樟子松树皮多酚螯合亚铁制备工艺

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tyybj2008
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  摘要[目的]优化樟子松树皮多酚与亚铁离子螯合的工艺参数。[方法]通过水体系合成法建立了樟子松树皮多酚与亚铁离子螯合的工艺,并通过响应面法优化了螯合工艺方法,得到螯合率较高的环状螯合物,并对其结构进行分析。[结果]试验得到最佳螯合工艺条件为螯合pH为6.8,质量比为3.1∶1,螯合温度为43.6 ℃,此工艺条件下樟子松树皮多酚与亚铁离子螯合率可达到(39.16±0.89)%;通过紫外光谱分析研究表明,樟子松树皮多酚与亚铁离子发生螯合反应,导致其原有结构发生改变,反应产品呈螯合物特征结构。[结论]研究可提升松多酚以及亚铁离子的生物效价。
  关键词樟子松树皮;多酚;螯合
  中图分类号S791.253文献标识码A文章编号0517-6611(2014)18-05969-05
  传统的矿物质产品,往往由于其分子量较大而不能通过肠壁,因而不能为人体所吸收利用;而如硫酸亚铁等传统的小分子化合物由于其在胃酸消化过程中,亚铁离子与载体分离变为自由基后容易被氧化,从而也会降低其生物效价。多酚螯合亚铁同氨基酸螯合亚铁类似具有极高的生物效价,由于其分子量相对较小,因而能够轻松通过肠壁被人体所吸收。并且多酚螯合亚铁不随着外界环境pH的变化而改变,即使在胃部消化较低pH条件下依然能稳定存在不分解,因此,能够随着血浆顺利地进入人体各个组织,最终在不同组织酶的作用下最终分解释放原子耦合剂到更稳定的运铁蛋白中,被人体所利用。笔者通过水体系合成法研究建立了樟子松树皮多酚与亚铁离子螯合的工艺,并通过响应面法优化了螯合工艺方法,得到了螯合率较高的环状螯合物,并对其结构进行了分析,旨在提升松多酚以及亚铁离子的生物效价。
  1材料与方法
  1.1材料
  1.1.1药品及试剂。无水碳酸钠、福林酚试剂,均为分析纯,天津市光复精细化工研究所;浓盐酸,标品级,Sigma公司;氢氧化钠、无水乙醇、抗坏血酸、氯化亚铁、还原铁粉,均为分析纯,天津市东丽区天大化学试剂厂;溴化钾,光谱纯,天津市东丽区天大化学试剂厂。
  1.1.2 仪器与设备。DK8D三孔电热恒温水槽,上海一恒科技有限公司;JA2003电子天平,上海良平仪器仪表有限公司;PB10 pH计,SARTORIUS AG Made by Sartorious;DHG9240电热恒温鼓风干燥箱,上海一恒科技有限公司;T6紫外可见分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;722可见分光光度计,上海光谱仪器有限公司;TGL16G低速台式离心机,上海安亭科学仪器厂;Nicolet Avatar360红外光谱仪,美国Nicolet公司。
  1.2方法
  1.2.1 原料的制备。称取一定质量的樟子松树皮粉末,以体积分数50%的乙醇为作为溶剂,按料液比1∶25 g/ml进行水浴浸提,水浴温度为50 ℃,浸提时间4 h,将浸提液在4 000 r/min的转速下高速离心20 min后减压浓缩蒸去乙醇,得到多酚粗提物;将上述粗提物在上样体积30 ml,上样浓度3 mg/ml,洗脱剂乙醇浓度为53%条件下进行一次纯化,控制进样速度以及洗脱速度分别为5.0 BV/h以及4.5 BV/h;收集纯化物,减压浓缩蒸去乙醇,得到樟子松树皮多酚一级纯化产物。将上述得到一级纯化物在上样浓度为4.3 mg/ml,上样体积为60.7 ml,径高比为1∶30.6的条件下进行二次纯化,控制洗脱流速为2.0 BV/h;收集纯化物,减压浓缩蒸去乙醇,得到樟子松树皮多酚二级纯化产物,备用。
  1.2.2 FolinCiocalteu法测定多酚含量。
