CN111253613B - 一种熊果酸磁性分子印迹纳米微球及山茱萸中熊果酸的提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物分离与天然产物提取领域,具体涉及一种熊果酸磁性分子印迹纳米微球及山茱萸中熊果酸的提取方法。所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球的制备方法包括下述步骤:(1)以1.5~5wt%的六水合氯化铁、0.5~2wt%二水合柠檬酸钠为原料,以乙二醇为溶剂,采用水热合成法制备羧基修饰的磁性纳米微球;(2)采用包括所述磁性纳米微球在内的原料制备熊果酸磁性分子印迹纳米微球。本发明提出的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附容量大,且可以通过操纵磁场实现对复杂成分中目标物的快速分离,可有效避免反复离心、过滤等程序,可有效解决山茱萸中的熊果酸提取难度大的问题。
Description
技术领域
本发明属于生物分离与天然产物提取领域,具体涉及一种熊果酸磁性分子印迹纳米微球及山茱萸中熊果酸的提取方法。
背景技术
山茱萸(Cornus Officinalis Sieb.et Zucc.)作为一种中草药材,具有健胃、补肝肾、治贫血、腰痛、神经及心脏衰弱等作用。我国主要产地为豫西、浙江等地。熊果酸(ursolic acid,UA)是存在山茱萸果肉主要有效成分中的一种五环三萜类化合物,具有消炎、抗肿瘤、免疫调节、镇咳等生理功能。目前,用于植物中提取熊果酸中的方法主要有浸提法、索氏提取法、超声波法、树脂吸附法、酶解法等。这些方法各有优点,但存在溶剂消耗大、提取耗时、杂质多、活性成分易损失等问题。此外,还存在环境污染以及山茱萸果肉利用率低等缺点。因此,急需开发一种操作简单、成本低、提取纯度高的新型分离纯化方法。
分子印迹技术(Molecularly Imprinting Technology)是人工合成制备对目标物具有特异结合吸附能力聚合物的一种技术。目前有部分学者采用研究利用分子印迹技术分离提取熊果酸,但制备的多为块状聚合物,使用需要研磨过筛,使用不便且分离时需要过滤、离心等多道工序,在提取过程中目标物损失较大,且制备得到的熊果酸分子印迹聚合物对熊果酸的吸附容量也较小,不能满足实际应用的需要。例如,文献《相转移法制备熊果酸分子印迹膜》制备得到的熊果酸分子印迹聚合物对熊果酸的平衡吸附量仅为0.226μmol/g(熊远钦等,[J].湖南大学学报(自然科学版),2010(37)2,P60-63);文献《多壁碳纳米管表面熊果酸印迹聚合物的制备及固相萃取》(张朝晖等,[J].高分子学报,2011年第12期,P1470-1476)中制备得到的熊果酸印迹聚合物对熊果酸的最大吸附量为53.1μmol/g;文献《分子印迹聚合物固相萃取黄毛耳草中熊果酸》(邢占芬等,[J].食品工业,2019(40)7,P203-205)制备得到的熊果酸分子印迹聚合物对熊果酸的最大吸附量小于60μmol/g。文献《硅胶表面熊果酸分子印迹聚合物的制备和分子识别特性》一文中提出了一种表面印迹熊果酸硅胶的制备方法,但该方法制备的分子印迹硅胶聚合物对熊果酸的吸附容量虽较大,但其使用时要经过过滤、离心、洗脱等工序,步骤繁琐且有机溶剂消耗较大。
此外,目前报道的关于分子印迹熊果酸的研究大部分集中于实验室研究,实际使用较少。当前的熊果酸分子印迹聚合物用于熊果酸提取时仍存在提取难度大的问题,有待进一步研究。
发明内容
本发明提供一种熊果酸磁性分子印迹纳米微球,该熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附容量大,且可以通过操纵磁场实现对复杂成分中目标物的快速分离,避免了反复离心、过滤等程序,以解决现有技术中熊果酸的提取难度大的问题。
本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球采用如下技术方案:一种熊果酸磁性分子印迹纳米微球,所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球的制备方法包括下述步骤:(1)以1.5~5wt%的六水合氯化铁、0.5~2wt%二水合柠檬酸钠为原料,以乙二醇为溶剂,采用水热合成法制备羧基修饰的磁性纳米微球;(2)以所述磁性纳米微球为原料制备所述熊果酸磁性分子印迹微球,所述熊果酸磁性分子印迹微球以熊果酸为模板分子、三氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体、正硅酸乙酯为交联剂、氨水为引发剂制备得到。
优选的,所述水热合成反应的温度200℃,反应时间为12-24h。
