CN107312205A - 凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化学合成领域，公开了一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备及其应用，由以下方法制得，将酸活化凹土与体积为V的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合均匀，离心、抽滤、真空干燥至恒重得凹土一次负载壳聚糖；静置后除去上清液，向剩余物中加入碱水至pH值为6.8~7.2，离心、水洗、抽滤、真空干燥至恒重，得凹土负载壳聚糖；将环糊精水溶液均匀倒入所述凹土负载壳聚糖中，快速搅拌均匀，并向其中缓慢滴加交联剂，充分反应后过滤，将滤出物水洗至中性，再经酮洗、醇洗、抽滤、烘干，得凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物。与大孔树脂相比，本复合物对植物色素吸附效果好。

Description

凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备及其应用

技术领域

本发明涉及复合物的合成技术领域，特别涉及一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备及其在提取色素中的应用。

背景技术

大孔吸附树脂是通过物理吸附从溶液中有选择地吸附有机物质，从而达到分离提纯的目的，目前，在从植物中提取色素的过程中也会使用大孔吸附树脂进行分离提纯。在运用大孔吸附树脂进行分离精制工艺时，其大致操作步骤为：大孔吸附树脂预处理——树脂上柱——药液上柱——大孔吸附树脂的解吸——大孔吸附树脂的清洗、再生。由于每一个操作单元都会影响到大孔吸附树脂的分离效果，因此对大孔吸附树脂的精制工艺和分离技术的要求就相对较高，而且工艺较为复杂。所以，制备出一种通过简便方法就能够实现分离提纯植物色素的物质来代替大孔吸附树脂是亟待解决的问题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物对植物色素的分离提纯效率高、效果好，提纯工艺简单、仪器设备常见。

技术方案：本发明提供了一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，由以下方法制得：（1）将酸活化凹土与体积为V的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合均匀，离心、抽滤、真空干燥至恒重，得凹土一次负载壳聚糖；（2）静置后除去上清液，向剩余物中加入碱水至pH值为6.8~7.2，离心、水洗至中性、抽滤、真空干燥至恒重，得凹土负载壳聚糖；（3）将环糊精水溶液均匀倒入所述凹土负载壳聚糖中，快速搅拌均匀，并向其中缓慢滴加交联剂，充分反应后过滤，将滤出物水洗至中性，再经酮洗、醇洗、抽滤、烘干，得凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物。

进一步地，在所述步骤（1）之后、所述步骤（2）之前，还将所述凹土一次负载壳聚糖与体积为V的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合均匀。将得到的凹土一次负载壳聚糖再次与草酸乙酸壳聚糖溶胶混合以使凹土上黏附更多的壳聚糖，以增加后续用于分离提纯时的吸附力。

优选地，所述草酸乙酸壳聚糖溶胶先用体积为0.5~1.5V的水稀释后再与所述凹土一次负载壳聚糖混合。使用水稀释后的草酸乙酸壳聚糖溶胶能够更容易与凹土一次负载壳聚糖混合均匀，以得到凹土负载壳聚糖复合物。

优选地，在所述步骤（1）中，所述酸活化凹土与所述稀释后的草酸乙酸壳聚糖溶胶之间的固液比为1g：0.1~1.0ml。

优选地，在所述步骤（2）中，所述碱水为氢氧化钠水溶液。获得的凹土负载壳聚糖中还包含大量的草酸与乙酸，所以在本发明中加入碱水中和草酸和乙酸，以获取凹土负载壳聚糖，碱水优选使用浓度为1mol/L的氢氧化钠水溶液。

优选地，在所述步骤（3）中，先将所述凹土负载壳聚糖置于盐酸水溶液中，再与所述环糊精溶液混合。将凹土负载壳聚糖置于盐酸水溶液中，是为后续交联环糊精提供一个酸性的环境，便于凹土负载壳聚糖更容易与环糊精交联。

优选地，在所述步骤（3）中，所述凹土负载壳聚糖与所述环糊精溶液中环糊精的质量比为1:1~5。

优选地，所述环糊精为β-环糊精。环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是直链淀粉在由 芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，环糊精是 略呈锥形的圆环，其分子呈上宽下窄、两端开口、中空的筒状物，腔内部呈相对疏水性，而所 有羟基则在分子外部。由于环糊精的外缘(Rim)亲水而内腔(Cavity)疏水，因而它能够提供 一个疏水的结合部位，作为主体(Host)包络各种适当的客体(Guest)，如有机分子、无机离 子以及气体分子等，其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏水相互作用力、 主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系。因此，在 物质的吸附分离、食品以及药物等领域中，环糊精受到了极大的重视和广泛应用。本发明中 使用的环糊精优选β-环糊精，其分子结构式为，立体结构为。各种环糊精的性质如下表：

