パートⅠ：Cistanche：メソポーラスカーボンへのフェニルエタノイド配糖体の高効率吸着
Mar 04, 2022
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Helin Xu、Wenjing Pei、Xueqin Li、およびJinli Zhang
フェニルエタノイド配糖体の主要な活性化合物ですカンカニクジュヨウ（クリックで製品を表示）、抽出物からの吸着によりフェニルエタノイド配糖体を高度に精製することが非常に望ましい。 フェニルエタノイド配糖体の高効率吸着を探求するために、フェニルエタノイド配糖体（フェニレタノイド配糖体）を効率的に分離および精製するための新しい吸着材料カンカニクジュヨウ探検されました。 秩序化メソポーラスカーボン（CMK -3）、無秩序メソポーラスカーボン（DMC）、および3次元立方メソポーラスカーボン（CMK -8）の3つのメソポーラスカーボンを、フェニルエタノイド配糖体の吸着について比較しました。 一方、吸着等温線、吸着速度論、および吸着条件の最適化が調査された。 結果は、CMK -3が、比表面積が大きく、細孔容積が大きく、酸素含有官能基があるため、358.09±4.13 mg/gという最高の吸着容量を示したことを示しています。 実験データは、ラングミュアモデルと疑似2次モデルを使用して正確に記述することができます。 粒子内拡散モデルは、吸着の律速段階が粒子内拡散であることを示唆した。
前書き
カンカニクジュヨウ はハマウツボ科の寄生植物であり（Li et al。、2016; Wang X. et al。、2017）、主にTamarix植物とCalotropis種の根で成長しました（Zhang W. et al。、2016; Yanetal。 、2017）。 Cistanche tubeulosaは、もともと神農の中国のマテリアメディカで記録されました。 紀元前100年カンカニクジュヨウの成長と栽培には厳しい環境条件が必要であり、新疆ウイグル自治区、内モンゴル、甘粛省、青海省、中国の寧夏回族自治区など、北半球の乾燥した土地や砂漠に広く植えられました。 （You et al。、2016）。カンカニクジュヨウ腎臓に栄養を与え、老化を防ぎ、血液の本質を高め、大腸を湿らせて便を解放する機能を備えた貴重な中国の強壮剤でした（Gu et al。、2016; Shimada et al。、2017; Cui etal。 al。、2018）、そしてそれはとして評判されています「砂漠の高麗人参」（Song et al。、2016; Wang et al。、2018）。 Cistanche tubeulosaは、2005年版（Wang T. et al。、2016; Pei et al。、2019）からCistanches Herba（中国名：Rou cong rong）の本物の情報源として中国薬局方に正式に記録されました。
以前の研究では、PhG、イリドイド、多糖類など、カンカニクジュヨウのいくつかの主要な化学成分が明らかになりました（Li et al。、2018a）。 PhGの構造は、主に桂皮酸と多糖類アルコールで構成され、エステルとグリコシド結合を介してβ-グルコピラノースに結合し（Luo et al。、2010）、フェニルエタノイド配糖体は、カンカニクジュヨウの主要な活性成分と見なされています。薬理学的活動（Liao et al。、2018）。 この研究は、PhGが神経保護、免疫調節、抗炎症、肝臓保護、抗酸化などのさまざまな薬効を持っていることを示しました（Aiello et al。、2015; Shiao et al。、2017; Wu et al。、2018、 2019）。 植物化学的評価によると、エキナコシド、アクテオシドなどのPhGは、カンカニクジュヨウとその種の品質評価のためのマーカー化合物として通常選択されたカンカニクジュヨウの主要な有効成分およびマーカーであると考えられました（Li et al。、2017b）。カンカニクジュ属はこれらの化合物によって区別されました。 PhGは、分子内に多くのヒドロキシル基とフェノール性ヒドロキシル基を持っていたため、天然に存在する水溶性化合物でした。 したがって、フェニルエタノイドは、水溶液中でカンカニクジュヨウから分離することができます。
