大棗多糖硒鐵復(fù)合物的合成工藝研究

丁慧萍 高玉林 洪遠(yuǎn)新 吳 瑛 張 娜

(塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

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大棗多糖硒鐵復(fù)合物的合成工藝研究

丁慧萍 高玉林 洪遠(yuǎn)新 吳 瑛 張 娜*

(塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300)

根據(jù)有機(jī)硒化合物及有機(jī)鐵化合物的合成原理研究了大棗多糖硒復(fù)合物加鐵的合成工藝。利用單因素試驗和正交試驗，研究了反應(yīng)溫度、催化劑用量、三氯化鐵的量及溶劑的量對大棗多糖硒加鐵效果的影響。實驗結(jié)果顯示最佳合成工藝條件為反應(yīng)溫度70 ℃、提取時間5h、三氯化鐵加入量0. 2g、溶劑的量70mL。在此條件下，多糖硒鐵復(fù)合物中硒和鐵的含量分別為3. 414mg/g和12. 04mg/g。紫外光譜數(shù)據(jù)顯示多糖與硒(Ⅳ)和鐵(Ⅲ)先后發(fā)生了反應(yīng)，紅外光譜顯示多糖硒鐵中含有C-Se=O鍵和Se-H鍵，鐵以γ-FeOOH結(jié)構(gòu)聚合成鐵核。

大棗多糖硒鐵； 復(fù)合物； 正交試驗； 結(jié)構(gòu)表征

硒作為人體不可或缺的微量元素之一，與人體的健康息息相關(guān)，具有清除自由基、保護(hù)細(xì)胞、拮抗毒性、提高人體免疫功能、保護(hù)骨髓造血功能及潛在的抗癌、防衰老等多種作用[1]。鐵是血紅蛋白的重要組成部分，是體內(nèi)物質(zhì)氧化供能過程中所需多種化合物的重要組成成分，是維持人體正常生理功能不可或缺的元素，體內(nèi)缺鐵或鐵吸收不良時，就會引起缺鐵性貧血、影響嬰兒行為和智力的發(fā)育、免疫力和抗感染能力下降等多種疾病[2-3]。大棗多糖是大棗中重要的生物活性物質(zhì)，能夠清除自由基、增強(qiáng)免疫功能、抗脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，提高機(jī)體免疫能力，且對正常細(xì)胞無毒副作用，是理想的免疫增強(qiáng)劑[4-5]。

由于大棗多糖本身具有多種生物活性，與金屬離子結(jié)合能給機(jī)體提供安全無毒的微量元素，同時也能發(fā)揮大棗多糖自身的藥用價值，使之具有更強(qiáng)的生物活性，因此對多糖的分子修飾和結(jié)構(gòu)改造具有重要的意義[3]。目前將多糖與硒有機(jī)結(jié)合成為硒多糖，國內(nèi)外的研究尚處于起步階段，獲得了一些人工合成的硒多糖和天然硒多糖，如靈芝硒多糖、香菇硒多糖、螺旋藻硒多糖、箬葉硒多糖和大蒜硒多糖等[6]。同時多糖鐵復(fù)合物的研究也有一定的進(jìn)展，國內(nèi)文獻(xiàn)報道了多種多糖鐵的制備，化橘紅多糖鐵(III)配合物[7]、銀耳多糖鐵(III)配合物[8-9]、當(dāng)歸多糖鐵(III)配合物[10]、地黃多糖鐵(III)配合物[11]、南瓜多糖鐵(III)配合物[12]、紫菜多糖鐵(III)配合物[13]、白芍多糖鐵(III)配合物[14]都有望作為新的生物利用度較高的補(bǔ)鐵劑。但是關(guān)于將大棗多糖與硒、鐵元素合成為大棗多糖硒鐵復(fù)合物的研究尚未見報道。

1 實驗材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

材料：新疆大棗(購于阿拉爾市九團(tuán)農(nóng)貿(mào)市場)洗凈、置于陰涼通風(fēng)處自然晾曬2-3月，風(fēng)干后去核，用粉碎機(jī)打磨成粉，備用。