	α-	β-	γ-
				葡萄糖数	6	7	8
分子量	973	1135	1297
				空间直径（Å）	6	8	10
空穴深度（Å）	7~8	7~8	7~8
				结晶形状（无水）	针柱状	棱柱状	棱柱状
比较光度〔ɑ〕°（水）	+150.5°	+162.5°	+177.4°
				溶解度（g/100g水，25℃）	14.5	1.85	23.2
与碘的颜色反应	青	黄	紫褐

优选地，所述交联剂为戊二醛。

本发明同时提供了一种由上述方法制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物在提取植物色素中的应用。使用本发明的方法制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物在分离提纯植物色素时包含以下步骤：（1）向植物色素提取液中加入凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物；（2）震荡、离心后取沉淀，水洗沉淀后离心得吸附在凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物上的色素沉淀；（3）将所述色素沉淀在有机溶剂中溶解后解吸、离心得含有所述有机溶剂的色素上清液；（4）将所述色素上清液经微滤、超滤得纯化的含有所述有机溶剂的色素溶液；（5）脱去所述色素溶液中的有机溶剂并去除多余水份得目标产物色素。

有益效果：在本发明中，经盐酸和草酸活化得到的酸活化凹土首先与草酸乙酸壳聚糖溶胶混合，经离心、抽滤、真空干燥至恒重，得到凹土一次负载壳聚糖，由于此时的凹土一次负载壳聚糖中还含有草酸及乙酸，所以加入氢氧化钠以中和其中的草酸和乙酸，得凹土负载壳聚糖；之后，为了进一步提升本发明在分离提纯色素效果上的优势，又在交联剂的作用下在凹土负载壳聚糖上交联具有选择性吸附能力的环糊精，最后经醇洗去除交联剂后得凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物。

使用本发明制得的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物对植物色素（比如桑葚果实中的花色苷或黑布林中的紫色素等）提取液进行提纯时，其中的凹土、壳聚糖以及环糊精本身就具有吸附作用，三者经过负载交联后，体系中形成了更加庞大的网络结构及立体空间，能够有效地吸附植物色素，而且经负载交联后的复合物，能够重复利用，为后续的分离纯化提供了更加便捷的途径。本发明中使用凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物对色素提取液进行提纯时，只需向提取出的色素提取液中直接加入凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，然后震荡、离心、水洗、离心、有机溶剂解吸、离心、膜滤、去除有机溶剂和多余水分即可得纯化的色素产品，与现有技术中使用大孔吸附树脂进行分离提纯的方法相比，提纯工艺步骤简单，工艺技术要求较低，仪器设备常见，纯化效果优良，有效地缩短了纯化过程，大大提高了纯化效率。

附图说明

图1为凹土负载壳聚糖（a）和凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物（b）的红外光谱图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，通过以下方法制得：

1）制备酸活化凹土：

将凹土于700℃下煅烧4 h，降温后，加入到1 mol/L的盐酸水溶液中，凹土在盐酸水溶液中浓度为0.5 g/mL，90℃下恒温搅拌4 h，然后离心，收集固体并水洗至中性，然后加入到质量分数为10%的草酸水溶液中，加入量为0.5 g/mL，室温搅拌2 h，静置5 h，离心分离，收集固体水洗至中性，120℃烘干，得到酸活化凹土。

2）制备草酸乙酸壳聚糖溶胶：

将10wt%草酸水溶液和1wt%乙酸水溶液按体积比为4：1混合，然后加入溶液质量3%的壳聚糖，加入过程中搅拌转速50～60rpm，然后将溶液加热到50℃并保温至壳聚糖完全溶解，得到淡黄色黏滞草酸乙酸壳聚糖溶胶。这里的草酸乙酸壳聚糖溶胶也可直接从市场购得。