吸着（Liu et al。、2016）、膜分離（Zhang et al。、2018b; Li et al。、2019）、溶媒抽出など（Li et al。、2015a、b; Wang S. et al。、2016; Zhang H. et al。、2016）。 しかし、膜分離と溶媒抽出は大規模な調製には適さず、生成物の高い回収率を達成することは困難でした（Zhang et al。、2018a）。 吸着は、天然物の分離に最も広く採用されている方法の1つでした（Wang S. et al。、2016; Konggidinata et al。、2017）。 その独特で調整可能な細孔構造、高い表面積、および機械的安定性により、メソポーラスカーボン（細孔サイズ2〜50 nm）は、吸着性天然物の一種の効率的な吸着剤であることが証明されています。 この研究は、メソポーラスカーボンが高分子を吸着するのにより適していることを示しています。たとえば、メソポーラスカーボンはQinらによって使用されています。 トチュウの葉からのクロロゲン酸の濃縮に（Qin et al。、2018）。 Lietal。 水熱処理アプローチによって2つのメソポーラス炭素を合成し、水からの塩酸ベルベリンとマトリンに対する2つのメソポーラス炭素の吸着性能を評価しました（Li et al。、2018b）。 非常に効率的な吸着剤として有望な材料の一種と考えられていました（Zhang et al。、2013; Tian et al。、2015; Zhou et al。、2016）。 さらに、メソポーラスカーボンは、廃水からの芳香族化合物、染料、および重金属の吸着除去にも適用されています（Kong et al。、2016）。 以前に出版された作品において、Liu等。 カンカニクジュヨウからPhGを吸着するためにマクロポーラス樹脂を使用し、PhGの純度は向上しましたが、吸着容量と脱着速度は低かった。 マクロポーラス樹脂と比較して、メソポーラスカーボンは、比表面積が大きく、適切な細孔径、および細孔容積が大きいという特徴がありました。 したがって、メソポーラスカーボンはPhGの非常に効率的な吸着剤であると考えられました。 この研究では、カンカニクジュヨウからのフェニルエタノイド配糖体の分離と精製のための吸着剤として、3種類のメソポーラスカーボンを選択しました。
この作業の主な目的は、カンカニクジュヨウからのフェニルエタノイド配糖体の分離と精製のためのCMK-3の吸着性能を調査することでした。 CMK - 3の吸着性能に対するさまざまな濃度、pH、および温度の影響を調査し、PhGの最適な吸着条件を選別しました。 メソポーラス炭素は、FT-IR、BET、TEM、およびTGA、吸着等温線によって特徴付けられ、速度論が実行され、詳細に分析されました。
カンカニクジュヨウ
実験
材料と試薬
カンカニクジュヨウ茎はCongrongtangBiologicalTechnology Co.、Ltd.（新疆）から購入しました。 エキナコシド（純度98％以上）およびアクテオシド（純度98％以上）の標準は、Sunny Biotech Co.、Ltd.（上海）から購入しました。 HLPCのアセトニトリル、メタノール、酢酸は、Thermo Fisher Scientific Co.、Ltd.（上海）から購入しました。 分析グレードのエタノールはYongshengFineChemical Co.、Ltd.（Tianjin）から購入しました。 秩序化メソポーラスカーボン（CMK -3）、無秩序メソポーラスカーボン（DMC）、および3次元立方秩序メソポーラスカーボン（CMK -8）は、Xianfeng Nano Material Technology Co.、Ltd.（Nanjing）から購入しました。 。
特性評価