优选的,所述熊果酸、APTES、TEOS的质量比为(10-50):(100-300):(400-1200),所述氨水的体积分数为5%。
本发明还提供了一种山茱萸中熊果酸的提取方法,具体技术方案为:采用如上述任意一项所述的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对山茱萸中的熊果酸进行提取。
优选的,包括下述步骤:(1)采用体积分数为80%的乙醇溶液对山茱萸进行加热回流提取,得到山茱萸提取液;(2)对所述山茱萸提取液进行减压浓缩、干燥处理,得到山茱萸粗提物;(3)将所述山茱萸粗提物复溶于体积分数为95%的乙醇溶液中,加入所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球,超声分散后孵育;(4)磁场分离收集溶液中的所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球,漂洗;(5)用洗脱液对经步骤(4)处理得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球进行洗脱,收集洗脱液;(6)减压浓缩所述洗脱液,干燥,即得熊果酸。其中,通过将山茱萸提取物浓缩干燥后除去溶剂,然后用95%的乙醇纯化,使提取得到的熊果酸溶于高浓度乙醇中,可以利用溶解度去除部分杂质,起纯化作用,并便于磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附。
优选的,步骤(1)中所述山茱萸与所述乙醇溶液的料液比为1:5~1:15,所述山茱萸的质量以g计,乙醇溶液的体积以mL计;所述提取的温度为60℃,提取的时间为3h。
优选的,所述步骤(3)复溶所述山茱萸浓缩液后溶液的pH为6.5;所述超声分散的时间为5~15min;所述孵育的时间为15~60分钟。
优选的,所述步骤(4)中采用体积分数为60%的乙醇溶液对所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球进行漂洗,漂洗次数3次。
优选的,所述洗脱液为体积比为9:1的甲醇和乙酸混合溶液。
本发明的有益效果是:1.本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附容量可达104μmol/g,优于现有技术;且本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球用于熊果酸的提取分离时可以通过操纵磁场实现对复杂成分中目标物的快速分离具有特异性高、操作方便、反复使用以及不损伤目标物生物活性的优点。
2.本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附速度快,30min内即可达到最大吸附量;本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球多次重复使用后,对熊果酸的最大吸附容仍可维持量基本不变。
3.本发明利用分子印迹技术与磁性微球结合制备的熊果酸磁性分子印迹纳米微球分离山茱萸中熊果酸的方法,利用分子印迹聚合物对熊果酸分子形状、大小、功能基团的选择性结合能力以及磁性微球的磁分离效果,实现对山茱萸中熊果酸快速高效、特异结合分离纯化的目的。
4.本发明采用磁性分子印迹微球分离纯化山茱萸中熊果酸,不需要消耗大量的有机溶剂,提取过程简单快速,节省时间和经济成本。
5.本发明采用的磁性纳米微球与分子印迹技术结合,制备的磁性分子印迹微球对熊果酸具有高选择性,可以特异结合吸附山茱萸中的熊果酸。
6.本发明采用磁分离收集熊果酸,操作方便,不需要离心、过滤等步骤,极大简化了分离纯化步骤。
7.本发明采用分子印迹技术与磁性微球结合分离纯化山茱萸中的熊果酸,具有环境友好、分离快速、可反复使用的优点。
8.本发明通过将山茱萸提取物浓缩干燥后除去溶剂,然后用95%的乙醇纯化,使提取得到的熊果酸溶于高浓度乙醇中,可以利用溶解度去除部分杂质,起纯化作用,并便于磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的熊果酸磁性分子印迹纳米微球的透射电镜照片
图2为本发明实施例2中2.1制备得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附动力学曲线图。
图3为本发明实施例2中2.1制备得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附量随熊果酸浓度的变化曲线图。
