Dio I.:Cistanche:Highly Efficient Adsorption Of Phenylethanoid Glycosides On Mesoporous Carbon
Mar 04, 2022
Kontakt: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li, i Jinli Zhang
Fenilethanoidni glycosidessu glavni aktivni spojoviCistanche tubulosa(Kliknite za proizvode), a izuzetno je poželjno za dobivanje visoke pročišćavanja fenilethanoidnih glycosides adsorpcije iz njihovih ekstrakta. Za istraživanje visoko učinkovite adsorpcije fenilethanoidnih glycosides, roman adsorpcioni materijal za efikasno odvajanje i pročišćavanje fenilethanoidnih glycosides (Fenilethanoid glycosides) izCistanche tubulosaje istražena. Tri mezoporozna ugljika naručenog mezopornog ugljika (CMK-3), poremećenog mezopornog ugljika (DMC) i trodimenzionalnog kubnog mezoporoznog ugljika (CMK-8) uspoređivana su za adsorpciju fenilethanoidnih glycosidesa. U međuvremenu, istražene su adsorpcione izoterme, adsorpciona kinetika i optimizacija adsorpcionih uslova. Rezultati pokazuju da je CMK-3 pokazao najveći adsorpcioni kapacitet od 358,09 ± 4,13 mg/g zbog visoke specifične površine, velike volumena pora i funkcionalnih grupa koje sadrže kisik. Eksperimentalni podaci se mogu precizno opisati pomoću Langmuir modela i modela pseudo-drugog reda. Model difuzije intra-čestica je sugerirao da su koraci adsorpcije koji ograničavaju stopu bili difuzija intra-čestica.
UVOĐENJE
Cistanche tubulosa bila je parazitska biljka Orobanchaceae (Li et al., 2016. Wang X. et al., 2017), i uglavnom je rasla na korijenima tamarix biljaka i calotropis vrsta (Zhang W. et al., 2016; Yan et al., 2017). Cistanche tubulosa je prvobitno snimljena u Shen Nong's Chinese Materia Medica u ca. 100. prije n. e. Rast i kultiviranje Cistanche tubulosa zahtijevali su teške ekološke uslove, a široko je sadio u sušnim zemljama i pustinjama sjeverne hemisfere, kao što su provincije Xinjiang, Unutrašnja Mongolija, Gansu, Qinghai, i autonomna regija Ningxia u Kini (You et al., 2016).Cistanche tubulosabila je dragocjeno kinesko tonično bilje koje je imalo funkcije da se uhranje bubreg, protiv starenja, pojača suština krvi, i navlaži velika crijeva za slobodnu stolicu (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2018), i to je bila reputacija kao"Ginseng pustinja"(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa je službeno zabilježen u kineskoj Farmakopeiji kao autentični izvor Cistanches Herba (kineski naziv: Rou cong rong) iz izdanja iz 2005. godine (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
Prethodna studija je otkrila nekoliko glavnih hemijskih sastojaka Cistanche tubulosa, uključujući PhGs, iridoide, i polisaharide (Li et al., 2018a). Strukture phG-ova su uglavnom bile sačinjene od cimetne kiseline i polisaharida alkohola koji je bio pričvršćen na β-glukopiranozu kroz ester i glikozidske veze (Luo et al., 2010), a feniletanoid glikozid je smatran glavnim aktivnim komponentama Cistanche tubulosa koje posjeduju razne farmakološke aktivnosti (Liao et al., 2018). Studija je pokazala da phG-i imaju različita ljekovita svojstva, kao što su neuroprotekcija, regulacija imunog sistema, anti-upalna, zaštita jetre, i antioksidans (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Prema fitokemijskim procjenama, PhGs kao što su echinacoside, acteoside se smatralo glavnim aktivnim komponentama i markerima Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), koji su obično bili izabrani kao marker spojevi za kvalitetnu procjenu Cistanche tubulosa i vrste Cistanche su se razaznali kroz ove spojeve. PhG-i su se prirodno javljali u vodi rastvorni spoj, jer su imali mnoge hidroksilne grupe i fenolne hidroksilne grupe u molekuli. Tako se feniletanoid može odvojiti od Cistanche tubulosa u vakuumnom rastvoru.
