CN109941976A

CN109941976A - 利用茶褐素制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒

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Publication number: CN109941976A
Application number: CN201811635948.9A
Authority: CN
Inventors: 林晓蓉; 黄欣琪; 李斌; 陈忠正; 张媛媛; 叶锡光
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2018-12-29
Filing date: 2018-12-29
Publication date: 2019-06-28
Anticipated expiration: 2038-12-29
Also published as: CN109941976B

Abstract

本发明属于纳米材料技术领域，公开了一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。该方法包括以下步骤：(1)茶褐素的提取；(2)利用茶褐素制备纳米硒：亚硒酸钠与维生素C在茶褐素存在的条件下发生还原反应得到纳米硒溶胶，脱除过量的维生素C得到纳米硒成品。本发明以茶褐素为模板，制备出粒径更小、静电稳定性更强、稳定分散性更优的纳米硒，为纳米硒功能活性的发挥以及纳米硒的应用提供前提基础。

Description

利用茶褐素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，特别涉及一种利用茶褐素制备纳米硒的方法及制备而成的纳米硒。

背景技术

硒(Se)是人体必需的微量元素之一。缺硒会影响人体内硒蛋白的合成，不利于抗氧化防御、细胞信号转导、免疫调节等的进行。缺硒严重还会导致克山病、大骨节病等疾病的发生。人体自身不能合成硒，必须通过外界摄取。自然界的硒主要有无机硒、有机硒和单质硒。硒的生物效应和硒的毒性浓度范围极其狭窄，极易产生毒性反应。有研究表明，相比起无机硒和有机硒，粒径小于100nm的红色单质硒(纳米硒)具有低毒性和高生物活性的特点。

聚合物模板法是纳米硒制备的其中一种方法，其反应条件温和，操作简单，纳米硒尺寸可控，能将模板功能活性赋予纳米硒，提高纳米硒功能活性，是常用的纳米硒制备方法。模板对纳米硒的形成、稳定分散性以及功能活性都有较大的影响。因此，模板的选择尤为关键。目前常用的模板主要为多糖、蛋白质及多肽等功能活性成分。植物提取物因其含有多糖、蛋白等天然成分，具有稳定纳米硒的潜力。现已有不少研究者成功利用植物提取物稳定、分散纳米硒，如刘韫滔等人从梭柄松苞菇中提取多糖制备稳定的纳米硒-梭柄松苞菇多糖复合体，并发现纳米硒和梭柄松苞菇多糖对抗糖尿病活性具有协同促进作用(专利号：201510166652.7)；郑文杰等人利用螺旋藻中的藻蓝蛋白制备活性蛋白复合型纳米硒，其中藻蓝蛋白不仅作为分散剂和稳定剂，还是重要活性组分和还原剂，从而强化了纳米硒的活性并大大简化了生成、保存手法(专利号：200510086601.X)。这些研究都表明植物提取物在纳米硒的制备、稳定以及功能活性的强化等方面有着重要的作用。

山茶植物具有抗氧化、抗癌、抗炎、降脂等功能活性，若以其提取物为模板制备纳米硒，不仅能起到稳定、分散的作用，还能强化纳米硒的功能活性。如今山茶植物的水提取物、纳米聚集体在稳定纳米硒方面已有应用。在中华人民共和国发明专利(专利号：201710770329.X，201710771056.0)中，分别利用山茶植物的水提取物、纳米聚集体制备纳米硒，但利用这两种模板制备纳米硒存在如下不足：

(1)所制备的纳米硒粒径较大、静电稳定性较小，在其纳米硒功能活性的发挥以及纳米硒的长期稳定性等方面会有一定的限制。

(2)山茶植物的水提取物、纳米聚集体中除了含有能够稳定纳米硒的蛋白、多糖、多酚等组份外，还存在生物碱等小分子组分。这些小分子组分会和纳米硒竞争结合多酚等组分，削弱模板稳定纳米硒的能力。并且这些组分和蛋白质、多糖、多酚等结合后会影响后者自身的稳定性，导致制备得到的纳米硒稳定性受到限制。

茶褐素是红茶、普洱茶的重要活性成分之一。它是高分子聚合物，分子量大，是多酚氧化物、蛋白质、多糖等的复合物。茶褐素形成过程大致如下：多酚类物质在多酚氧化酶的作用下氧化为邻醌，邻醌极不稳定，它会氧化聚合形成茶黄素、茶红素，进而会再与其他一些物质，通过氧化、聚合作用形成茶褐素。茶褐素含有大量的羟基、羧基、羰基、氨基，这些基团可以通过氢键、静电作用力等与硒结合，另外茶褐素的空间结构可以使硒的结合更牢固，再者，茶褐素具有很强的水溶性，以其为模板制备的纳米硒能更好地稳定在水溶液中，因此茶褐素能充分稳定纳米硒。本研究以茶褐素作为模板制备纳米硒，得到粒径更小、静电稳定性更大的纳米硒。