图4为本发明实施例2中2.1制备得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附选择性柱状图。
图5为本发明实施例2中2.1制备得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球的重复使用率的柱状图。
图6为本发明实施例8中料液比对山茱萸粗制品中熊果酸含量影响的柱状图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为市售。
实施例1本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球的制备方法
1.1羧基修饰的磁性纳米微球的制备:依次将质量浓度为1.5~5%的六水合氯化铁、0.5~2%的二水合柠檬酸钠加入到100mL乙二醇中,200℃下反应12~24h,产物用去离子水洗涤,磁场分离得到羧基修饰的磁性纳米微球。本发明制备得到的磁性分子印迹纳米微球的粒径在200nm左右。
1.2熊果酸磁性分子印迹纳米微球的制备:以熊果酸为模板分子,将功能单体、磁性纳米微球、交联剂以及引发剂依次加入到溶液中,室温下机械搅拌,聚合反应12h后磁分离反应产物,用去离子水和乙醇清洗为反应物后制得熊果酸磁性分子印迹纳米微球,同时制备非印迹磁性微球作为对照;其中,熊果酸、APTES、TEOS的质量比(mg)为(10-50):(100-300):(400-1200)。本方法将硅烷偶联剂(APTES)作为功能单体,TEOS作为交联剂,通过优化单体和交联剂用量,利用溶胶-凝胶反应,采用乳液聚合手段在磁颗粒表面包覆熊果酸印迹聚合物,制备得到的磁性分子印迹聚合物。本发明方法制备的熊果酸磁性分子印迹微球粒径约220nm,具有明显的“核-壳”表界面结构(图1),这种结构有利于模板分子在磁性微球上的吸附结合与洗脱,从而使制备的熊果酸分子印迹磁性纳米微球对模板分子熊果酸的吸附快、吸附容量大。
实施例2制备熊果酸磁性分子印迹纳米微球
2.1(1)依次将质量浓度为3.25%的六水合氯化铁、1.0%的二水合柠檬酸钠加入到100mL乙二醇中,200℃下反应12h,产物用去离子水洗涤,磁场分离得到羧基修饰的磁性纳米微球。
(2)以熊果酸为模板分子,将功能单体、磁性纳米微球、交联剂以及引发剂依次加入到溶液中,室温下机械搅拌,聚合反应12h后磁分离反应产物,用去离子水和乙醇清洗为反应物后制得熊果酸磁性分子印迹纳米微球,同时制备非印迹磁性微球作为对照;
其中,熊果酸的用量为10mg;功能单体为三氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),用量为200mg;交联剂为正硅酸乙酯(TEOS),用量为600mg;引发剂为5%体积的氨水;溶剂为200mL去离子水;非印迹微球不添加模板熊果酸分子,其它过程与熊果酸磁性分子印迹微球一致。
2.2(1)依次将质量浓度为1.5%的六水合氯化铁、0.5%的二水合柠檬酸钠加入到100mL乙二醇中,200℃下反应18h,产物用去离子水洗涤,磁场分离得到羧基修饰的磁性纳米微球。
(2)以熊果酸为模板分子,将功能单体、磁性纳米微球、交联剂以及引发剂依次加入到溶液中,氮气保护下机械搅拌聚合,磁分离收集产物,制得熊果酸磁性分子印迹纳米微球,同时制备非印迹磁性微球作为对照;
其中,熊果酸的用量为30mg;功能单体为三氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),用量为100mg;交联剂为正硅酸乙酯(TEOS),用量为400mg;引发剂为5%体积的氨水;溶剂为200mL去离子水;非印迹微球不添加模板熊果酸分子,其它过程与熊果酸磁性分子印迹微球一致
2.3(1)依次将质量浓度为5%的六水合氯化铁、2%的二水合柠檬酸钠加入到100mL乙二醇中,200℃下反应24h,产物用去离子水洗涤,磁场分离得到羧基修饰的磁性纳米微球。
(2)以熊果酸为模板分子,将功能单体、磁性纳米微球、交联剂以及引发剂依次加入到溶液中,氮气保护下机械搅拌聚合,磁分离收集产物,制得熊果酸磁性分子印迹纳米微球,同时制备非印迹磁性微球作为对照;
其中,熊果酸的用量为50mg;功能单体为三氨丙基三乙氧基硅烷(APTES),用量为300mg;交联剂为正硅酸乙酯(TEOS),用量为1200mg;引发剂为5%体积的氨水;溶剂为200mL去离子水;非印迹微球不添加模板熊果酸分子,其它过程与熊果酸磁性分子印迹微球一致。
实施例3
测定本发明制备用于分离山茱萸中熊果酸的磁性分子印迹纳米微球(MNP@MIP)对熊果酸的吸附动力曲线,具体操作如下:
