CN109650349A - 利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒 - Google Patents

利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒 Download PDF

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Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，公开了一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒。括以下步骤：(1)山茶植物多糖的分离：制备山茶植物水提取物，通过醇沉，得到多糖沉淀；(2)利用山茶植物多糖制备纳米硒：亚硒酸钠与维生素C在山茶植物多糖存在的条件下发生还原反应得到纳米硒溶胶，脱除维生素C得纳米硒成品。本发明以山茶植物多糖为模板，揭示不同山茶植物多糖纳米硒的区别，增强纳米硒功能特性，拓宽纳米硒的应用领域，提高其应用价值。

Description

利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，特别涉及一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒。
背景技术
硒(Se)是人体必需微量元素之一，与人体健康密切相关。抗氧化、抗癌是硒最主要的生物活性。硒同时还具有提高免疫力，拮抗重金属，参与体内碘代谢，调节生物体内碘的水平及自由基水平等。硒是一把双刃剑，在发挥抗氧化、抗癌活性同时亦产生毒性。硒的生物效应和硒的毒性浓度范围极其狭窄，稍微超过营养剂量就表现出毒性。研究发现，硒及硒化物毒性大小为：无机硒>有机硒>元素硒。
自然界中，元素硒主要以三种形式存在：灰色元素硒、黑色元素硒和红色元素硒。红色元素硒尺寸范围为纳米级，故称为纳米硒。研究表明：相比无机硒和有机硒，纳米硒具有高生物活性与低毒性，但是其不稳定性限制了其应用范围，故寻找高稳定性纳米硒的制备方法成为研究的主流。
纳米硒的制备方法包括：聚合物模板法、固相反应法、微乳液法、超声化学法以及温度控制法等。聚合物模板法由于其能将模板功能赋予纳米硒，反应条件温和，操作简单，粒子尺寸可控成为制备纳米硒的常用方法。因此，模板的选择极其重要。
目前常用的模板主要为功能活性成分、表面活性剂等，包括：功能性多糖，蛋白质及多肽等。
植物提取物因其天然含有多糖、蛋白质等组份，在纳米硒稳定方面已有较多应用。郑晓凤(2017)利用桔梗多糖，通过软模板法制备了稳定的纳米硒，并研究了其抗氧化、降糖和保肝的功能活性；Wu H等(2013)利用犀牛多糖蛋白复合物制备出了稳定的纳米硒颗粒。
植物提取物中，山茶植物水提取物具备重要的地位，申请号为201710771056.0的专利申请公开了一种利用山茶植物纳米聚集体制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒中，阐明了山茶植物中的水提取物可以制备成稳定的纳米硒，且具有一定的细胞活性。但是，该发明中存在着如下问题和缺点：山茶植物水提取物存在生物碱与多酚结合的问题，稳定效果不如纳米聚集体，但纳米聚集体存在多酚和蛋白结合的问题，所以稳定性也不够理想；山茶植物纳米聚集体核心起稳定纳米硒的物质是它的多糖蛋白复合物，所以如果能够将它分离提取出来稳定纳米硒，效果可能会更好。而且山茶多糖蛋白复合物有各种功效，用来稳定纳米硒，能够增强纳米硒的活性。
现有技术中还未见利用山茶植物多糖制备纳米硒方法的报道。
发明内容
为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法；该方法以山茶植物来源的多糖为模板，制备粒径相异纳米硒；此外，山茶植物多糖具备免疫刺激等的生物功能活性，制备出功能强化的山茶植物多糖纳米硒，所得山茶植物多糖纳米硒可应用于不同保健领域。
本发明的另一目的在于提供一种上述方法制备得到的纳米硒。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，包括以下步骤：