3）制备凹土负载壳聚糖：

a．取草酸乙酸壳聚糖溶胶，用2.5倍体积的水稀释，加热至50℃搅拌1h，然后降至室温，按固液比为5g：1ml将酸活化凹土与稀释后的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合，搅拌5 h，离心、抽滤，55℃真空干燥至恒重，得凹土一次负载壳聚糖；

b．再次取与a中同体积的草酸乙酸壳聚糖溶胶，用1倍体积的水稀释后与干燥后的凹土一次负载壳聚糖混合，50℃搅拌6 h，静置，除去上清液，向剩余物中加入与步骤a）同体积的草酸乙酸壳聚糖溶胶2倍体积的1.0 mol/L的NaOH水溶液至pH值为6.8-7.2后搅拌1 h，离心，水洗至中性，抽滤，55℃真空干燥至恒重，得橙黄色的凹土负载壳聚糖。

4）制备凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物：

称取凹土负载壳聚糖20.0 g置于500mL 0.1mol/L的盐酸水溶液中，另将30.0 g β-环糊精溶解在500 mL 蒸馏水中；将凹土负载壳聚糖溶液倒入环糊精溶液，搅拌，升温至60℃；向混合液中缓慢滴加30.0 mL 25 %的戊二醛溶液，升温至85 ℃，保温搅拌反应2.0 h。调节混合液pH值到10，继续反应60 min后过滤，用蒸馏水将滤出物洗至中性，再分别用丙酮和乙醇洗涤、抽滤；滤出物于45 ℃烘干，得到凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，其与凹土负载壳聚糖的红外光谱FTIR对比如图1所示。

图 1 中，a为凹土负载壳聚糖的红外光谱图，b为凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的红外光谱图。与a图相比，b图中3200～3500cm^－1范围内吸收峰变宽，为引入的环糊精的O—H和壳聚糖的N—H 吸收峰加合的结果。1050cm^－1的吸收峰增强，为交联产生的醚键—C—O—C—和O—H吸收峰的加合，由FTIR图说明环糊精已固载到凹土负载壳聚糖上。

将由上述方法制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物用于吸附桑葚中的花色苷，具体方法如下：

从10g新鲜桑葚匀浆中提取出桑葚花色苷提取液78 ml，用提取溶剂将提取液稀释至pH为1，取20ml稀释后的提取液并向其中加入1g凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，于30℃、100r/min条件下摇床震荡4h，离心后取上清液，测定上清液的吸光度值，计算得该凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物对桑葚花色苷的吸附率为98.29%

实施方式2：

本实施方式提供了一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，通过以下方法制得：

1）制备酸活化凹土：

与实施方式1中方法相同。

2）制备草酸乙酸壳聚糖溶胶：

与实施方式1中方法相同。

3）制备凹土负载壳聚糖：

a．取草酸乙酸壳聚糖溶胶，用2倍体积的水稀释，加热至50℃搅拌1h，然后降至室温，按固液比为5g：5ml将酸活化凹土与稀释后的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合，搅拌3 h，离心、抽滤，55℃真空干燥至恒重，得凹土一次负载壳聚糖；

b．再次取与a中同体积的草酸乙酸壳聚糖溶胶，用2倍体积的水稀释后与干燥后的凹土一次负载壳聚糖混合，50℃搅拌5 h，静置，除去上清液，向剩余物中加入与步骤a）同体积的草酸乙酸壳聚糖溶胶2倍体积的1.0 mol/L的NaOH水溶液至pH值为6.8-7.2，搅拌1 h后，离心，水洗至中性，抽滤，55℃真空干燥至恒重，得淡黄色的凹土负载壳聚糖。

4）制备凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物：

称取凹土负载壳聚糖20.0 g置于500mL 0.1mol/L的盐酸水溶液中，另将50.0 g β-环糊精溶解在500 mL 蒸馏水中；将凹土负载壳聚糖溶液倒入环糊精溶液，搅拌，升温至60℃；向混合液中缓慢滴加30.0 mL 25 %的戊二醛溶液，升温至80 ℃，保温搅拌反应5.0 h。调节混合液pH值到10，继续反应90 min后过滤，用蒸馏水将滤出物洗至中性，再分别用丙酮和乙醇洗涤、抽滤；滤出物于45 ℃烘干，得到凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物。

将由上述方法制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物用于吸附桑葚中的花色苷，具体方法如下：

从10g新鲜桑葚匀浆中提取出桑葚花色苷提取液78 ml，用提取溶剂将提取液稀释至pH为1，取20ml稀释后的提取液并向其中加入1g凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，于30℃、100r/min条件下摇床震荡4h，离心后取上清液，测定上清液的吸光度值，计算得该凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物对桑葚花色苷的吸附率为99.12%