将实施例2中的2.1制备得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球(0.2g)置于200mL浓度为100mg L-1的熊果酸标准溶液中,分别在0、5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min时磁分离收集微球,210nm下测定紫外吸收值,根据熊果酸标准曲线测定溶液中剩余熊果酸浓度,并计算不同时间下分子印迹微球对熊果酸的吸附量,具体测试结果如图2所示。
由图2可知,制备得到的磁性分子印迹纳米微球对熊果酸吸附量随时间逐渐增加,在30min时吸附量达到稳定到最大,之后不在发生明显变化,由此可以确定制备得到的磁性分子印迹纳米微球对熊果酸最佳吸附时间为30min。
实施例4
测定本发明制备得到的用于磁性分子印迹纳米微球对熊果酸对熊果酸的吸附量。
将实施例2中的2.1制备得到的磁性分子印迹纳米微球(MNP@MIP)及非印迹磁性纳米微球(MNP@NIP)置于浓度为0、10、20、40、60、80、100、150、200、250、300mg L-1的熊果酸标准溶液中,待吸附30min后,磁分离收集微球,210nm下扫描紫外吸收值,计算磁性分子印迹微球对熊果酸的吸附量Q(mg/g),计算公式如下所示:
公式中Q是每单位质量的聚合物吸附目标分子的量,mg/g;C0是吸附之前目标分子浓度,mg/L;Ce是吸附之后目标分子浓度,mg/L;V是初始溶液的体积,L;M是加入的聚合物的质量,g。
由图3可知,制备得到的磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附量随熊果酸的浓度而变化。其中,磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附量远大于非印迹微球对熊果酸的吸附量,且当熊果酸浓度超过60mg/L后,磁性分子印迹纳米微球对熊果酸吸附量不再增加,表明此时磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附量达到饱和。
实施例5选择性
本发明的用于分离山茱萸中熊果酸的磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的选择性:
为了证明磁性分子印迹纳米微球对山茱萸中熊果酸具有较高的亲和力和选择识别性,本发明选择山茱萸中其它有效成分没食子酸和齐墩果酸作为竞争性分子,通过吸附选择性实验来评价本发明的实施例2中的2.1制备得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对山茱萸中熊果酸的选择性识别能力。选择性计算公式如下:
IF=QMIP/QNIP
公式中IF为选择性因子,表示制备的磁性分子印迹纳米微球对目标物的选择性;QMIP为分子印迹聚合物对目标物的吸附量,mg/g;QNIP为非印迹聚合物对目标物的吸附量,mg/g。
由图4可知,熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附量为47.5mg/g(相当于104μmol/g),明显高于对竞争分子没食子酸和齐墩果酸的吸附量(分别为12.5mg/g和26.7mg/g)。对熊果酸的印迹因子为2.15,远高于对没食子酸和齐墩果酸的印迹因子(分别为1.24和1.47)。结果表明,制备的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸吸附选择性高于山茱萸含有的没食子酸和齐墩果酸分子,可以用于山茱萸中熊果酸的选择性磁分离。
实施例6重复利用率
测定本发明制备得到的用于分离山茱萸中熊果酸的磁性分子印迹纳米微球在多次洗脱吸附后的重复利用率。
将实施例2中的2.1制备的熊果酸磁性分子印迹纳米微球置于浓度为100mg/L的熊果酸溶液中,在室温下孵育30分钟后,测定其吸附量;磁分离收集吸附结合熊果酸的分子印迹纳米微球,用洗脱液洗脱去除熊果酸,然后再次置于熊果酸溶液中吸附。将上述试验过程重复循环七次,并测定每次吸附/洗脱后对熊果酸的吸附量,具体测试结果如图4所示。
从图5可知,反复进行七次吸附-洗脱循环后,制备的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对熊果酸的吸附量变化不明显,对熊果酸仍具有良好的吸附结合能力,可以继续用山茱萸中熊果酸的选择性磁分离,表明本发明制备的熊果酸的磁性分子印迹纳米微球具有良好的稳定性和重复利用性,满足多次重复使用。
实施例7采用本发明的熊果酸磁性分子印迹纳米微球提取山茱萸中的熊果酸
(1)将新鲜山茱萸清洗除杂,120℃下真空干燥后粉碎。