(1)提取山茶植物多糖；
(2)利用山茶植物多糖制备纳米硒。
步骤(1)所述分离山茶植物多糖具体按照以下步骤：将山茶植物原料加入体积百分浓度80％的乙醇溶液中，乙醇溶液的用量按照每g山茶植物原料使用80～100mL乙醇溶液；在温度30℃和转速200r/min的摇床内震荡24h，过滤，茶叶烘干后，加入25～100℃水，水的用量按照每g烘干后的茶叶使用10～250mL水，然后在25～100℃水浴条件下浸提30～120min，浸提2～5次，得到山茶植物提取液，利用旋转蒸发仪，在60℃水浴下，降低压强，浓缩至原体积的1/5～1/10，加入浓缩液2～3倍体积的体积百分浓度80％乙醇溶液，在4℃下静置24h，然后4℃、3000～5000g离心10～30min，所得沉淀用水溶解，冷冻干燥，于-20℃保存，得到山茶植物多糖；
所述山茶植物原料为山茶科植物原料，包括茶叶或可可茶。
所述乙醇溶液的用量按照每g山茶植物原料使用80mL乙醇溶液；所述水的用量按照每g烘干后的茶叶使用20mL水；所述水浴的温度为80℃；所述浸提的时间为90min；所述浸提次数为2次；所述浓缩体积为原体积的1/10；所述加入浓缩液中的乙醇溶液为浓缩液体积的3倍；所述离心力为4400g；所述离心的时间为10min。
步骤(2)所述利用山茶植物多糖制备纳米硒具体按照以下步骤：
A、将亚硒酸钠溶液与维生素C溶液在山茶植物多糖存在的条件下发生还原反应，于20～80℃水浴静置0.5～6h，得到纳米硒溶胶；所述亚硒酸钠溶液的浓度为25～100mM，维生素C的浓度为100～500mM；所述亚硒酸钠溶液中的亚硒酸钠与维生素C溶液中的维生素C的摩尔比为1:2～1:14；所述的亚硒酸钠溶液与维生素C溶液，其添加顺序为先添加亚硒酸钠溶液或先添加维生素C溶液；所述山茶植物多糖的添加量为每升纳米硒溶胶中使用250～1000mg山茶植物多糖；
B、纳米硒溶胶经高速离心分离或透析分离，脱除维生素C，得到纳米硒悬液，冷冻干燥得到固体纳米硒；所述高速离心分离是在4℃条件下，以转速8000～11000r/min离心20～40min，所述透析分离是采用3.5～8000kDa再生纤维素透析袋透析12～96h。
步骤A所述亚硒酸钠溶液的浓度为100mM，维生素C的浓度为500mM；所述亚硒酸钠溶液中的亚硒酸钠与维生素C溶液中的维生素C的摩尔比为1:6；所述的亚硒酸钠溶液与维生素C溶液的添加顺序为先添加亚硒酸钠溶液后添加维生素C溶液；所述山茶植物多糖的添加量为每升纳米硒溶胶中使用500mg山茶植物多糖；所述水浴的温度为40℃，静置的时间为0.5h。
一种根据上述的方法制备得到的纳米硒。
通过MTT法检测肿瘤细胞存活率，评价本发明所得纳米硒的抗癌活性。
上述肿瘤细胞模型包括：HCT 116细胞系、Hepa1c1c7细胞系、MDA-MB-231细胞系、HepG2细胞系等，优选HCT 116细胞系。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
本发明采用山茶植物多糖作为模板；山茶植物中含有大量多酚类、皂甙类、生物碱等多种功能活性成分，具有抗氧化、抗突变、抗癌、抗炎、降血脂等健康功效；多糖是生物体中广泛存在的物质，是一类由醛糖或酮糖通过糖苷键连接而成的天然高分子多聚物，它是生物体内重要的生物大分子，是维持生命活动正常运转的基本物质之一；以茶(Tea)的多糖为例，茶多糖(Tea Polysaccharides,TPS)是茶叶中一类与蛋白质结合在一起的酸性多糖或一种酸性糖蛋白；多糖含大量羟基及疏水性区域，蛋白质含氨基、羧基和羰基等，各基团能通过静电作用力或疏水相互作用与纳米硒结合，充分分散稳定纳米硒；此外，茶叶多糖最为突出的功能为促进免疫功能，以茶叶多糖为模板制备纳米硒，将赋予纳米硒茶功效，使其免疫能力、抗氧化、抗癌活性得以协同增效。
附图说明
图1为不同分离处理方法对纳米硒粒径的影响。
图2为不同反应物添加顺序对纳米硒粒径的影响。
图3为不同模板添加量对纳米硒粒径的影响。
图4为不同反应物配比对纳米硒粒径的影响。
图5为不同反应时间对纳米硒粒径的影响。