Razvijene su mnoge metode za odvajanje i pročišćavanje prirodnih proizvoda uključujući adsorpciju (Liu et al., 2016), odvajanje membrana (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) i ekstrakcija otapa, i tako dalje (Li et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. et al., 2016). Međutim, odvajanje membrana i ekstrakcija otapa nisu bili pogodan za pripremu velikih razmjera i bilo im je teško postići visok oporavak proizvoda (Zhang et al., 2018a). Adsorpcija je bila jedna od najšire usvojenih metoda za odvajanje prirodnih proizvoda (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Zbog jedinstvenih i tunablnih struktura pora, visokih površina i mehaničke stabilnosti, mezoporozni ugljik (veličina pore između 2 i 50 nm) dokazano je da su neka vrsta efikasnih adsorbenta za adsorptivne prirodne proizvode. Studija je pokazala da su mezoporozna ugljika bila više pogodan za adsorbaciju makromolekula, kao što su mezoporozna ugljika su koristili Qin et al. za obogaćivanje hlorogene kiseline iz eukomije ulmoides lišće (Qin et al., 2018). Li et al. sintetizirao je dva mezoporozna ugljika putem pristupa hidrotermalnog tretmana i procijenio adsorpcionu izvedbu dva mezoporozna ugljika za berberine hidroklorid i matrine iz vode (Li et al., 2018b). Smatralo se da je to neka vrsta obećavajućeg materijala kao vrlo efikasan adsorbent (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Osim toga, mezoporozna ugljika su također primijenjena na adsorptivno uklanjanje aromatičkih spoja,boja, i teških metala iz otpadnih voda (Kong et al., 2016). U prethodno objavljenim radovima, Liu et al. je koristio makrororoznu smolo za adsorbiranje PhG-ova iz Cistanche tubulosa, a čistoća PhG-ova se povećala ali su kapacitet adsorpcije i brzina desorpcije bili niski. U odnosu na makroporozne smole, mezoporozni ugljik je imao karakteristike velike specifične površine, pogodan za veličinu pora i visok volumen pora. Stoga se smatralo da je mezoporozna ugljika vrlo efikasan adsorbent za phG-e. U ovoj studiji, tri vrste mezoporoznog ugljika su odabrane kao adsorbenti za odvajanje i pročišćavanje fenilethanoidnih glikozida iz Cistanche tubulosa.
Glavni cilj ovog rada bio je istraživanje adsorpcione izvedbe CMK-3 za odvajanje i pročišćavanje fenilethanoidnog glikozida iz Cistanche tubulosa. Ispitani su efekti različitih koncentracija, pH i temperature na adsorpcionu izvedbu CMK- 3 i ispitani su optimalni adsorpcioni uvjeti phG-a. Mezoporozna ugljika su okarakterizirali FT-IR, BET, TEM i TGA, adsorpcione izoterme, a kinetika je izvedena i detaljno analizirana.
Cistanche tubulosa
EKSPERIMENTE
Materijali i reagenti
Cistanche tubulosastem je kupljen od Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Standardi echinacoside (čistoće ≥ 98%) i akteoside (čistoće ≥ 98%) su kupljeni od Sunny Biotech Co., Ltd. (Šangaj). Acetonitrile, metanol i acetična kiselina HLPC-a su kupljeni od Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Shanghai). Etanol analitičke ocjene je kupljen od Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Naručena mezoporozna ugljika (CMK-3), poremećenog mezoporoznog ugljika (DMC), a trodimenzionalni kubni naručeni mezoporozan ugljik (CMK-8) kupljeni su od Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing).
Karakterizacija
Morfologija i mikrostrukture pripremljenih uzoraka su istražene pomoću transmisijske elektronske mikroskopske (TEM, Tecnai G2 F20) koja je operisala na 200 kV. TEM uzorci su pripremljeni u ambijentalnim uvjetima tako što su se kapljice otopine etanola s mezoporoznom materijalom slale na karbonske filmove koje podržavaju Cu rešetnice. Generalno, izvor svjetlosti s kraćim talasnim dužinama je odabran da poveća razlučivost mikroskopa, a struktura mezopornih ugljika se može jasno promatrati. Površinske funkcionalne grupe su bile kvalitetativno izmjerene Fourierom transformišući infracrvenu spektroskopiju (FT-IR, AVATAR360) koristeći interakciju između infracrvenog zračenja i molekula materije. FT-IR koristite attenated total reflection method test, uvjeti su bili veličina koraka od 2 cm−1, a raspon skeniranja je bio 4.000–400 cm−1. Podatke o fizičkoj strukturi kao što su specifična površina, veličina pora i volumen pora mezoporoznih ugljika izračunao je Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Procedura za adsorbent je bila slijedeća: mezoporozna ugljika su degaszirana na 60−C za 12 h, a N2 adsorpciono-desorpcione krivine su testirane na −196−C kako bi se izračunala specifična površina, veličina pora i volumen pora mezoporoznog ugljika. Termogravimetrijski analizator (TGA, STA 449 F3) je instrument koji koristi termogravimetrijski za otkrivanje odnosa temperature i mase neke supstance, a TGA mjeri masu neke supstance kao funkciju temperature pod kontrolom programske temperature. TGA podaci su dobiveni pomoću TGA-a u temperaturi od 30 do 800-C pri brzini grijanja od 10-C/min pod atmosferom zraka.