  1.2.2.1 标准曲线的绘制。精确称取0.100 g干燥的没食子酸用蒸馏水溶解并定容于100 ml容量瓶中,配置成1 000 μg/ml的没食子酸标准储备液;同时分别移取等体积的1.0~7.0 ml的没食子酸标准溶液于100 ml容量瓶中并定容,配置成浓度分别为10、20、30、40、50、60、70 μg/ml的工作液。在10 ml棕色容量瓶中分别移取不同浓度的工作液1 ml,各加入体积分数10%福林酚试剂5 ml后充分振荡摇匀,反应5 min加入质量分数为7.5%的碳酸钠溶液4 ml并通过蒸馏水定容;置于25 ℃恒温水浴条件下反应1 h,以蒸馏水为空白对照于765 nm波长下测定混合体系吸光值[1]。
  将横坐标定为没食子酸质量浓度,纵坐标定为765 nm波长下混合体系吸光值,最终绘制标准曲线。
  1.2.2.2 样品含量的测定。在10 ml棕色容量瓶中加入样液1 ml,加入体积分数10%福林酚试剂5 ml后充分振荡摇匀,反应5 min加入质量分数为7.5%的碳酸钠溶液4 ml并通过蒸馏水定容;置于25 ℃恒温水浴条件下反应1 h,以蒸馏水为空白对照于765 nm波长下测定混合体系吸光值。根据标准曲线计算样品含量。纯度公式:
  P(%)=[(C×V)/W]×100%
  式中,C为复溶后多酚的浓度(mg/ml);V为复溶时定容的体积(ml);W为烘干后的干物质重(mg)。
  1.2.3 松多酚螯合亚铁制备工艺的研究。
  1.2.3.1 松多酚螯合亚铁制备工艺流程。量取一定体积的浓度为1 mg/ml的樟子松树皮多酚二级纯化物溶液于具塞试管,用1 mol/L氢氧化钠溶液以及1 mol/L盐酸溶液调节所需pH,按照一定质量比加入一定体积的1 mg/ml的氯化亚铁溶液,并向体系中按照氯化亚铁质量的1/10加入复合抗氧化剂(还原铁粉以及抗坏血酸)[2],封口后放入水浴条件下按照一定温度反应1 h,将所得溶液取出在10 000 r/min条件下离心分离除去沉淀,收集上清液并按照公式计算亚铁离子螯合率。
  螯合率(%)=总酚含量-游离多酚含量总酚含量
  1.2.3.2 pH对多酚螯合亚铁螯合效果的影响。量取7份浓度为1 mg/ml的樟子松树皮多酚二级纯化物溶液,每份各10 ml置于具塞试管中,用1 mol/L氢氧化钠溶液以及1 mol/L盐酸溶液将多酚溶液pH分别调节为3、4、5、6、7、8、9,并按照质量比为2∶1加入浓度为1 mg/ml的氯化亚铁溶液,并向体系中按照加入氯化亚铁质量的1/10加入复合抗氧化剂(还原铁粉以及抗坏血酸),封口后放入50 ℃水浴条件下反应1 h,将所得溶液取出在10 000 r/min条件下离心分离除去沉淀,收集上清液测定游离多酚含量,并按照公式计算亚铁离子螯合率。确定pH对多酚螯合亚铁螯合效果的影响,并确定最适宜螯合pH。   1.2.3.3松多酚与亚铁离子质量比对多酚螯合亚铁螯合效果的影响。量取7份浓度为1 mg/ml的樟子松树皮多酚二级纯化物溶液,每份各10 ml置于具塞试管中,用1 mol/L氢氧化钠溶液以及1 mol/L盐酸溶液调节多酚溶液pH为7,并分别按照质量比为1.0∶1、1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1、3.0∶1、3.5∶1、40∶1加入浓度为1 mg/ml的氯化亚铁溶液,并向体系中按照加入氯化亚铁质量的1/10加入复合抗氧化剂(还原铁粉以及抗坏血酸),封口后放入50 ℃水浴条件下反应1 h,将所得溶液取出在10 000 r/min条件下离心分离除去沉淀,收集上清液测定游离多酚含量,并按照公式计算亚铁离子螯合率。确定质量比对多酚螯合亚铁螯合效果的影响,并确定最适宜螯合质量比。