图6为以不同初制工艺加工干茶的多糖为模板纳米硒的粒径。
图7为制备条件最优纳米硒的透射电镜(TEM)图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
为了使本发明的目的、技术方案更加清晰明白，下面结合以从普洱茶(Puer Tea)提取的茶多糖作为模板举例，对本发明进行进一步详细说明。本发明所用设备仪器和试剂均为本领域所常用。应当理解，此处所描述的举例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
(1)准确称取3.0g普洱茶于500mL锥形瓶中，加入体积浓度80％的乙醇240mL，30℃、200r/min摇床中震荡24h，抽滤后，茶叶在60℃烘箱中烘干。
(2)将茶叶倒入烧杯中，烧杯中有磁力搅拌子，加入60mL的水，放入80℃磁力搅拌水浴锅中，水浴搅拌1.5h，提取两次，合并滤液，在60℃下减压浓缩至原体积的1/10，然后加入浓缩液体积三倍的体积浓度80％乙醇，4℃下静置24h。
(3)移取30mL液体于50mL离心管中，于4℃，4400g，离心10min；将上清液弃掉，沉淀溶于水，冷冻干燥得冻干粉，待用。
(4)分别配制100mM的亚硒酸钠溶液、500mM的维生素C溶液。
(5)分别称取普洱茶多糖冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入9mL超纯水，搅拌均匀。固定体系亚硒酸钠浓度为1mM，按照反应物配比，Vc:亚硒酸钠8:1(mmol：mmol)加入一定量100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入一定量500mM的维生素C溶液，混匀，反应静置1h，得到纳米硒胶体溶液；
(6)将上述纳米硒胶体溶液，通过4℃、11000r/min冷冻高速离心30min或3.5kDa再生纤维素透析袋透析72h以脱除未反应维生素C，测定纳米硒胶体溶液胶体化学特性，结果如图1所示，透析分离对纳米硒平均直径影响最小，透析前后平均直径无显著差异。
实施例2：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
与实施例1相比，区别点仅在于：
分别称取普洱茶多糖冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入9mL超纯水，搅拌均匀。固定体系亚硒酸钠浓度为1mM，按照反应物配比，Vc:亚硒酸钠8:1(mmol：mmol)先后加入一定量100mM的亚硒酸钠溶液和加入一定量500mM的维生素C溶液，调整加入的顺序，第一个反应物添加后，混合均匀后静置15min，然后，混匀，反应静置1h，得到纳米硒胶体溶液；测定其胶体化学特性，结果如图2所示，综合考虑，先加入一定量100mM的亚硒酸钠溶液，纳米硒平均直径较小，纳米硒悬液无聚沉，体系较稳定。
实施例3：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
与实施例1相比，区别点仅在于：
分别称取普洱茶多糖冻干粉12.5、25、37.5、50mg(250、500、750、1000mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入9mL超纯水，搅拌均匀。固定体系亚硒酸钠浓度为1mM，按照反应物配比，Vc:亚硒酸钠8:1(mmol：mmol)加入一定量100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入一定量500mM的维生素C溶液，混匀，反应静置1h，得到纳米硒胶体溶液；测定其胶体化学特性，结果如图3所示，综合考虑，模板浓度为500mg/L时，纳米硒平均直径较小，纳米硒悬液无聚沉，体系较稳定。
实施例4：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
