改性凹土對銀杏葉總黃酮的靜態(tài)吸附性能研究

尹秀蓮，游慶紅

(淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001)

改性凹土對銀杏葉總黃酮的靜態(tài)吸附性能研究

尹秀蓮，游慶紅

(淮陰工學(xué)院生命科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 淮安 223001)

采用改性凹土吸附銀杏葉總黃酮，通過對4種不同改性凹土的篩選，發(fā)現(xiàn)殼聚糖改性凹土對銀杏葉總黃酮有較大的吸附量，為112.70mg/g；對殼聚糖改性凹土對銀杏葉總黃酮的吸附性能進(jìn)行研究，得到溶液總黃酮質(zhì)量濃度、pH值對吸附量的影響趨勢曲線、吸附等溫線、吸附動力學(xué)曲線及吸附速率曲線；以解吸率、總黃酮純度為指標(biāo)對洗脫劑進(jìn)行選擇，發(fā)現(xiàn)1%乙酸-70%乙醇溶液洗脫較好，解吸率為91%，純度為56%。

改性凹凸棒土；銀杏葉總黃酮；吸附性能

凹凸棒土(以下簡稱凹土)是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，具有納米材料的屬性，由于凹土具有非常大的比表面積，因此廣泛用作吸附劑、催化劑載體和抗菌劑載體等。凹土原礦石含有大量的雜質(zhì)影響著凹土的使用性能，需要經(jīng)過提純和改性處理才能提高凹土的使用效果[1-6]。

目前，在中藥精制中應(yīng)用最廣泛的為大孔吸附樹脂。大孔吸附樹脂具有吸附容量大、再生簡單等優(yōu)點，但是大孔樹脂亦有致孔劑等合成原料及溶劑殘留、收縮溶脹系數(shù)較大等缺點[7]。與大孔樹脂相比，凹土具有大的表面積，且無溶劑殘留及收縮溶脹，同時，凹土為天然產(chǎn)物，成本低廉，因此，研究凹土在天然活性成分提取精制中的應(yīng)用能夠降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。本實驗選擇銀杏葉總黃酮作為代表，對改性凹土棒土對銀杏葉總黃酮吸附性能進(jìn)行研究，以期為進(jìn)一步研究凹土在中藥提取精制技術(shù)中的應(yīng)用提供參考，并達(dá)到提高凹土附加值的目的。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

凹土為盱眙原礦，由淮陰工學(xué)院江蘇省凹土工程重點實驗室提供。

殼聚糖(CS，脫乙酰度85%)、槲皮素、山奈酚、異鼠李素對照品 中國藥品生物制品檢定所；銀杏葉總黃酮(以下簡稱總黃酮，總黃酮含量約30%) 實驗室自制。甲醇、乙腈為色譜純；雙蒸水 自制；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

THZ-C臺式恒溫振蕩器 江蘇太倉市華美生化儀器廠；Agilent 1100 LC高效液相色譜儀(包括1100 四元泵、自動進(jìn)樣器、柱溫箱、二極管陣列檢測器) 美國Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 總黃酮溶液的制備

稱取一定量總黃酮，以去離子水在超聲中溶散，然后以去離子水定容即得。

1.3.2 銀杏葉總黃酮的分析方法

采用HPLC法，方法及色譜條件參照文獻(xiàn)[8]。以槲皮素、山奈素、異鼠李素為對照品，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，并對該分析方法精密度、回收率、穩(wěn)定性等進(jìn)行考察。

1.3.3 不同類型凹土的制備

1.3.3.1 純化凹土的制備

稱取凹土20g置于1000mL水中，攪拌12h，靜置，倒去上層水，加純凈水，攪拌12h，靜置，取中間細(xì)顆粒層，于105℃干燥，研細(xì)，過120目篩，得到純化凹土[1,9]。

1.3.3.2 酸化凹土的制備

稱取凹土20g置于1000mL水中，攪拌12h，靜置，倒去上層水，加純凈水，攪拌12h，靜置，取中間細(xì)顆粒層，加濃鹽酸靜置24h，抽濾，水洗至中性，于105℃干燥，研細(xì)，過120目篩，得到酸化凹土[3-4]。

1.3.3.3 有機改性凹土的制備

將0.4mol/L的十六烷基三甲基溴化銨(CTMAB)溶于10mL水中，超聲溶解，加入酸化凹土1.0g，超聲15min，抽濾，水洗至無溴離子，于105℃干燥，研細(xì)，過120目篩，得到有機改性凹土[10]。