  1.2.3.4 反应温度对多酚螯合亚铁螯合效果的影响。量取7份浓度为1 mg/ml的樟子松树皮多酚二级纯化物溶液,每份各10 ml置于具塞试管中,用1 mol/L氢氧化钠溶液以及1 mol/L盐酸溶液调节多酚溶液pH为7,按照质量比为3∶1加入浓度为1 mg/ml的氯化亚铁溶液,并向体系中按照加入氯化亚铁质量的1/10加入复合抗氧化剂(还原铁粉以及抗坏血酸),封口后分别放入30、35、40、45、50、55、60 ℃水浴条件下反应1 h,将所得溶液取出在10 000 r/min条件下离心分离除去沉淀,收集上清液测定游离多酚含量,并按照公式计算亚铁离子螯合率。确定反应温度对多酚螯合亚铁螯合效果的影响,并确定最适宜螯合反应温度。
  1.2.4 响应面法优化松多酚螯合亚铁制备工艺。根据樟子松多酚与亚铁离子螯合单因素试验结果,选取对螯合效果影响较大的3个因素,根据BoxBehnken设计原理,以螯合率为响应值,做3因素3水平共17组响应面分析试验,以研究所选的3个因素对樟子松多酚与金属亚铁离子螯合的综合影响。
  1.2.5 松多酚亚铁离子螯合物紫外光谱法结构分析。
  1.2.5.1松多酚亚铁离子螯合物的制备。量取浓度为1 mg/ml的多酚二级纯化物溶液60 ml于100 ml三角瓶中,用1 mol/L氢氧化钠及1 mol/L盐酸调节所需pH为7,按照质量比3∶1加入20 ml的1 mg/ml的氯化亚铁溶液,并向体系中按照加入氯化亚铁质量的1/10加入复合抗氧化剂(还原铁粉以及抗坏血酸),封口后放入水浴内于45 ℃条件下反应1 h,将所得溶液取出在10 000 r/min条件下离心分离洗涤收集沉淀,烘干待用。
  1.2.5.2紫外光谱分析。分别配制质量分数为5%的松多酚螯合亚铁以及松多酚甲醇溶液,采用紫外-可见分光光度计进行200~700 nm全波长扫描,以甲醇为参比溶液测定松多酚及其亚铁离子螯合物的光谱并绘制全波长扫描曲线。
  1.3 数据分析该研究所有进行试验均平行3次,数据表示为:结果±标准差;图像及图表分析均采用Excel(2007)、Designexpert(7.0)软件进行处理。
  2 结果与分析
  2.1 标准曲线的绘制根据“1.2.2.1”方法测得没食子酸标准曲线方程为:y=0.010 56x+0.009 9,其中横坐标x表示没食子酸质量浓度,纵坐标y表示765 nm波长下的吸光值。在0~70 μg/ml的没食子酸质量浓度范围内,其吸光值大小与浓度线性关系良好,相关系数R2=0.999 7。根据标准工作曲线方程按照“1.2.2.2”方法中纯度计算公式计算,得樟子松树皮多酚二级纯化物纯度为(62.06±1.67)%。
  2.2pH对多酚螯合亚铁螯合率的影响pH条件带来的环境体系变化是影响金属离子与多酚进行螯合反应的一个重要因素。在pH较低的强酸体系环境中,氢离子将与微量元素金属离子共同争夺供电基团,严重影响鳌合物的形成;而在pH较高的强碱环境体系中,羟基会存在与供电基团共同争夺微量元素离子生成沉淀的可能性[3]。此外,植物多酚配体的化学结构以及金属配体的构型,甚至是加料顺序以及有机抗衡离子特性,甚至是微小的反应条件的改变,都会影响螯合物的螯合效果[4]。
  由图1可知,pH在3~7范围内,随着pH的升高,亚铁离子螯合率升高,当pH=7时亚铁离子螯合率达到最大,为(28.11±1.83)%,随后开始逐渐降低,这是因为pH升高意味着体系环境中羟基增加,游离的亚铁离子与羟基结合形成氢氧化亚铁的机会增加,不利于松多酚螯合亚铁的生成和稳定,且生成的副产物氧化亚铁极易氧化,生成沉淀。同时,pH增大带来的碱性环境会增加亚铁离子氧化的机会,不利于亚铁离子的稳定存在。因此,考虑pH=7为螯合反应最适宜pH。
  3结论
  通过响应面法优化水体系合成法制备樟子松树皮多酚螯合亚铁制备工艺,得到最佳条件为螯合pH为6.8,质量比为3.1∶1,螯合温度为43.6 ℃,此工艺条件下樟子松树皮多酚与亚铁离子发生螯合反应螯合率可达到(39.16±0.89)%。通过紫外光谱分析研究表明,樟子松树皮多酚与亚铁离子发生螯合反应,导致其原有结构发生改变,反应产品呈螯合物特征结构。
  参考文献
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