HPLC analiza
Sadržaj ehinakoside i akteoside je otkriven tečnom hromatografijom visokih performansi (HPLC, Waters Co., USA). Sistem je uključivao autosampler, visokotlasnu pumpu i ultraljubičasti (UV) detektor. Analiza je obavljena na koloni C18 asimetrije (100Å, 5μm, 4,6 × 250 mm). HPLC je koristio metodu elucije gradijenta za odvajanje i otkrivanje uzoraka. Volumen ubrizgavačke petlje je bio 10μm, temperatura stupca je bila 30 μC, detekcija valna dužina UV spektrofotometra je bila 330 nm, protok je bio 1 ml/min, a pokretna faza (A) acetonitrila i (B) oceta kiselina/voda (1:44, v/v).
Adsorpcija Ravnoteža
Eksperiment optimizacije stanja adsorpcije za CMK- 3 je izvršen koristeći mješavinu akteoside i echinacoside i pod optimalnim uvjetima, sirovaekstrakt cistanche tubulosaizvršen je na eksperimentu adsorpcionog ciklusa i svi adsorpcioni eksperimenti su više puta izvedeni najmanje 3. U istoj seri eksperimenata, mezoporozna ugljika CMK-8 i DMC su se izvodila paralelno sa CMK-3. Tri vrste mezopornog ugljika (CMK- 3, DMC, i CMK-8) svaka 10 mg su dodane u tri boce, odnosno. Zatim je u bocu dodana otopina uzorka od 15 mL sa početnom koncentracijom C0 (mg/mL). Boca je bila 24 h u stalnom temperaturnoj šejkeru od 30-C dok se nije dosegla adsorpciona ravnoteža. Tada je 1 ml adsorpcione otopine filtrirano kroz filter od 0,22μm, a koncentracija ravnoteže Ce (mg/mL) otopine uzorka je određena HPLC-om.
Eksperiment desorpcije
Tada je izvršen eksperiment desorpcije mezoporoznog ugljika. Adsorbovano mezoporozno ugljik ispod 15 mL metanola/ocetske kiseline (9:1, v/v) mješovite otopine, koja je bila 2000 ml u vodenoj kupelju ultrazvučne za 1 h na 30-C. Dobiveni rastvor desorpcije filtriran je 0,22 filterom prije analize od strane HPLC-a. Adsorpcioni kapacitet QE (mg/ml) je ocijenjen kako slijedi:
QE = (C0 − Ce) · v / w ( 1 )
(1)gdje je V volumen otopine (mL) i W je težina mezopornih ugljika (g)
REZULTATI I DISKUSIJA
Karakterizacija
Na tablici 1 se vidi TEM od tri vrste mezoporozni ugljika. DMC je bila poremečena porozna mreža, CMK-8 je bila mrežna struktura trodimenzionalne porozne, a CMK-3 je bila jasno prugasta struktura sa naručenom jednodimenzionalnom porom, koja je bila slična prijavljenim rezultatima (Wang et al., 2006; Luo et al., 2010).
Nacilja 2 je pokazala FT-IR spektar mezoporozna ugljika (CMK-3, DMC, i CMK-8) i FT-IR spektra prije i poslije CMK-3 adsorpcije. Sa figure 2A se vidi da su funkcionalne grupe na površinama mezoporozna ugljika uglavnom bile grupe koje sadrže kisik. Ukupni oblici spektra za tri vrste mezopornih ugljika su bili slični. Mezoporozna ugljika pokazala je vršnu traku na 3.423 cm−1 koja se odnosi na rastezanje vibracijskog benda O-H. Bendovi u regiji od 1.580 i 1.629 cm−1 odgovaraju istezanje vibracija karbonil i karboksil C=O. Uz to, za vrh koji se javlja na 1.384 cm−1, nađeno je da rastežu vibracije alkoholnog C-O, a vibriranje zatezanja na 2.922, odnosno 2.852 cm−1 odgovara C-H na metilenim, odnosno metil grupama. To je ukazivalo da grupe koje sadrže kiseonik koje postoje na površinama mezoporoznog ugljika mogu dovesti do slabe hemijske interakcije između phG molekula i mezoporoznog ugljika.