1.3.3.4 殼聚糖改性凹土的制備

用體積分?jǐn)?shù)為0.7%的HAc溶液100mL緩慢溶解1.9g殼聚糖，配成黏稠的殼聚糖膠體溶液。用殼聚糖膠體溶液將32g凹土混合，攪拌48h，使之充分浸潤，再于105℃干燥，研細(xì)，過120目篩，得到殼聚糖改性的凹土[11-12]。

1.3.4 不同改性凹土的篩選

精確稱取經(jīng)過不同改性處理的凹土0.5g，置于150mL具塞三角瓶內(nèi)，分別加入質(zhì)量濃度為2.627mg/mL的總黃酮溶液50mL，三角瓶置于恒溫振蕩器內(nèi)，30℃振蕩，使凹土充分吸附，至總黃酮質(zhì)量濃度不再變化。根據(jù)式(1)計算平衡吸附量。

式中：q*為平衡吸附量/(mg/g)；v為溶液體積/ mL；c0為總黃酮的起始質(zhì)量濃度/(mg/mL)；ce為總黃酮的平衡質(zhì)量濃度/(mg/mL)；m為改性凹土的質(zhì)量/g。

1.3.5 吸附實驗

取殼聚糖改性凹土每份0.5g，置于150mL具塞三角瓶內(nèi)，加入總黃酮溶液，置于恒溫振蕩器內(nèi)，在一定溫度下振蕩，使凹土充分吸附總黃酮，分析溶液中總黃酮的質(zhì)量濃度。考察總黃酮溶液質(zhì)量濃度、溫度、pH值等對吸附的影響，并得到相應(yīng)吸附等溫線、動力學(xué)曲線及吸附速率曲線。

1.3.6 洗脫劑的選擇

稱取總黃酮吸附量已知的凹土0.5g，置于150mL三角瓶中，加入適宜洗脫劑，在恒溫振蕩器上以150r/min的轉(zhuǎn)速，解吸3次，每次3h，收集洗脫液，洗脫液回收溶劑，真空干燥，測定總黃酮含量，計算解吸率及洗脫物中總黃酮純度。

式中：D為解吸率/%；cd為洗脫液中總黃酮含量/ (mg/mL)；vd為洗脫液體積/mL；c0為總黃酮溶液的起始質(zhì)量濃度/(mg/mL)；ce為總黃酮溶液的平衡質(zhì)量濃度/ (mg/mL)；v0為總黃酮溶液的初始體積/mL。

式中：P為總黃酮純度/%；m0為洗脫物中總黃酮質(zhì)量/g；m1為洗脫物總質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與分析

2.1 銀杏葉總黃酮分析方法考察結(jié)果

槲皮素、山奈素、異鼠李素對照品的標(biāo)準(zhǔn)曲線見表1，R2均大于0.97，表明線性關(guān)系良好。對該分析方法精密度、回收率、穩(wěn)定性等進(jìn)行考察，RSD均小于2%，表明采用HPLC法測定精密度、回收率良好，在12h內(nèi)測定穩(wěn)定，可以用于總黃酮的測定?？傸S酮對照品及樣品HPLC圖譜見圖1。

表1 槲皮素、山奈素、異鼠李素對照品標(biāo)準(zhǔn)曲線方程Table 1 Standard curve equations of quercetin, kaempferide and isorhamnetin

圖1 總黃酮對照品及樣品HPLC圖譜Fig.1 HPLC chromatograms of mixed quercetin, kaempferide and isorhamnetin standards and the total flavonoid extract from Ginkgo biloba leaves

2.2 改性凹土篩選

改性凹土采用傅里葉變換紅外檢測器，掃描電子顯微鏡等檢測，分別顯示凹土被所用改性劑嫁接。凹土篩選所得結(jié)果見表2。

表2 不同改性凹土對總黃酮吸附量的影響Table 2 Adsorption capacities of attapulgite clay with different modifications to the total flavonoids from Ginkgo biloba leaves

從表2可以看出，不同方法處理的凹土對總黃酮的吸附量不同。未經(jīng)改性處理的純化凹土對總黃酮基本無吸附，這與原土對水溶液中有機分子是無吸附作用的理論相符[7]；酸化改性凹土吸附量最小，可能由于黃酮類化合物分子中具有酚羥基，顯酸性，由于同離子效應(yīng)減少了吸附量；有機改性與殼聚糖改性凹土吸附量相對較大，其中殼聚糖改性凹土吸附量最大，殼聚糖是甲殼素經(jīng)強堿水解或酶解脫去一部分乙?；玫降囊环N線性高分子碳水化合物，含有游離氨基，能結(jié)合酸分子，故顯示出優(yōu)異的吸附作用。