分别称取普洱茶多糖冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入9mL超纯水，搅拌均匀。固定体系亚硒酸钠浓度为1mM，分别按照不同反应物配比，Vc:亚硒酸钠2:1、4:1、6:1、8:1、10:1、12:1、14：1(mmol:mmol)加入一定量100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入一定量500mM的维生素C溶液，混匀，反应静置24h，得到纳米硒胶体溶液；测定其胶体化学特性，结果如图4所示，综合考虑，反应物配比为6:1时，纳米硒平均直径较小，纳米硒悬液无聚沉，体系较稳定。
实施例5：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
与实施例1相比，区别点仅在于：
分别称取普洱茶多糖冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入9mL超纯水，搅拌均匀。固定体系亚硒酸钠浓度为1mM，按照反应物配比，Vc:亚硒酸钠8:1(mmol:mmol)加入一定量100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入一定量500mM的维生素C溶液，混匀，反应静置0、0.5、1、2、3、4、5、6h，得到纳米硒胶体溶液，测定其胶体化学特性，结果如图5所示，反应时间为0.5h时，纳米硒平均直径较小，体系总光强较大，体系较稳定。
实施例6：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
与实施例1相比，区别点仅在于：
分别准确称取3.0g绿茶、白茶、黄茶、乌龙茶、红茶、普洱茶、可可绿茶、可可红茶于500mL锥形瓶中，加入80％乙醇240mL，30℃、200r/min摇床中震荡24h，抽滤后，茶叶在60℃烘箱中烘干；将茶叶倒入烧杯中，烧杯中有磁力搅拌子，加入60mL的水，放入80℃磁力搅拌水浴锅中，水浴搅拌1.5h，提取两次，合并滤液，在60℃下减压浓缩至原体积的1/10，然后加入浓缩液体积三倍的80％乙醇，4℃下静置24h；移取30mL液体于50mL离心管中，于4℃，4400g，离心10min；将上清液弃掉，沉淀溶于水，冷冻干燥得冻干粉，待用。
分别称取绿茶、白茶、黄茶、乌龙茶、红茶、普洱茶、可可茶绿茶、可可茶红茶多糖冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入9mL超纯水，搅拌均匀，加入10mL 100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入12mL 500mM的维生素C溶液，混匀，反应静置1h，得到纳米硒胶体溶液，其胶体化学特性结果如图6所示，图6可以看出，以这8种茶的粗多糖为模板制备纳米硒，普洱茶粗多糖-纳米硒平均粒径最小，体系较稳定。
实施例7：一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法。
与实施例1相比，区别点仅在于：
以模板添加量、反应物配比、静置时间、静置温度为因素设计正交试验，因素水平表如下表1。正交试验的结果如下表2，以平均粒径、光强和电位为判断指标，从表2中可以得出以普洱茶粗多糖为模板制备纳米硒的最优条件是A3B3C1D2，即模板添加量为750mg/mL、反应物配比为1:6、反应时间为0.5h、反应温度为40℃。以最优条件制备的纳米硒做了基本表征TEM，如图7所示。从图7可以看出，纳米硒分布均匀，粒径均一。
表1普洱茶多糖蛋白复合物纳米硒制备工艺正交试验因素水平表
表2制备普洱茶多糖蛋白复合物纳米硒的正交试验设计结果分析
实施例8：纳米硒的抗癌活性测定
通过胰蛋白酶消化贴壁HCT 116、MDA-MB-231、HepG2细胞制成单细胞悬液，以5×104个细胞/孔接种96孔培养板，置于37℃、5％CO2培养箱中预培养24h，以普洱茶多糖为模板(模板量为25mg)的纳米硒用培养基溶解后，按100μL/孔加入培养基，继续培养48h。弃上清，往培养板加入0.25mg/mL MTT稀释液100μL/孔，放置在37℃、5％CO2培养箱中继续培养2h后弃上清，每孔加入200μL DMSO溶液，放置在37℃、100r/min的摇床中振荡15～20min，测定各孔OD550值，以对照组OD550值为100％，计算各组纳米硒抑制细胞增殖的半抑制浓度(IC50)，如表4所示，以普洱茶多糖为模板的纳米硒对三种癌细胞均有抑制作用，其中对结肠癌细胞HCT 116的抑制作用最明显。