Na snimci 2B se vidi FT-IR spektar CMK-3 prije i poslije adsorpcije, akteoside i echinacoside. Karakteristični vrh na 1.697 cm−1 izveden iz C=C olefina u akteosideu i echinacosideu, dok su bendovi u regiji od 1.519–1.423 cm−1 odgovarali istezanju vibracijskog vrha aromatskog prstena C=C u akteosideu i echinacosideu. Vlažna vibracija na 1.604 cm−1 je bila C=O veza, a vrhunac na 1.157 cm−1 uzrokovan je istezanjem vibracija eterske veze u akteosideu i echinacosideu. U odnosu na FT-IR spektar CMK-3 prije adsorpcije, FT-IR spektar CMK-3 nakon adsorpcije pojavio se novi vrhovi, koji su pripadali karakterističnom vrhuncu akteoside i echinacosidea.
Izotermi N2 adsorpcije-desorpcije su bili važan parametar za adsorpciju PhG-a na CMK-3 i usporedbu adsorbent strukture. Na snimci 3 su se pokazale izoterme N2 adsorpcije-desorpcije CMK-3, CMK-8, DMC i CMK-3 nakon phGs adsorpcije, odnosno. Kao što se vidi sa slike 3, izoterm mezoporoznih ugljika bio je sličan izotermu tipa-IV po tome što je ova vrsta izoterma bila pretežno mezoporozna, u kojoj je raspon veličine pora bio između 2 i 50 nm (Sanz Pérez et al., 2019). Jaz između adsorpcije i izoterme desorpcije nazivan je histereksičnom petlju uzrokovanom reakcijom kapilarne kondenzacije. Za reakcije kapilarne kondenzije, kapilarna kondensacija se javlja prvo u najmanjim porama (Barsotti et al., 2016). To pokazuje da je CMK-3 imao manji mezopore nego DMC i CMK-8, što je bilo u skladu sa rezultatima Tabele 1. Izoterm CMK-3 pokazuje H1 histerezu petlju koja je indikativna za brzo punjenje pora povezanih sa kondenzacijom kapilara i strukturom pora CMK-3 je bila razumno u redu. Izoterm DMC-a pokazuje H3 histeresičnu petlju, ova vrsta histereze je poremetila pore zbog mreže pore koja je izazvala nedefiniranu strukturu poroznog adsorbenta. IZOTERMI CMK-8 pokazuju H2 histereksnu petlju, što ukazuje na to da je struktura pora bila komplicirana i da je distribucija veličine pora bila neupoređena.
N2 adsorpciono-desorpcione izoterme CMK-3 su uspoređivane prije i nakon adsorpcije PhG-ova. Izoterma CMK-3 nakon adsorpcije bila je slična i izotermu tipa-IV na 3B. Ukazivalo je da je CMK-3 nakon adsorpcije održavao svoju mezopornu strukturu. Kao što se vidi iz stola 1, Specifična površina i volumen pore CMK-3 nakon adsorpcije su ispoljili označeno smanjenje, specifična površina CMK-3 prije i nakon adsorpcije se smanjila sa 1.098,02 na 227,75 m2 /g, a volumen pore koji se smanjio sa 1,32 na 0,42 cm3 /g. Ukazivalo je da su phG molekule adsorbovane na CMK-3
Tabela 1 je sažimala površinu specifičnu za BET, volumen pora i veličinu pora od četiri uzorka. POVRŠINE BET-a od CMK-3, DMC, i CMK-8 bile su 1.098,02, 430.42, te 596,00 m2 /g, a volumen pore je bio 1.32, 0.70, odnosno 0,85 m3 /g. Veličina pora od CMK-3 je bila 4,31 nm, manja od veličine CMK-8 (9,58 nm) i DMC (5,18 nm). Može se vidjeti da volumen pora i specifična površina slijede poredak: CMK-3 >CMK-8 >DMC, dok veličina pora slijedi poredak: DMC >CMK-8 >CMK-3.
Na sličici 4 su TGA krivine tri vrste mezoporoznih ugljika (CMK-3, CMK-8 i DMC). Kao što se može vidjeti sa figure 4, tri vrste mezopornih ugljika sve imaju dvije različite faze gubitka mase: prva faza gubitka mase je bila zbog isparavanja vlage u mezoporoznim ugljikima prije 100-C, druga faza masovnog gubitka CMK- 3, DMC i CMK-8 približno se javlja na 660, 427, odnosno 615-C, što odgovara oksidativnom toplinskom raspadanju mezoporoznih karbonskih materijala. Može se vidjeti da je temperatura toplinskog raspada CMK-3 bila višu od CMK-3 i CMK-8, toplinska stabilnost CMK-3 je bila bolja od temperature CMK-8 i DMC.