(2)按照1:10质量体积比(g:mL)比加入干燥山茱萸和乙醇溶液,60℃下加热回流提取3小时,冷却至室温后抽滤,得到山茱萸残渣和提取液,过滤收集提取液。
(3)山茱萸残渣按步骤(2)重复提取两次,合并提取液,减压浓缩后干燥除去提取溶剂得到山茱萸粗提物。
(4)将山茱萸粗提物复溶到95%的乙醇溶液中,过滤除去沉淀,超声分散5分钟后加入熊果酸磁性分子印迹纳米微球,室温下孵育30分钟;
(5)磁性分离收集溶液中的熊果酸磁性分子印迹纳米微球,用60%乙醇水溶液反复冲洗三次;
(7)用甲醇-乙酸(9:1,v:v)的混合溶液洗脱收集的磁性分子印迹纳米微球,收集洗脱液;
(8)将洗脱液减压浓缩,干燥后制得熊果酸精制品。
实施例8采用本发明制备提取的山茱萸熊果酸的含量及纯度
采用高效液相色谱法测定本发明制备得到的山茱萸中熊果酸的含量及纯度。样品用甲醇溶解后0.45μm滤膜过滤,具体色谱条件为:
高效液相系统:岛津LC20AT
流动相:甲醇:乙腈:水:磷酸=57:33:10:0.01;
流速:1.0mL/min;
检测波长:210nm;
柱温:40℃;
进样量:10μL;
以熊果酸标准品为对照,外标法计算制备得到的样品中熊果酸含量,面积归一法测定熊果酸纯度,检测结果如下表1所示:
表1本发明制备得到的山茱萸中熊果酸的含量和纯度
熊果酸含量(%) | 纯度(%) | |
山茱萸粗提物 | 0.16 | / |
95%乙醇复溶纯化后 | 62.55 | 77.1 |
精制品 | 93.33 | 96.5 |
实施例9料液比对本发明提取制备山茱萸中熊果酸的影响
将山茱萸清洗除杂,120℃下真空干燥后粉碎后,采用不同料液比加入山茱萸粉末和80%的乙醇溶液,测定本发明提出的磁性分子印迹纳米微球提取山茱萸中熊果酸的含量,结果如图6所示。结果表明,粗制品中熊果酸提取率随着料液比增加而升高,当料液比为1:10时,升高趋势逐渐降低,考虑到后续浓缩、纯化以及成本等条件,一般选用料液比为1:10左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种熊果酸磁性分子印迹纳米微球,其特征在于,所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球的制备方法包括下述步骤:(1)以1.5~5wt%的六水合氯化铁、0.5~2wt%二水合柠檬酸钠为原料,以乙二醇为溶剂,采用水热合成法制备羧基修饰的磁性纳米微球;(2)以所述磁性纳米微球为原料制备所述熊果酸磁性分子印迹微球,所述熊果酸磁性分子印迹微球以熊果酸为模板分子、3-氨丙基三乙氧基硅烷为功能单体、正硅酸乙酯为交联剂、氨水为引发剂制备得到;
所述水热合成法的反应温度为200℃,反应时间为12-24h;
所述熊果酸、APTES、TEOS的质量比为(10-50):(100-300):(400-1200),所述氨水的体积分数为5%。
2.一种山茱萸中熊果酸的提取方法,其特征在于,采用如权利要求1所述的熊果酸磁性分子印迹纳米微球对山茱萸中的熊果酸进行提取。
3.根据权利要求2所述的山茱萸中熊果酸的提取方法,其特征在于,包括下述步骤:(1)采用体积分数为80%的乙醇溶液对山茱萸进行加热回流提取,得到山茱萸提取液;(2)对所述山茱萸提取液进行减压浓缩、干燥处理,得到山茱萸粗提物;(3)将所述山茱萸粗提物复溶于体积分数为95%的乙醇溶液中,过滤纯化,并加入所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球,超声分散后孵育;(4)磁场分离收集溶液中的所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球,漂洗;(5)用洗脱液对经步骤(4)处理得到的熊果酸磁性分子印迹纳米微球进行洗脱,收集洗脱液;(6)减压浓缩所述洗脱液,干燥,即得熊果酸。
4.根据权利要求3所述的山茱萸中熊果酸的提取方法,其特征在于,步骤(1)中所述山茱萸与所述乙醇溶液的料液比为1:5~1:15,所述山茱萸的质量以g计,乙醇溶液的体积以mL计;所述提取的温度为60℃,提取的时间为3h。
5.根据权利要求3所述的山茱萸中熊果酸的提取方法,其特征在于,所述步骤(3)复溶所述山茱萸粗提物后溶液的pH为6.5;所述超声分散的时间为5~15min;所述孵育的时间为15~60分钟。
6.根据权利要求3所述的山茱萸中熊果酸的提取方法,其特征在于,所述步骤(4)中采用体积分数为60%的乙醇溶液对所述熊果酸磁性分子印迹纳米微球进行漂洗,漂洗次数3次。
7.根据权利要求3所述的山茱萸中熊果酸的提取方法,其特征在于,所述洗脱液为体积比为9:1的甲醇和乙酸混合溶液。
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