試劑：亞硒酸鈉、抗壞血酸、無水乙醇、甲苯、鄰苯二胺、硫酸亞鐵銨、鄰菲啰啉、三氯化鐵、硫氰化鉀、高氯酸、檸檬酸鈉等，均為分析純。

儀器：DZF-6053真空干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；SHZ-D循環(huán)水式真空泵(上海東璽制冷儀器設(shè)備有限公司)；FA1004N電子天平(上海菁海儀器有限公司)；FE200樣品粉碎機(jī)(北京永光明)；DF-101S集熱式磁力加熱攪拌器(江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠)；FTIR-8400S紫外分光光度計(日本島津)；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE-5299(上海予華儀器有限公司)；FTIR-8400S傅立葉變換紅外光譜儀(日本島津)。

1.2 實驗方法

1.2.1 大棗多糖的提取

精確稱量100 g去核棗粉，加水800 mL，80 ℃溫度下水浴攪拌浸提3 h，抽濾，殘渣用水反復(fù)提取兩次，合并三次所得多糖提取液，提取液45 ℃減壓濃縮，用無水乙醇沉淀粗多糖，抽濾，得粗多糖沉淀，粗多糖加水溶解后，氯仿正丁醇脫蛋白，所得大棗多糖液用NaOH溶液調(diào)pH值至弱堿性，加0. 4倍多糖液體積的雙氧水水浴保溫4 h脫色，無水乙醇沉淀，抽濾，沉淀用無水乙醇洗滌，45 ℃真空干燥，得大棗多糖。

1.2.2 大棗多糖硒的合成

精確稱量0. 20 g大棗多糖放入250 mL錐形瓶中，加入20 mL的0. 75%硝酸溶液，加熱攪拌使其全部溶解，得10 mg/mL的多糖溶液, 再向錐形瓶中加入0. 2 g亞硒酸鈉，在70℃水浴加熱攪拌，反應(yīng)5 h后，待反應(yīng)液冷卻，抽濾除去沉淀，濾液裝入透析袋中用流水透析過夜，然后取少量(1～2 d)透析液加入抗壞血酸檢測，至無紅色時停止透析，然后減壓蒸餾至稠膏狀(5～10 mL)，用無水乙醇沉淀，在冰箱中放置過夜，抽濾后沉淀用無水乙醇洗滌，真空干燥，得多糖硒。

1.2.3 大棗多糖硒鐵的合成

取0. 20 g按最佳多糖硒的合成工藝合成出的大棗多糖硒，將其加入到250 mL的錐形瓶中，并加入檸檬酸三鈉0. 05 g，用70 mL的蒸餾水溶解，在70℃水浴中不停攪拌10 min，緩慢滴加1 mol/L的三氯化鐵溶液6 mL，滴加完畢繼續(xù)在熱水浴中攪拌1. 5 h，趁熱過濾，收集濾液，減壓蒸餾至20 mL，用流水透析至溶液加KSCN無血紅色為止，減壓蒸餾至稠膏狀(5～10 mL)，醇沉，并靜置過夜，使沉淀完全，過濾，真空干燥，得大棗多糖硒鐵復(fù)合物。

1.2.4 硒標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取2 μg/mL硒溶液0. 00、1. 25、2. 50、5. 00、10. 00、15. 00、20. 00、25. 00 mL，分別置于125 mL分液漏斗中，加水30 mL，用稀鹽酸溶液調(diào)pH = 2，加1%鄰苯二胺鹽酸鹽試液3. 0 mL，搖勻，放置2 h，然后加甲苯10. 00 mL，萃取、靜置，分取甲苯層，以0 mL不含硒溶液為空白對照液，在紫外分光光度計190～800 nm范圍內(nèi)做光譜掃描，確定最大吸收波長為334 nm。于最大吸收波長處測定吸光度值A(chǔ)，以含硒量(微克數(shù))為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出回歸方程。