調製したサンプルの形態と微細構造を、200 kVで動作する透過型電子顕微鏡（TEM、Tecnai G2 F20）を使用して調査しました。 TEMサンプルは、Cuグリッドで支持された炭素膜上にメソポーラス材料を含むエタノール溶液の液滴を堆積させることにより、周囲条件下で調製されました。 一般的に、顕微鏡の解像度を上げるために、より短い波長の光源が選択され、メソポーラスカーボンの構造をはっきりと観察することができます。 表面官能基は、赤外放射と物質分子間の相互作用を使用して、フーリエ変換赤外分光法（FT-IR、AVATAR360）によって定性的に測定されました。 FT-IR使用減衰全反射法テスト、条件は2 cm-1のステップサイズで、スキャン範囲は4、000 –400cm-1でした。 メソポーラス炭素の比表面積、細孔サイズ、細孔容積などの物理的構造データは、Brunauer-Emmett-Teller（BET、ASAP 2460）によって計算されました。 吸着剤の手順は次のとおりです。メソポーラスカーボンを60°Cで12時間脱気し、N2吸着-脱着曲線を-196°Cでテストして、比表面積、細孔サイズ、および細孔容積を計算しました。メソポーラスカーボン。 熱重量分析装置（TGA、STA 449 F3）は、熱重量分析を使用して物質の温度と質量の関係を検出する機器であり、TGAはプログラム温度制御下で温度の関数として物質の質量を測定します。 TGAデータは、空気雰囲気下で10°C /分の加熱速度で30〜800°Cの範囲の温度でTGAを使用して取得されました。
HPLC分析
エキナコシドとアクテオシドの含有量は、高速液体クロマトグラフィー（HPLC、Waters Co.、USA）によって検出されました。 このシステムには、オートサンプラー、高圧ポンプ、および紫外線（UV）検出器が含まれていました。 分析は、非対称C18カラム（100Å、5µm、4.6×250mm）で実施しました。 HPLCは、グラジエント溶出法を使用してサンプルを分離および検出しました。 インジェクションループの容量は10µm、カラム温度は30°C、UV分光光度計の検出波長は330 nm、流速は1 ml / min、移動相は（A）アセトニトリルと（B）酢酸でした。 /水（1：44、v / v）。
吸着平衡
CMK - 3の吸着条件の最適化実験は、アクテオシドとエキナコシドの混合物を使用して、最適な条件下で原油を使用して実施されました。カンカニクジュヨウの抽出物は吸着サイクル実験で実施され、すべての吸着実験は少なくとも3回繰り返し実施されました。同じバッチの実験で、CMK-8とDMCのメソポーラスカーボンがCMK-3と並行して実行されました。 3種類のメソポーラスカーボン（CMK - 3、DMC、CMK -8）をそれぞれ10mgずつ3本のボトルに加えました。 次に、初期濃度がC 0（mg / mL）の15mLサンプル溶液をボトルに追加しました。 吸着平衡に達するまで、ボトルを30°Cの恒温シェーカーに24時間入れました。 次に、1 mlの吸着溶液を0.22µmフィルターでろ過し、サンプル溶液の平衡濃度Ce（mg / mL）をHPLCで測定しました。
脱着実験
次に、メソポーラス炭素の脱着実験を行った。 15 mLのメタノール/酢酸（9：1、v / v）混合溶液の下に吸着したメソポーラスカーボンを、30◦Cで1時間超音波の水浴に入れました。 得られた脱着液を0.22フィルターでろ過した後、HPLCで分析した。 吸着容量QE（mg / ml）は次のように評価されました。
QE {{0}}（C0 − Ce）・v / w（1）
（1）ここで、Vは溶液の体積（mL）、Wはメソポーラス炭素の重量（g）です。
結果と考察
特性評価
図1は、3種類のメソポーラスカーボンのTEMを示しています。 DMCは無秩序な多孔質ネットワークであり、CMK -8は3次元多孔質のネットワーク構造であり、CMK -3は規則正しい一次元細孔を備えた明確な縞模様の構造であり、報告された結果と同様でした（ Wang et al。、2006; Luo et al。、2010）。
図2は、メソポーラス炭素（CMK -3、DMC、およびCMK -8）のFT-IRスペクトルと、CMK-3吸着前後のFT-IRスペクトルを示しています。 図2Aから、メソポーラス炭素の表面の官能基は主に酸素含有基であることがわかります。 3種類のメソポーラスカーボンのスペクトルの全体的な形状は類似していた。 メソポーラスカーボンは、OHの伸縮振動バンドを参照して3,423cm-1にピークバンドを示しました。 1,580および1,629cm-1の領域のバンドは、カルボニルおよびカルボキシルC=Oの伸縮振動に対応します。 また、1,384 cm-1に発生するピークは、アルコール性COの伸縮振動であり、2,922cm-1と2,852cm-1の引張振動は、それぞれメチレン基とメチル基のCHに対応します。 これは、メソポーラス炭素の表面に存在する酸素含有基が、PhGs分子とメソポーラス炭素の間の弱い化学的相互作用につながる可能性があることを示しています。
