筋骨草總黃酮大孔樹脂吸附熱力學(xué)研究

施淑琴， 施 群， 鐘宇森， 方 杰

(1.金華職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 金華 321007;2.金華市中心醫(yī)院，浙江 金華 321000;3.浙江醫(yī)學(xué)科學(xué)院，浙江杭州 310013)

筋骨草為唇形科筋骨草屬筋骨草Ajuga decumbensThunb.的全草，又名白毛夏枯草、金瘡小草，主產(chǎn)于我國長江以南地區(qū)，具有清熱解毒、涼血平肝之功效，主治上呼吸道感染、扁桃體炎、咽炎、支氣管炎、肺炎等癥?，F(xiàn)代研究表明，其主要含有6，7-二羥基-香豆素、木犀草素、槲皮素、5，7-二羥基-4'-甲氧基黃酮等成分［1-3］，具有顯著的止咳、化痰、抗炎、抗腫瘤、保肝等作用［4-8］。項(xiàng)目組前期研究發(fā)現(xiàn)，其總黃酮提取物體外具有顯著的乙酰膽堿酯酶抑制作用，為提高該有效成分量及明確其藥效作用，故需對(duì)其總黃酮有效成分進(jìn)行純化。

目前，大孔樹脂已被廣泛應(yīng)用于中藥提取物及其復(fù)方制劑有效成分的提取、除雜、純化，具有高效、省時(shí)、可重復(fù)使用、再生處理簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。尤其對(duì)中藥黃酮類具有較強(qiáng)的選擇性吸附作用，可通過范德華力和氫鍵作用力對(duì)目標(biāo)成分進(jìn)行吸附純化［9-11］。因此，本實(shí)驗(yàn)以筋骨草總黃酮為考察指標(biāo)，采用靜態(tài)吸附法，選用7種不同型號(hào)大孔樹脂對(duì)筋骨草提取物中的總黃酮進(jìn)行純化工藝研究，為大孔吸附樹脂分離純化筋骨草總黃酮的工藝研究提供依據(jù)，為進(jìn)一步開發(fā)筋骨草資源奠定基礎(chǔ)。

1 儀器與試劑

SHIMADZU高效液相色譜儀 (日本島津);TU—1900雙光束紫外可見分光光度計(jì) (北京普析通用儀器有限公司);FA1004電子天平 (上海分析天平儀器廠);HWS—12電熱恒溫水浴鍋 (上海一恒科學(xué)儀器有限公司);RE—501旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器 (上海衛(wèi)凱儀器設(shè)備有限公司)。

蘆丁對(duì)照品 (中國藥品生物制品檢定所，批號(hào):1521-200401)，其余所用試劑均為分析純。大孔樹脂分別購于滄州寶恩化工有限公司和天津南開大學(xué)化工廠。筋骨草 (批號(hào)100413)購于浙江中醫(yī)藥大學(xué)中藥飲片廠，經(jīng)本人鑒定為筋骨草Ajuga decumbensThunb.的干燥全草。

2 方法與結(jié)果

2.1 總黃酮測(cè)定方法的建立

2.1.1 對(duì)照品溶液的制備 精密稱取蘆丁對(duì)照品3.0 mg，置25 mL量瓶，加60%乙醇5 mL，超聲3 min溶解后，繼續(xù)加60%乙醇稀釋至刻度，搖勻，即得質(zhì)量濃度為0.12 mg/mL的蘆丁對(duì)照品溶液，備用。