1.2.5 鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

量取鐵(II)標(biāo)準(zhǔn)溶液0. 01 mg/mL置于50 mL容量瓶中，加入10%抗壞血酸溶液2. 50 mL，鄰菲啰啉顯色液5. 00 mL，用蒸餾水稀釋至刻度，搖勻，標(biāo)準(zhǔn)鐵溶液放置在40℃的水浴鍋中恒溫20 min，用紫外-可見分光光度計在190～800 nm處以蒸餾水為空白進(jìn)行掃描。確定出最大吸收波長為510 nm。準(zhǔn)確吸取含鐵(II)0. 01 mg/mL 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液0. 00 mL、1. 00 mL、2. 00 mL、4. 00 mL、6. 00 mL、8. 00 mL、10. 00 mL，依次加入到50 mL 容量瓶中，再分別一次加入10%抗壞血酸溶液2. 50 mL，鄰菲啰啉溶液5. 00 mL，用蒸餾水定容，搖勻。保持此反應(yīng)液在37℃恒溫20 min，以0. 00 mL鐵標(biāo)液為空白，于最大吸收波長處測定吸光度值A(chǔ)，以含鐵量(毫克數(shù))為橫坐標(biāo)，吸光度A為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，求出回歸方程。

1.2.6 樣品中硒、鐵含量的測定

取大棗多糖硒鐵樣品0. 02 g，研碎后放入100 mL錐形瓶中，加入4 mL混和酸(HClO4∶H2 SO4∶HNO3=1∶1∶4)浸漬，放置過夜。然后將錐形瓶于恒溫水浴鍋中，在95℃下靜置約1. 5 h，然后均分為兩份：一份轉(zhuǎn)入分液漏斗中，按硒標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制中的方法進(jìn)行處理，以334 nm為檢測波長，測定吸光度值，根據(jù)回歸方程計算樣品中硒含量；另一份轉(zhuǎn)入50 mL的容量瓶中，然后按照鐵標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制中的方法進(jìn)行處理，以510 nm為檢測波長，測定吸光度值，根據(jù)回歸方程計算樣品中鐵含量。

1.3 正交試驗設(shè)計

為了得到最佳的制備工藝，本實驗選取檸檬酸鈉、三氯化鐵、反應(yīng)溫度和溶劑的量共四個因素進(jìn)行單因素試驗，在單因素試驗的基礎(chǔ)上確定正交試驗的因素和水平(見表1)，按L9(34)正交表進(jìn)行正交試驗確定最佳制備工藝條件。

表1 試驗因素及水平

1.4 大棗多糖硒鐵復(fù)合物的結(jié)構(gòu)表征

分別稱取適量的多糖、多糖硒、多糖硒鐵于50 mL容量瓶加蒸餾水配置成溶液，然后在200～400 nm波長下進(jìn)行紫外(UV)光譜掃描。

采用KBr壓片法通過傅里葉變換紅外光譜儀分別測定多糖、多糖硒及多糖硒鐵的紅外光譜。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.1.1 硒的標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖1 硒的標(biāo)準(zhǔn)曲線

如圖1所示，硒的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y = 0. 019 2 x - 0. 012 2，其相關(guān)系數(shù)為1。

2.1.2 鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2 鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線

如圖2所示，鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y = 3. 955 3 x - 0. 003 5 ，其相關(guān)系數(shù)為0. 999 6。式中y為鐵的吸光度，x為鐵的質(zhì)量。

2.2 單因素試驗

2.2.1 檸檬酸三鈉對制備效果的影響

在溶劑量70 mL、反應(yīng)溫度80 ℃、三氯化鐵6 mL，檸檬酸三鈉的加入量分別為0. 01 g、0. 05 g、0. 10 g、0. 15 g的條件下實驗結(jié)果如圖3所示。

由圖3可以看出，鐵含量隨著檸檬酸三鈉的加入先迅速增大后又急劇減小，之后趨于平穩(wěn)，當(dāng)加入量至0. 05 g時含量達(dá)最高。

圖3 檸檬酸三鈉對鐵含量的影響

2.2.2 三氯化鐵的量對制備效果的影響

在檸檬酸三鈉0. 05 g、溶劑量70 mL、反應(yīng)溫度80℃，三氯化鐵溶液加入量分別為4 mL、6 mL、8 mL、10 mL的條件下實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 三氯化鐵對鐵含量的影響