図2Bは、吸着、アクテオシド、およびエキナコシドの前後のCMK-3のFT-IRスペクトルを示しています。 1,697 cm-1の特徴的なピークは、アクテオシドとエキナコシドのオレフィンのC=Cに由来し、1,519〜1,423 cm-1の領域のバンドは、芳香環C{{の伸縮振動ピークに対応していました。 12}}アクテオシドとエキナコシドのC。 1,604cm-1の引張振動はC=O結合であり、1,157cm-1のピークはアクテオシドとエキナコシドのエーテル結合の伸縮振動によるものでした。 吸着前のCMK-3のFT-IRスペクトルと比較して、吸着後のCMK -3のFT-IRスペクトルは、アクテオシドとエキナコシドの特徴的なピークに属する新しいピークを示しました。
N2吸着-脱着等温線は、CMK-3へのPhGの吸着と吸着剤構造の比較のための重要なパラメーターでした。 図3は、PhG吸着後のCMK -3、CMK -8、DMC、およびCMK-3のN2吸脱着等温線をそれぞれ示しています。 図3からわかるように、メソポーラスカーボンの等温線は、このタイプの等温線が主にメソポーラスであり、細孔サイズの範囲が2〜50 nmであるという点で、タイプIVの等温線と同様でした（SanzPérezetal。 、2019）。 吸着と脱着の等温線の間のギャップは、毛細管凝縮反応によって引き起こされるヒステリシスループと呼ばれていました。 キャピラリー縮合反応の場合、キャピラリー縮合は最初に最小の細孔で発生します（Barsotti et al。、2016）。 これは、CMK-3のメソ細孔がDMCおよびCMK-8よりも小さいことを示しています。これは、表1の結果と一致しています。CMK-3の等温線は、H1ヒステリシスループを示しています。キャピラリー凝縮に関連する急速な細孔充填とCMK-3の細孔構造が適度に秩序だったことを示しています。 DMCの等温線は、H3ヒステリシスループを示します。このタイプのヒステリシスは、多孔質吸着剤の未定義の構造を引き起こした細孔のネットワークのために、無秩序な細孔を持っていました。 CMK -8等温線は、H2ヒステリシスループを示します。これは、細孔構造が複雑で、細孔サイズ分布が不均一であることを示しています。
CMK -3のN2吸着-脱着等温線を、PhGの吸着の前後で比較しました。 吸着後のCMK-3の等温線も、図3BのIV型等温線と同様でした。 これは、CMK-3が吸着後もメソポーラス構造を維持していることを示しています。 表1からわかるように、吸着後のCMK -3の比表面積と細孔容積は著しく減少し、吸着前後のCMK-3の比表面積は1から減少しました{{18 }}98.02から227.75m2/ g、および細孔容積は1.32から0.42 cm3/gに減少しました。 これは、PhGs分子がCMKに吸着されたことを示しています-3
Table 1 summarized the BET-specific surface area, pore-volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g, and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >CMK-3。
図4は、3種類のメソポーラスカーボン（CMK -3、CMK -8、およびDMC）のTGA曲線を示しています。 図4からわかるように、3種類のメソポーラスカーボンにはすべて2つの異なる質量損失段階があります。質量損失の最初の段階は100°C前のメソポーラス炭素の水分の蒸発によるもので、2番目の質量損失段階です。 CMK - 3、DMC、CMK -8は、それぞれ660、427、615°Cで発生します。これは、メソポーラス炭素材料の酸化熱分解に対応します。 CMK-3の熱分解温度はCMK-3およびCMK-8よりも高く、CMK-3の熱安定性はCMK{の熱安定性よりも優れていたことがわかります。 {14}}およびDMC。