2.1.2 線性關(guān)系考察 采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH法［12］測(cè)定提取物中總黃酮的量。精密吸取蘆丁對(duì)照品溶液0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分別置25 mL量瓶中，依次加入5%NaNO21.0 mL，10%Al(NO3)31.0 mL和10%NaOH 10 mL，前后兩種試劑加入時(shí)間之間間隔6 min，最后加60%乙醇稀釋至刻度，搖勻，靜置10 min，以相應(yīng)試劑作空白，于510 nm處測(cè)定吸光度。以吸光度值為橫坐標(biāo)，以對(duì)照品溶液質(zhì)量濃度為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，得回歸方程:y=3.22x+0.031，r=0.999 2。表明蘆丁在0.002 4～0.024 mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.2 上樣溶液的制備 稱取干燥的筋骨草粗粉200 g，加16倍量60%乙醇回流提取2.0 h，提取2次，過濾后減壓濃縮，繼續(xù)回收溶劑至無乙醇味［12］，減壓抽濾，加蒸餾水定容至200 mL，作為上樣溶液備用。按2.1.2項(xiàng)方法，測(cè)定其總黃酮質(zhì)量濃度為8.75 mg/mL。

2.3 大孔樹脂的篩選 平行稱取1.0 g(抽干)經(jīng)預(yù)處理的7種大孔樹脂各1份，分別置于7個(gè)250 mL錐形瓶中，分別加50 mL不同質(zhì)量濃度的上樣溶液，20℃下靜態(tài)吸附12 h后，從吸附反應(yīng)體系中吸取0.1～0.2 mL溶液。按2.1.2項(xiàng)方法，測(cè)定其總黃酮質(zhì)量濃度，計(jì)算各型號(hào)樹脂相應(yīng)的吸附量和吸附率;將靜態(tài)吸附后的樹脂過濾抽干，加50 mL 95%乙醇解吸8 h后，按2.1.2項(xiàng)方法，測(cè)定解析液中總黃酮的量，計(jì)算各型號(hào)大孔樹脂相應(yīng)的解析率和回收率［11-13］。結(jié)果如表1所示，HPD300樹脂對(duì)筋骨草總黃酮的飽和吸附量和解析率最大，故確定選用HPD300樹脂分離純化筋骨草總黃酮。

表1 各種型號(hào)大孔樹脂對(duì)筋骨草總黃酮的靜態(tài)吸附效果(n=3)

2.4 靜態(tài)吸附性能的分析 平行準(zhǔn)確稱取2.0 g HPD300樹脂3份，分別置于3個(gè)250 mL錐形瓶中，分別于每個(gè)錐形瓶中加50 mL不同質(zhì)量濃度的上樣溶液，分別置20℃、30℃和40℃的電熱恒溫水浴鍋中，靜態(tài)吸附12 h，從吸附反應(yīng)體系中吸取0.2 mL溶液。按2.1.2項(xiàng)方法，測(cè)定其總黃酮濃度，計(jì)算各型號(hào)樹脂相應(yīng)的吸附量和吸附率;將靜態(tài)吸附后的樹脂過濾抽干，加50 mL 95%乙醇解吸8 h后，按2.1.2項(xiàng)方法，測(cè)定解析液中總黃酮的量。

分別采用Langmuir方程 ［Ce/Q=Ce/Qm+1/(KLQm)］和Freundlich方程 (lnQ=nlnCe+lnK)2個(gè)種常用的等溫吸附模型對(duì)不同溫度條件下HPD300樹脂的吸附濃度和解析濃度進(jìn)行擬合分析。其中:Q表示1 g HPD300樹脂的筋骨草總黃酮吸附量;W表示反應(yīng)體系中所用HPD300樹脂的質(zhì)量 (g);C0表示上樣溶液的質(zhì)量濃度 (mg/mL);Ce表示吸附平衡時(shí)反應(yīng)體系的質(zhì)量濃度 (mg/mL);V表示上樣溶液的體積 (mL);Qm表示HPD300樹脂的平衡吸附量(mg);KL表示HPD300樹脂的吸附平衡系數(shù)。結(jié)果見表2。