由圖4可以看出，隨著1 mol/L的三氯化鐵溶液加入量的增大鐵含量先迅速增大后又緩慢減小，當(dāng)加入量為6 mL時鐵含量達(dá)到最大。

2.2.3 反應(yīng)溫度對制備效果的影響

在檸檬酸三鈉0. 05 g、溶劑量70 mL、三氯化鐵6 mL，反應(yīng)溫度分別為60℃、70℃、80℃、90℃的條件下實驗結(jié)果如圖5所示。

圖5 反應(yīng)溫度對鐵含量的影響

由圖5可以看出，在60 ℃～70 ℃時鐵含量稍有增加，在80 ℃時鐵含量達(dá)到最高，之后含量又急劇減小。

2.2.4 溶劑的量對制備效果的影響

在檸檬酸三鈉0. 05 g、三氯化鐵6 mL、反應(yīng)溫度80 ℃，溶劑的量分別為60 mL、70 mL、80 mL、90 mL的條件下實驗結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，隨著溶劑量的增大，鐵含量先迅速增大，在70 mL時含量達(dá)最高，之后又迅速減小。

2.3 大棗多糖硒鐵的最佳工藝條件

由表2正交試驗結(jié)果極差和方差分析可知，影響大棗多糖硒鐵中鐵含量的各因素的主次順序為三氯化鐵>檸檬酸三鈉>反應(yīng)溫度>溶劑的量，其中三氯化鐵的影響最為顯著。試驗表明，提取工藝的最佳條件為A1B2C2D2，即檸檬酸三鈉加入量0. 02 g、三氯化鐵6 mL、反應(yīng)溫度80 ℃、溶劑的量70 mL。

按照正交試驗所得的工藝進(jìn)行驗證，做3次平行試驗，與正交表中數(shù)據(jù)基本符合，此時大棗多糖硒鐵復(fù)合物中鐵含量為12. 04 mg/g 、硒含量為3. 414 mg/g，而合成多糖硒鐵前大棗多糖硒中硒的含量測得為4. 407 mg/g，從數(shù)據(jù)看合成前后硒的含量降低了22. 5%。

2.4 結(jié)構(gòu)表征

圖6 溶劑的量對鐵含量的影響

表2 L9(34)正交試驗結(jié)果與分析

2.4.1 大棗多糖硒鐵紫外光譜分析

三種樣品的紫外光譜在260和280 nm附近均無明顯特征吸收峰(見圖7)，表明多糖、多糖硒、多糖硒鐵中核酸和蛋白質(zhì)含量很低的緣故。實驗測得三種樣品的特征吸收峰及吸收強(qiáng)度存在明顯的差異，說明多糖與硒、多糖硒與鐵結(jié)合后，結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。

2.4.2 大棗多糖硒鐵紅外光譜分析

圖7 紫外光譜圖

圖8 紅外光譜圖

對比大棗多糖、大棗多糖硒、多糖硒鐵復(fù)合物的紅外光譜圖(如圖8所示)可以看出，大棗多糖硒及多糖硒鐵復(fù)合物與大棗多糖的圖譜基本相似，說明多糖經(jīng)硒化、與鐵配位后多糖的基本結(jié)構(gòu)未變。多糖硒化及鐵配位后，大棗多糖及多糖硒在3 419 cm-1處的O-H伸縮振動變化不大，而多糖硒鐵在此處的吸收峰藍(lán)移至3 417 cm-1處且峰形變尖，說明多糖的羥基可能與Fe3+發(fā)生了絡(luò)合反應(yīng)[15]；在1 618 cm-1處多糖羧基的C=O伸縮振動與多糖硒和多糖硒鐵比，則紅移至1 622 cm-1附近，振動強(qiáng)度變大、峰形變窄，可能是羰基參與了硒化反應(yīng)，并且鐵與羰基配位從而引起C=O振動偶極矩變大[2]；多糖硒和多糖硒鐵在673 cm-1和892. 00 cm-1附近有兩處弱吸收峰，分別歸屬為Se-H、 C-Se=O[2，16]的伸縮振動吸收峰，而多糖在此未見吸收峰。多糖硒鐵在1 024 cm-1和761 cm-1處多了兩個特征吸收峰，與文獻(xiàn)報道[17，18]的γ-FeOOH在1 024 cm-1及750 cm-1附近的761 cm-1處的Fe-OH的兩個特征吸收峰一致，表明多糖硒鐵復(fù)合物中鐵核可能是聚合的γ-FeOOH結(jié)構(gòu)，但具體形成機(jī)制尚需進(jìn)一步研究證實。