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茶褐素制备纳米硒的方法；该方法以茶褐素为模板制备纳米硒，所得纳米硒粒子粒径较小，静电稳定性较大，模板稳定纳米硒的效果好，为纳米硒功能活性的发挥以及纳米硒的应用提供前提基础。

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：

一种利用茶褐素制备纳米硒的方法，包括以下步骤：

(1)提取茶褐素；

(2)利用茶褐素制备纳米硒。

步骤(1)所述提取茶褐素具体按照以下步骤：用乙醇浸泡茶叶4～48h进行除杂，将茶渣加入25～100℃水中，然后在25～100℃水浴条件下浸提2～120min得到茶提取液，乙醇浸泡前的茶叶和25～100℃水的质量比为1:10～1:250；将茶提取液依次用二氯甲烷萃取1～5次，再用乙酸乙酯萃取1～5次，然后用正丁醇萃取1～5次，将最后得到的水层浓缩，加入乙醇，使乙醇体积百分比浓度为50％～95％，进行4～48h醇沉；冷冻干燥，于-20℃保存，得到茶褐素冻干粉。

优选的，所述乙醇浸泡前的茶叶和25～100℃水的质量比为1:25；所述水浴的温度为100℃；所述浸提的时间为60min；所述二氯甲烷萃取的次数为2次，所述乙酸乙酯萃取的次数为3次，所述正丁醇萃取的次数为4次；所述二氯甲烷、乙酸乙酯和正丁醇在每次萃取时候的用量是与水相等体积。

步骤(2)所述利用茶褐素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溶液在茶褐素存在的条件下发生还原反应，于20～100℃水浴静置0～5h，得到茶褐素纳米硒溶胶；所述亚硒酸钠溶液的浓度为10～100mM，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中的维生素C之间的摩尔比为1:2～1:20；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；所述茶褐素的添加量为每升茶褐素纳米硒溶胶中使用100～1000mg茶褐素；

B、将茶褐素纳米硒溶胶离心1～6次分离脱除未反应的维生素C，得到纳米硒悬液。

步骤A所述亚硒酸钠溶液的浓度为10mM，维生素C的浓度为100mM；所述亚硒酸钠溶液中的亚硒酸钠与维生素C中的维生素C之间的摩尔比为1:2；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；所述茶褐素的添加量为每升茶褐素纳米硒溶胶中使用100～1000mg茶褐素700mg/L；所述水浴的温度为60℃，静置的时间为1h。

步骤B所述离心的次数为2次。

一种根据上述的方法制备得到的纳米硒。

本发明也可以直接使用市售茶褐素或者用茶汤发酵所得的茶褐素，采用上述步骤(2)的方法来制备纳米硒。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

本发明以茶褐素作为模板。茶褐素的形成过程大致如下：多酚类物质在多酚氧化酶的作用下氧化为邻醌，邻醌极不不稳定，它会氧化聚合形成茶黄素、茶红素，进而会再与其他一些物质，通过氧化、聚合作用形成茶褐素。因此茶褐素是高分子聚合物，分子量大。并且茶褐素含有大量的羟基、羧基、羰基、氨基，这些基团可以通过氢键、静电作用力等与硒结合，另外茶褐素的空间结构可以使硒的结合更牢固，因此以茶褐素作为模板进行制备有利于在反应阶段控制硒颗粒粒径在纳米范围内，并能充分稳定生成的纳米硒。

附图说明

图1为模板添加量对纳米硒的D_H、光强(A)、Zeta电位(B)、外观(原液(C)、20倍稀释液(D))的影响。

图2为V_C、Na₂SeO₃添加顺序对纳米硒的D_H、光强(A)和Zeta电位(B)、外观(原液(C)、20倍稀释液(D))的影响。

图3为V_C、Na₂SeO₃反应配比对纳米硒的D_H、光强(A)和Zeta电位(B)、外观(原液(C)、20倍稀释液(D))的影响。

图4为反应温度对纳米硒的D_H、光强(A)和Zeta电位(B)、外观(原液(C)、20倍稀释液(D))的影响。

图5为40℃水浴静置反应时间对纳米硒的D_H、光强(A)和Zeta电位、外观(原液(C)、20倍稀释液(D))的影响。

图6为离心次数对纳米硒的D_H、光强(A)、Zeta电位(B)、外观(原液(C)、20倍稀释液(D))的影响。

图7为茶褐素纳米硒粒径分布曲线(A)、Zeta电位分布曲线(B)、TEM图(C)。

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。

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1：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