表3以普洱茶多糖为模板的纳米硒对不同癌细胞增殖的半抑制浓度(IC50)
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)提取山茶植物多糖；
(2)利用山茶植物多糖制备纳米硒。
2.根据权利要求1所述的一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤(1)所述分离山茶植物多糖具体按照以下步骤：将山茶植物原料加入体积百分浓度80％的乙醇溶液中，乙醇溶液的用量按照每g山茶植物原料使用80～100mL乙醇溶液；在温度30℃和转速200r/min的摇床内震荡24h，过滤，茶叶烘干后，加入25～100℃水，水的用量按照每g烘干后的茶叶使用10～250mL水，然后在25～100℃水浴条件下浸提30～120min，浸提2～5次，得到山茶植物提取液，利用旋转蒸发仪，在60℃水浴下，降低压强，浓缩至原体积的1/5～1/10，加入浓缩液2～3倍体积的体积百分浓度80％乙醇溶液，在4℃下静置24h，然后4℃、3000～5000g离心10～30min，所得沉淀用水溶解，冷冻干燥，于-20℃保存，得到山茶植物多糖。
3.根据权利要求2所述的一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，其特征在于：所述山茶植物原料为山茶科植物原料，包括茶叶或可可茶。
4.根据权利要求2所述的一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，其特征在于：所述乙醇溶液的用量按照每g山茶植物原料使用80mL乙醇溶液；所述水的用量按照每g烘干后的茶叶使用20mL水；所述水浴的温度为80℃；所述浸提的时间为90min；所述浸提次数为2次；所述浓缩体积为原体积的1/10；所述加入浓缩液中的乙醇溶液为浓缩液体积的3倍；所述离心力为4400g；所述离心的时间为10min。
5.根据权利要求1所述的一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤(2)所述利用山茶植物多糖制备纳米硒具体按照以下步骤：
A、将亚硒酸钠溶液与维生素C溶液在山茶植物多糖存在的条件下发生还原反应，于20～80℃水浴静置0.5～6h，得到纳米硒溶胶；所述亚硒酸钠溶液的浓度为25～100mM，维生素C的浓度为100～500mM；所述亚硒酸钠溶液中的亚硒酸钠与维生素C溶液中的维生素C的摩尔比为1:2～1:14；所述的亚硒酸钠溶液与维生素C溶液，其添加顺序为先添加亚硒酸钠溶液或先添加维生素C溶液；所述山茶植物多糖的添加量为每升纳米硒溶胶中使用250～1000mg山茶植物多糖；
B、纳米硒溶胶经高速离心分离或透析分离，脱除维生素C，得到纳米硒悬液，冷冻干燥得到固体纳米硒；所述高速离心分离是在4℃条件下，以转速8000～11000r/min离心20～40min，所述透析分离是采用3.5～8000kDa再生纤维素透析袋透析12～96h。
6.根据权利要求5所述的一种利用山茶植物多糖制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤A所述亚硒酸钠溶液的浓度为100mM，维生素C的浓度为500mM；所述亚硒酸钠溶液中的亚硒酸钠与维生素C溶液中的维生素C的摩尔比为1:6；所述的亚硒酸钠溶液与维生素C溶液的添加顺序为先添加亚硒酸钠溶液后添加维生素C溶液；所述山茶植物多糖的添加量为每升纳米硒溶胶中使用500mg山茶植物多糖；所述水浴的温度为40℃，静置的时间为0.5h。
7.一种根据权利要求1-6任一项所述的方法制备得到的纳米硒。
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