由表2等溫吸附模型擬合結(jié)果顯示，Langmuir和Freundlich擬合方程的R值均大于0.95，表明可用此兩者描述HPD300樹脂對(duì)筋骨草總黃酮的吸附特征。隨著吸附溫度的升高，HPD300樹脂對(duì)筋骨草總黃酮的吸附能力逐漸升高，平衡吸附量 (即Qm值)也逐漸升高，證明HPD300樹脂對(duì)筋骨草總黃酮的吸附過程是一個(gè)吸熱過程，升高溫度有利于吸附反應(yīng)進(jìn)行。

表2 模型方程擬合結(jié)果

為進(jìn)一步分析該靜態(tài)吸附過程的熱力學(xué)特性，采用焓變方程lnK=K0+ΔH/RT對(duì)表2結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。其中，ΔH是等量吸附焓變，即方程斜率;R是理想氣體常數(shù)8.314 J/(mol·K);T是絕對(duì)溫度。此外，采用Gibbs方程ΔG=－RTlnK=TΔS－ΔH對(duì)Langmuir等溫方程中的吸附系數(shù)KL進(jìn)行相關(guān)性分析。其中，ΔG為吸附自由能;K為平衡吸附系數(shù)。結(jié)果見表3。

表3 不同吸附溫度的自由能變、焓變和熵變

結(jié)果如表3所示，焓變值ΔH為正值，證明這一靜態(tài)吸附反應(yīng)是吸熱過程，該結(jié)果與表2計(jì)算結(jié)果相一致。同時(shí)，隨著溫度的升高，自由能ΔG逐漸升高，證明該吸附過程是非自發(fā)進(jìn)行;升高溫度，可促進(jìn)HPD300樹脂通過范德華力對(duì)筋骨草總黃酮的吸附。結(jié)合表2結(jié)果可知，在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，升高溫度有利于吸附反應(yīng)的正向進(jìn)行。

3 討論

3.1 樹脂的極性和空間結(jié)構(gòu) (孔徑、比表面、比容)是影響吸附性能的重要因素［14-15］。有機(jī)物是通過擴(kuò)散到樹脂的孔徑而被吸附，因此孔徑大小直接影響吸附效果，同時(shí)比表面積的大小也會(huì)影響樹脂的吸附性能。HPD300大孔樹脂為聚苯乙烯型非極性樹脂，比表面積為800 m2/g，平均孔徑50～55 ?，洗脫性良好，適用范圍廣泛。

3.2 本實(shí)驗(yàn)前期，曾考察了不同吸附溫度條件下，大孔樹脂對(duì)筋骨草總黃酮吸附解析效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)T＜288 K時(shí)，上樣溶液中的筋骨草黃酮因溶解度降低易沉淀，吸附在樹脂表面，影響吸附效果;當(dāng)T＞318K時(shí)，受熱影響，樹脂體積增大，吸附性能降低;而T間隔較小，吸附曲線較為接近，無顯著性差異，故最終選擇T=293、303、313 K作為溫度參數(shù)進(jìn)行熱力學(xué)分析。通過上述7種大孔樹脂對(duì)筋骨草總黃酮吸附解吸的測(cè)定分析可知，HPD300樹脂具有吸附率高、解吸容易、吸附量大等特點(diǎn)，適用于筋骨草總黃酮的吸附純化。其靜態(tài)吸附性能可用Langmuir和Freundlich等溫方程擬合;同時(shí)，熱力學(xué)特性研究表明，HPD300樹脂對(duì)筋骨草總黃酮的吸附過程是一個(gè)非自發(fā)性的吸熱過程，在本實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)升高溫度有利于吸附反應(yīng)的進(jìn)行。

4 結(jié)論

筋骨草總黃酮提取物是一個(gè)復(fù)雜的多組分體系。通過靜態(tài)吸附解析實(shí)驗(yàn)，確定HPD300樹脂對(duì)分離純化筋骨草總黃酮的效果最佳，回收率在85%以上。HPD300吸附筋骨草總黃酮的過程為吸熱過程，升溫有利于吸附。適當(dāng)提高反應(yīng)體系溫度，有利于提高HPD300樹脂對(duì)分離純化筋骨草總黃酮的效果。

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