(1)用无水乙醇浸泡普洱茶12h进行除杂，将普洱茶茶渣按料液比1:10～1:250加入100℃水，然后在100℃水浴条件下浸提60min得到普洱茶提取液，再用二氯甲烷、乙酸乙酯、正丁醇分别进行2、3、4次萃取，将最后得到的水层浓缩，加入乙醇，使乙醇浓度为85％，进行12h醇沉。冷冻干燥，得到茶褐素冻干粉，待用。

(2)分别配制100mM的亚硒酸钠溶液、500mM的维生素C溶液。

(3)分别称取5、10、15、20、25、30、35、40、45、50mg茶褐素冻干粉于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16mL500mM的维生素C溶液，混合均匀后静置15min，再加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混匀，40℃下水浴静置反应1h，得到纳米硒胶体溶液；

(5)将上述纳米硒胶体溶液离心(4℃,11000r/min,30min)3次,以脱除未反应的维生素C，测定纳米硒胶体溶液胶体化学特性，并对外观进行拍照记录，结果如图1所示。综合图1结果以及经济效益的考虑，模板添加量为500mg/L时，模板添加量较少，纳米硒澄清透亮，粒径较小，颗粒数目较多，静电稳定性强，体系较稳定。

实施例2：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

与实施例1相比，区别点仅在于：

分别称取茶褐素冻干粉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10mL100mM的亚硒酸钠溶液(或16mL500mM的维生素C溶液)，混合均匀后静置15min，然后加入16mL500mM的维生素C溶液(或10mL100mM的亚硒酸钠溶液)，混匀，40℃下水浴静置反应1h，得到纳米硒胶体溶液，测定其胶体化学特性，并对外观进行拍照记录，结果如图2所示。综合图2结果，先添加亚硒酸钠时，粒径较小，颗粒数目较多，静电稳定性强，体系较稳定。

实施例3：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

与实施例1相比，区别点仅在于：

分别称取茶褐素冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，根据维生素C和亚硒酸钠的添加量，保证反应体系终体积为50mL，补足一定量的超纯水，搅拌均匀，加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后分别按照不同反应物配比，维生素C:亚硒酸钠2:1、4:1、6:1、8:1、10:1(mmol:mmol)，加入一定量500mM的维生素C溶液，混匀，40℃下水浴静置反应1h，得到纳米硒胶体溶液，测定其胶体化学特性，并对外观进行拍照记录，结果如图3所示。综合图3结果以及经济效益的考虑，维生素C:亚硒酸钠4:1(mmol:mmol)时，粒径较小，颗粒数目较多，静电稳定性强，体系较稳定。

实施例4：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

与实施例1相比，区别点仅在于：

分别称取茶褐素冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入17mL超纯水，搅拌均匀。加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入8mL500mM的维生素C溶液，混匀，分别在20、40、60、80、100℃下水浴静置反应1h，得到纳米硒胶体溶液，测定其胶体化学特性，并对外观进行拍照记录，结果如图4所示，综合图4结果以及经济效益的考虑，反应温度为40℃时，纳米硒平均直径较小，体系总光强较大，静电稳定性强，体系较稳定。

实施例5：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

与实施例1相比，区别点仅在于：

分别称取茶褐素冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入17mL超纯水，搅拌均匀。加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入8mL500mM的维生素C溶液，混匀，40℃下水浴静置反应0、0.5、1、2、3、4、5h，得到纳米硒胶体溶液，测定其胶体化学特性，并对外观进行拍照记录，结果如图5所示，综合图5结果以及经济效益的考虑，反应时间为0.5h时，纳米硒平均直径较小，体系总光强较大，静电稳定性强，体系较稳定。

实施例6：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

与实施例1相比，区别点仅在于：

分别称取茶褐素冻干粉25mg(500mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入17mL超纯水，搅拌均匀。加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入8mL500mM的维生素C溶液，混匀，40℃下水浴静置反应0.5h，得到纳米硒胶体溶液，将上述纳米硒胶体溶液分别离心(4℃,11000r/min,30min)0、1、2、3、4、5、6次，测定其胶体化学特性，并对外观进行拍照记录，结果如图6所示，综合图6结果以及经济效益的考虑，离心次数为2次时，纳米硒平均直径较小，体系总光强较大，静电稳定性强，体系较稳定。