2.3 總黃酮質(zhì)量濃度對殼聚糖改性凹土吸附量的影響

在1.3.5節(jié)實驗條件下，取不同總黃酮質(zhì)量濃度的溶液，對殼聚糖改性凹土作靜態(tài)吸附量考察，結(jié)果見圖2。

圖2 總黃酮質(zhì)量濃度對殼聚糖改性凹土平衡吸附量的影響Fig.2 Effect of total flavonoid content on the adsorption capacity of chitosan-modified attapulgite clay

由圖2可以看出，隨著總黃酮質(zhì)量濃度的增加，平衡吸附量逐漸增加，在質(zhì)量濃度小于3.4mg/mL時，平衡吸附量隨質(zhì)量濃度的增加顯著增加；到質(zhì)量濃度大于4mg/mL時，平衡吸附量漸趨穩(wěn)定。出現(xiàn)該種現(xiàn)象的原因可能是吸附過程是一個吸附、解吸共同存在的一個平衡過程，質(zhì)量濃度小，吸附量小，質(zhì)量濃度大，吸附量大，但當(dāng)質(zhì)量濃度大到一定值后，由于吸附劑的活性位點有限，故吸附量不再隨質(zhì)量濃度的增大而增大。

2.4 總黃酮溶液pH值對殼聚糖改性凹土吸附量的影響

在1.3.5節(jié)實驗條件下，用1mol/L的HCl溶液或1mol/L的NaOH溶液分別將總黃酮溶液調(diào)成pH值為3、4、5、6、7、8、9，并用酸度計檢測，進(jìn)行靜態(tài)吸附，計算殼聚糖改性凹土吸附量，結(jié)果見圖3。

圖3 pH值對殼聚糖改性凹土吸附量的影響Fig.3 Effect of pH on the adsorption capacity of chitosan-modified attapulgite clay

由圖3可知，隨著溶液pH值的升高，殼聚糖改性凹土對總黃酮的吸附量逐漸增加，當(dāng)pH值大于8以后，吸附量隨pH值的增加無明顯變化。出現(xiàn)該趨勢原因可能是總黃酮為弱酸性，在弱堿性環(huán)境下易以解離狀態(tài)存在，促進(jìn)吸附。

2.5 吸附等溫線的測定

按1.3.5節(jié)條件進(jìn)行實驗，得到了25、30、35℃的吸附等溫線，見圖4。

圖4 殼聚糖改性凹土對不同質(zhì)量濃度總黃酮溶液吸附等溫線的影響Fig.4 Adsorption isotherm curves of chitosan-modified attapulgite clay to the total flavonoids from Ginkgo biloba leaves at various concentrations

由圖4可知，吸附量隨溫度升高而增加，說明該吸附為熵增加過程，即吸熱過程，但變化不顯著，說明吸附焓的值很小，溫度對交換容量影響不大[13]。對

25℃吸附平衡數(shù)據(jù)采用Henry、Langmuir和Freundlich方程進(jìn)行了線性擬合[14-15]，利用相關(guān)系數(shù)法對兩種平衡模型進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，Langmuir和Freundlich方程的相關(guān)系數(shù)均較高，其中以Langmuir方程的相關(guān)系數(shù)最高，能更好地描述總黃酮在殼聚糖改性凹土上的吸附行為，30、35℃的數(shù)據(jù)擬合情況與25℃相似。Langmuir型吸附為L型，為當(dāng)溶質(zhì)的吸附能力較強，并易于取代吸附劑表面上所吸附的溶劑時發(fā)生的一種吸附類型，但是在溶液濃度很低的情況下，溶質(zhì)難以被完全吸附，通過該線性擬合，可以看出殼聚糖改性凹土對總黃酮的吸附較易進(jìn)行，屬于單分子層吸附。

Henry方程：

Langmuir 方程

Freundlich方程：

2.6 吸附動力學(xué)曲線的測定

圖5 吸附動力學(xué)曲線與吸附速率曲線Fig.5 Adsorption kinetic curve and adsorption rate curveate curve

