶液開始泄露,當(dāng)收集到第7個(gè)5 mL時(shí),流出的穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度基本達(dá)到峰值且不再有太大變化,說明當(dāng)質(zhì)量濃度為0.033 24 mg/mL的穗花杉雙黃酮樣品溶液為35 mL時(shí),基本達(dá)到飽和狀態(tài),因此建議上樣量為35 mL。
2.3.4 洗脫劑濃度的考察 按“1.5.4”節(jié)操作后分別用60%、70%、80%、90%、無水乙醇進(jìn)行洗脫,收集并測定這5份洗脫液的穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度,并計(jì)算其解吸率,結(jié)果見表5。
表5不同濃度洗脫劑對(duì)解吸率的影響
用90%乙醇進(jìn)行洗脫時(shí)解吸率最高,說明過低或過高的乙醇濃度都會(huì)對(duì)解吸率有影響。
2.3.5 洗脫劑流速的考察 按“1.5.5”節(jié)操作后分別以0.2、0.5、1.0、2.0 mL/min的速度進(jìn)行洗脫,收集洗脫液,測定其洗脫液中穗花杉雙黃酮的質(zhì)量濃度,計(jì)算解吸率(表6)。
表6不同洗脫流速對(duì)穗花杉雙黃酮解吸率的影響
由表6可知,洗脫速度越大,解吸率越低,因?yàn)榱魉俑呤沟孟疵撘号c吸附樹脂的接觸時(shí)間減少,物質(zhì)吸附-解析不充分。當(dāng)洗脫速度為0.2 mL/min時(shí),解吸率最高,但是速度過慢,生產(chǎn)周期會(huì)延長,效率較低,故選0.5 mL/min為最佳洗脫流速。
2.3.6 洗脫劑用量的考察 按“1.5.6”節(jié)操作后用90%乙醇以0.3 mL/min的體積流量進(jìn)行解吸試驗(yàn),加于柱頂?shù)?0%乙醇為70 mL,每5 mL解吸液收集1份并測定其質(zhì)量濃度,以收集到的份數(shù)作為橫坐標(biāo)、每份解吸液穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度作為縱坐標(biāo)繪制曲線,結(jié)果見圖3。由圖3可知,當(dāng)洗脫液體積為35 mL時(shí),穗花杉雙黃酮基本洗脫完全,因而選擇洗脫液體積為35 mL。
精確稱取處理好的大孔吸附樹脂4.0 g,共3份,分別裝柱,按照各項(xiàng)優(yōu)選出的含穗花杉雙黃酮質(zhì)量濃度為 0.033 24 mg/mL 的翠云草樣品溶液35 mL,上柱,按上述各項(xiàng)純化工藝優(yōu)選進(jìn)行平行試驗(yàn),收集吸附后的流出液、水洗液、洗脫液,測定并計(jì)算吸附率、解吸率,結(jié)果(表7)表明,該純化工藝重復(fù)性良好。
表7驗(yàn)證試驗(yàn)
將提取出來的穗花杉雙黃酮用NKA-9等8種大孔樹脂進(jìn)行純化,其中NKA-9、HP20和HPD450大孔樹脂的吸附率較好。穗花杉雙黃酮屬于極性稍大物質(zhì),而NKA-9的極性相對(duì)較強(qiáng),利用相似相容原理,穗花杉雙黃酮更容易被 NKA-9 吸附,所以其吸附率相對(duì)比其他樹脂要高。
通過靜態(tài)試驗(yàn)從8種大孔吸附樹脂中篩選出NKA-9、HP20和HPD450進(jìn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn),最終對(duì)NKA-9型大孔吸附樹脂進(jìn)行條件優(yōu)化,得到最佳純化條件:上樣液質(zhì)量濃度為0.033 24 mg/mL、上樣流速為0.3 mL/min、上樣體積為 35 mL,用90%的乙醇在洗脫流速為0.5 mL/min、用量為 35 mL 進(jìn)行洗脫。試驗(yàn)結(jié)果表明,NKA-9大孔吸附樹脂對(duì)穗花杉雙黃酮的吸附-解吸附比較合適,分離純化效果較好,穗花杉雙黃酮的回收率達(dá)57.09%,NKA-9大孔吸附樹脂為穗花杉雙黃酮的純化生產(chǎn)提供了一種新的途徑。
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