实施例7：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

(1)根据实施例1～6的结果，选择模板添加量、反应物配比、反应温度、反应时间这四个因素，每个因素选择三个水平设计正交表，如表1。

(2)与实施例1相比，区别点仅在于：

根据所设计的正交表(表1)，分别称取一定量茶褐素冻干粉于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，固定体系亚硒酸钠浓度为20mM，根据维生素C和亚硒酸钠的添加量，保证反应体系终体积为50mL，补足一定量的超纯水，搅拌均匀，加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后分别按照不同反应物配比，加入一定量500mM的维生素C溶液，混匀，在一定温度下水浴静置反应一定时间，得到纳米硒胶体溶液。将纳米硒胶体溶液离心(4℃,11000r/min,30min)2次，测定其胶体化学特性，结果如表2所示。综合考虑表2中各个评判指标的极差及其对应的最优条件，得出最终的最优条件为A₃B₁C₃D₂，即茶褐素冻干粉添加量700mg/L，维生素C:亚硒酸钠2:1(mmol:mmol)，反应温度为60℃，反应时间为1h，与正交试验中的第7组实验条件相一致。在此条件下制备的纳米硒粒径较小，颗粒数目较多，静电稳定性强，体系较稳定。

表1茶褐素纳米硒的制备正交试验设计L₉(3⁴)因素水平表

表2茶褐素纳米硒制备正交试验结果

实施例8：一种利用茶褐素制备纳米硒的方法。

与实施例1相比，区别点仅在于：

分别称取茶褐素冻干粉35mg(700mg/L)于50mL离心管中，用15mL超纯水转移至烧杯中，加入21mL超纯水，搅拌均匀。加入10mL100mM的亚硒酸钠溶液，混合均匀后静置15min，然后加入4mL500mM的维生素C溶液，混匀，60℃下水浴静置反应1h，得到纳米硒胶体溶液，将纳米硒胶体溶液离心(4℃,11000r/min,30min)2次。将离心后重悬浮得到的的纳米硒悬液进行粒径、电位的测定，并用透射电子显微镜(TEM)进行观察，结果如图7所示。由图7可知，茶褐素为模板制备的纳米硒平均粒径较小，静电稳定性强，有良好的稳定分散性。

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

1.一种利用茶褐素制备纳米硒的方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)提取茶褐素；

(2)利用茶褐素制备纳米硒。

2.根据权利要求1所述的一种利用茶褐素制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤(1)所述提取茶褐素具体按照以下步骤：用乙醇浸泡茶叶4～48h进行除杂，将茶渣加入25～100℃水中，然后在25～100℃水浴条件下浸提2～120min得到茶提取液，乙醇浸泡前的茶叶和25～100℃水的质量比为1:10～1:250；将茶提取液依次用二氯甲烷萃取1～5次，再用乙酸乙酯萃取1～5次，然后用正丁醇萃取1～5次，将最后得到的水层浓缩，加入乙醇，使乙醇体积百分比浓度为50％～95％，进行4～48h醇沉；冷冻干燥，于-20℃保存，得到茶褐素冻干粉。

3.根据权利要求2所述的一种利用茶褐素制备纳米硒的方法，其特征在于：所述乙醇浸泡前的茶叶和25～100℃水的质量比为1:25；所述水浴的温度为100℃；所述浸提的时间为60min；所述二氯甲烷萃取的次数为2次，所述乙酸乙酯萃取的次数为3次，所述正丁醇萃取的次数为4次；所述二氯甲烷、乙酸乙酯和正丁醇在每次萃取时候的用量是与水相等体积。

4.根据权利要求1所述的一种利用茶褐素制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤(2)所述利用茶褐素制备纳米硒具体按照以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种利用山茶植物纳米聚集体制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤A所述亚硒酸钠溶液的浓度为10mM，维生素C的浓度为100mM；所述亚硒酸钠溶液中的亚硒酸钠与维生素C中的维生素C之间的摩尔比为1:2；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；所述茶褐素的添加量为每升茶褐素纳米硒溶胶中使用100～1000mg茶褐素700mg/L；所述水浴的温度为60℃，静置的时间为1h。

6.根据权利要求4所述的一种利用山茶植物纳米聚集体制备纳米硒的方法，其特征在于：步骤B所述离心的次数为2次。

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。