吸附動力學(xué)曲線及吸附速率曲線見圖5。由吸附動力學(xué)曲線可以看出，隨著時間的增長，吸附量增加，在8h左右達(dá)到平衡。由吸附速率曲線可看出，吸附速率在前4h迅速降低，以后逐漸平穩(wěn)，由于吸附是一個吸附、解吸的平衡過程，溶液質(zhì)量濃度與吸附量的梯度為吸附動力，隨著吸附的進(jìn)行，凹土表面可被利用的活性位點越來越少，吸附解吸漸趨平衡，故吸附速率降低，該過程符合Langmuir單分子層吸附理論[16]。

2.7 洗脫劑的選擇

圖6 不同洗脫液對解吸率與純度的影響Fig.6 Effect of desoprtion solvent composition on desorption rate and total flavonoid purity

由圖6可知，隨著溶液中乙醇體積分?jǐn)?shù)的升高，洗脫率增加，但是純度降低，考慮到黃酮的弱酸性，在體積分?jǐn)?shù)70%乙醇中添加體積分?jǐn)?shù)1%乙酸利于黃酮的洗脫，實驗表明，以1%乙酸-70%乙醇為洗脫劑洗脫，解吸率、純度均較高，分別為91%、56%。實驗采用乙醇作為主要洗脫劑，主要是考慮到銀杏葉總黃酮易溶于乙醇，且乙醇毒性小，適合天然藥物有效成分的提取分離[10]。

3 結(jié) 論

3.1 本實驗對改性凹土對銀杏葉總黃酮的吸附性能進(jìn)行研究，以吸附量為指標(biāo)，選擇對總黃酮吸附量最大的殼聚糖改性凹土進(jìn)行了研究，得到了總黃酮溶液質(zhì)量濃度、pH值對吸附量的影響趨勢，隨著質(zhì)量濃度的增加，平衡吸附量增加，到質(zhì)量濃度大于4mg/mL時，平衡吸附量漸趨穩(wěn)定，弱堿性環(huán)境利于吸附的進(jìn)行。

3.2 對吸附等溫線進(jìn)行了線性擬合，認(rèn)為Langmuir 方程的相關(guān)系數(shù)最高，能更好地描述總黃酮在殼聚糖改性凹土上的吸附行為。吸附動力學(xué)曲線、吸附速率曲線表明吸附在8h達(dá)到平衡，符合Langmuir單分子吸附理論，以解吸率、總黃酮純度為指標(biāo)對洗脫劑進(jìn)行了選擇，發(fā)現(xiàn)1%乙酸-70%乙醇溶液洗脫較好，解吸率為91%，純度為56%。結(jié)果表明凹土對銀杏葉總黃酮有一定的純化作用，與常用的吸附劑大孔樹脂相比，吸附量略低[11]，凹土原礦經(jīng)過處理后，多為細(xì)粉末，以細(xì)粉末進(jìn)行靜態(tài)吸附，存在難于過濾的缺點，但凹土吸附無溶劑殘留，純化效果較好且成本低，若將凹土加工成穩(wěn)定的顆粒后再進(jìn)行吸附則能克服其難過濾的缺點。

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Static Adsorption Properties of Total Flavonoids from Ginkgo biloba Leaves on Modified Attapulgite Clay

YIN Xiu-lian，YOU Qing-hong,
(School of Life Science and Chemical Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai an 223001, China)

Modified attapulgite clay as an adsorbent was used to explore the adsorption properties of the total flavonoids from Ginkgo biloba leaves. Four different kinds of modified attapulgite clay were investigated for their adsorption capacities towards the total flavonoids, and chitosan-modified attapulgite clay was found to have the largest adsorption capacity, which was up to 112.70 mg/g. The adsorption properties of the total flavonoids on chitosan-modified attapulgite clay were explored, and the curves showing the respective effects of sample concentration and pH on the adsorption capacity of the total flavonoids on chitosanmodified attapulgite clay and the adsorption isothermal curves and kinetic curves were plotted. The optimal desoprtion solvent for achieving both high desorption rate (91%) and total flavonoid purity (56%) was composed of 70% ethanol and 1% acetic acid.

：modified attapulgite clay；total flavonoids from Ginkgo biloba leaves；adsorption properties

R284.2

A

1002-6630(2010)17-0047-04

2010-01-11

尹秀蓮(1978—)，女，講師，碩士，研究方向為天然活性成分提取分離。E-mail：yinxiulian@163.com