3 結(jié)果

本文以阿拉爾大棗為原料，采用水熱浸提法提取出多糖，然后將多糖硒化修飾后合成出大棗多糖硒，然后再經(jīng)Fe3+修飾合成出具有良好生物活性的大棗多糖硒鐵復(fù)合物。研究了反應(yīng)溫度、催化劑用量、加入三氯化鐵的量及溶劑的量對大棗多糖硒加鐵效果的影響。并采用正交試驗優(yōu)化出大棗多糖硒鐵復(fù)合物的最佳合成工藝條件：提取溫度70℃、提取時間5 h、三氯化鐵加入量0. 20 g、溶劑的量70 mL。利用紫外光譜測出大棗多糖硒鐵復(fù)合物合成前多糖硒中硒的含量為4. 407 mg/g，而合成后硒含量為3. 414 mg/g，加鐵后硒含量降低，這可能是因為在合成多糖硒鐵的過程中一部分Se-H鍵或C-Se=O鍵被破壞；利用可見分光光度法測得大棗多糖硒鐵復(fù)合物中鐵含量為12. 04 mg/g。紫外光譜數(shù)據(jù)顯示多糖與硒(Ⅳ)和鐵(Ⅲ)先后發(fā)生了反應(yīng)，紅外光譜顯示多糖硒鐵中含有C-Se=O鍵和Se-H鍵，鐵以γ-FeOOH結(jié)構(gòu)聚合成鐵核。由于大棗多糖硒鐵復(fù)合物是將大棗多糖與無機(jī)硒、無機(jī)鐵制備而成的有機(jī)硒鐵復(fù)合物， 具有多糖、硒和鐵的三重功效， 有望開發(fā)成具有良好經(jīng)濟(jì)效益的補(bǔ)藥品和保健品。

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Study on Synthesis Technology of Jujube Polysaccharide Selenium Ferric Complex

Ding Huiping Gao Yulin Hong Yuanxin Wu Ying Zhang Na*

(College of Life Sciences, Tarim University, Alar, Xinjiang 843300)

According to the synthesis principle of organic selenium compounds and organic iron compounds, the synthesis process of the of jujube polysaccharide selenium compound with iron were studied in this paper. Influence of reaction temperature, catalyst dosage, the amount of ferric chloride and solvent on the jujube polysaccharide selenium adding iron were obtained by single factor test and orthogonal design. The results showed that the optimal synthesis conditions of the method for the reaction temperature was 70℃, the reaction time was 5h, the amount of ferric chloride was 0.2 g and the amount of solvent was 70mL. The total contents of Se and Fe in polysaccharide selenium ferric complex were 3.414 mg/g and 12.04 mg/g at the optimum conditions. The UV spectral datas showed that polysaccharide reacted with Se(Ⅳ) and Fe(Ⅲ) successively. The jujube polysaccharide selenium ferric complex contained c-Se=0 and Se-H through the infrared spectrum. Moreover, it was found that Fe(Ⅲ) were aggregated into iron core by the form of γ-FeOOH.

jujube polysaccharide selenium ferric; complex; orthogonal design; structural characterization

2014-07-08

塔里木大學(xué)校長基金資助項目(TDZKSS201201)

丁慧萍 (1979-)，女，講師，碩士，主要研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)。E-mail：huiping_ding@163.com

E-mail: hnzhangn@163.com

1009-0568(2015)02-0100-06

O

ADOI：10.3969/j.issn.1009-0568.2015.02.019