实施方式3：

本实施方式提供了一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，包括如下步骤：

1）制备酸活化凹土：

与实施方式1中方法相同。

2）制备草酸乙酸壳聚糖溶胶：

与实施方式1中方法相同。

3）制备凹土负载壳聚糖：

a．取草酸乙酸壳聚糖溶胶，用3倍体积的水稀释，加热至50℃搅拌3h，然后降至室温，按固液比为5g：3.5ml将酸活化凹土与稀释后的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合，搅拌4 h，离心、抽滤，55℃真空干燥至恒重，得凹土一次负载壳聚糖；

b．再次取与a中同体积的草酸乙酸壳聚糖溶胶，用3倍体积的水稀释后与干燥后的凹土一次负载壳聚糖混合，50℃搅拌3 h，静置，除去上清液，向剩余物中加入与步骤a）同体积的草酸乙酸壳聚糖溶胶1.5倍体积的1.0 mol/L的NaOH水溶液至pH值为6.8-7.2，搅拌2 h后，离心，水洗至中性，抽滤，55℃真空干燥至恒重，得黄色的凹土负载壳聚糖。

4）制备凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物：

称取凹土负载壳聚糖15.0 g置于400mL 0.1mol/L的盐酸水溶液中，另将18.0 g β-环糊精溶解在400 mL 蒸馏水中；将凹土负载壳聚糖溶液倒入环糊精溶液，搅拌，升温至60℃；向混合液中缓慢滴加12.0 mL 25 %的戊二醛溶液，升温至80 ℃，保温搅拌反应4.0 h。调节混合液pH值到10，继续反应60 min后过滤，用蒸馏水将滤出物洗至中性，再分别用丙酮和乙醇洗涤、抽滤；滤出物于45 ℃烘干，得到凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物。

将由上述方法制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物用于吸附桑葚中的花色苷，具体方法如下：

从10g新鲜桑葚匀浆中提取出桑葚花色苷提取液78 ml，用提取溶剂将提取液稀释至pH为1，取20ml稀释后的提取液并向其中加入1g凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，于30℃、100r/min条件下摇床震荡4h，离心后取上清液，测定上清液的吸光度值，计算得该凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物对桑葚花色苷的吸附率为97.35%

对比例：酸化凹土、壳聚糖、凹土负载壳聚糖、凹土负载壳聚糖交联环糊精以及几种常用大孔树脂对色素的静态吸附效果对比见表1：

表1

从表1可以看出,在相同条件下，凹土负载壳聚糖交联环糊精对花色苷的吸附率远高于其他吸附材料。

上述实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物，其特征在于，由以下方法制得，

（1）将酸活化凹土与体积为V的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合均匀，离心、抽滤、真空干燥至恒重，得凹土一次负载壳聚糖；

（2）静置后除去上清液，向剩余物中加入碱水至pH值为6.8~7.2，离心、水洗至中性、抽滤、真空干燥至恒重，得凹土负载壳聚糖；

（3）将环糊精水溶液均匀倒入所述凹土负载壳聚糖中，快速搅拌均匀，并向其中缓慢滴加交联剂，充分反应后过滤，将滤出物水洗至中性，再经酮洗、醇洗、抽滤、烘干，得凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物。

2.根据权利要求1所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）之后、所述步骤（2）之前，还将所述凹土一次负载壳聚糖与体积为V的草酸乙酸壳聚糖溶胶混合均匀。

3.根据权利要求2所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，所述草酸乙酸壳聚糖溶胶先用体积为0.5~1.5V的水稀释后再与所述酸活化凹土或者所述凹土一次负载壳聚糖混合。

4.根据权利要求3所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，所述酸活化凹土与稀释后的所述草酸乙酸壳聚糖溶胶之间的固液比为1g：0.1~1.0ml。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述碱水为氢氧化钠水溶液。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，先将所述凹土负载壳聚糖置于盐酸水溶液中，再将所述环糊精水溶液均匀倒入所述凹土负载壳聚糖中，快速搅拌均匀。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，所述凹土负载壳聚糖与所述环糊精溶液中环糊精的质量比为1:1~5。

8.根据权利要求7所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，所述环糊精为β-环糊精。

9.根据权利要求1至4或8中任一项所述的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物的制备方法，其特征在于，所述交联剂为戊二醛。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法制备出的凹土负载壳聚糖交联环糊精复合物在提取植物色素中的应用。

11.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，所述植物色素为植物的根、茎、叶、花或果实中含有的红色或紫色色素，或者植物的果壳或种皮中含有的棕色色素。