大孔吸附樹脂對(duì)橡膠乳清中白堅(jiān)木皮醇靜態(tài)吸附的研究

董鐵山　陳默　王建龍　曾日中　黃茂芳　桂紅星

摘 要 通過(guò)靜態(tài)吸附、靜態(tài)解吸及吸附動(dòng)力學(xué)研究，對(duì)比分析了ADS-7、ADS-17、聚酰胺樹脂、超高交聯(lián)樹脂和酚醛型樹脂等5種大孔吸附樹脂對(duì)橡膠乳清中白堅(jiān)木皮醇的分離效果，同時(shí)探討了ADS-17樹脂在25 ℃下的等溫吸附過(guò)程，并用Langmuir吸附等溫線模型和Freundlich模型分別對(duì)吸附數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。結(jié)果表明：5種樹脂中，中極性的大孔吸附樹脂ADS-17對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附效果最佳，吸附平衡時(shí)間約4 h，吸附量可達(dá)5.8 mg/g干樹脂；且白堅(jiān)木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附符合Langmuir吸附等溫線模型，為單分子層吸附。

關(guān)鍵詞 大孔吸附樹脂；白堅(jiān)木皮醇；橡膠乳清；靜態(tài)吸附；等溫吸附

中圖分類號(hào) R284.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

白堅(jiān)木皮醇（2-甲氧基-L-（-）-肌醇）是一種具有左旋結(jié)構(gòu)的藥物和制藥原料，在活體生物代謝中起著控制細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程和細(xì)胞內(nèi)部信息傳導(dǎo)的重要作用，可用于治療胃損傷、癌癥、糖尿病和艾滋病等[1-4]，受到生化、藥物和醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注[5]。白堅(jiān)木皮醇在天然橡膠乳清中的含量為0.2%～1.9%[6]，傳統(tǒng)的分離、提取多采用加熱濃縮、分離純化的方法[7-9]，但工藝復(fù)雜，產(chǎn)品純度低，且能耗過(guò)高，不利于產(chǎn)業(yè)化。

大孔吸附樹脂是20世紀(jì)60年代末發(fā)展起來(lái)的一種人工合成的有機(jī)高聚物吸附劑，具有良好的大孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，可以通過(guò)物理吸附從水溶液中有選擇性地吸附目標(biāo)物，交換速度快，使用周期長(zhǎng)，易于再生，成本費(fèi)用低，已在環(huán)保、食品、醫(yī)藥領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在天然藥物的分離、富集、純化中的應(yīng)用也越來(lái)越受到人們的重視[10-11]。但迄今為止，很少用于橡膠乳清中白堅(jiān)木皮醇的分離純化。

本研究選擇了5種大孔吸附樹脂，分別比較其對(duì)乳清中白堅(jiān)木皮醇的吸附、解吸附和吸附動(dòng)力學(xué)特性，從中篩選出選擇性好、吸附率高、易解吸的樹脂，并對(duì)其靜態(tài)吸附進(jìn)行系統(tǒng)研究分析，探索易于產(chǎn)業(yè)化的白堅(jiān)木皮醇初產(chǎn)品分離提取方法。

1 材料與方法

1.1 材料

橡膠乳清（鮮乳經(jīng)離心得到），取自廣東農(nóng)墾橡膠集團(tuán)有限公司茂名分公司；ADS-7、ADS-17、超高交聯(lián)樹脂、聚酰胺樹脂、酚醛型交換樹脂及陰、陽(yáng)離子交換樹脂，均購(gòu)自河北滄州寶恩吸附樹脂材料科技有限公司；氧化鈣，化學(xué)純；95%乙醇、乙酸、濃鹽酸、氫氧化鈉，分析純；乙腈，色譜純；去離子水。

1.2 方法

1.2.1 乳清前處理 取一定量的乳清，加0.6%～0.8%乙酸凝膠，濾去凝膠，加入0.6%氧化鈣煮沸15 min，再次去除凝固物后，抽濾得清液，清液依次通過(guò)陰、陽(yáng)離子交換樹脂，流速1 BV/h，流出清液作前處理液冷藏備用。

1.2.2 樹脂預(yù)處理 樹脂用去離子水漂洗5次，95%乙醇浸泡24 h，95%乙醇淋洗至流出乙醇加水不顯渾濁，然后大量水洗凈乙醇至無(wú)醇味，用2～3倍樹脂體積的3%～5%鹽酸處理，水洗到接近中性后用2～4倍樹脂體積的3%～5%氫氧化鈉處理，然后大量水洗至中性備用。

1.2.3 樹脂含水量的測(cè)定 考察樹脂吸附、解吸附時(shí)需要以樹脂的干重為參照，實(shí)驗(yàn)中所使用的樹脂為濕樹脂，故需要測(cè)定樹脂含水量。分別稱取預(yù)處理好的各種濕樹脂3份適量，放置于105 ℃烘箱中烘至恒重，根據(jù)干燥前（W1）和干燥后（W2）樹脂質(zhì)量變化，取平均值并計(jì)算樹脂的含水率，從而計(jì)算出所用樹脂的干重[12]。樹脂的物理性質(zhì)和含水率見(jiàn)表1。

1.2.4 樹脂靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取經(jīng)真空抽濾的預(yù)處理好的樹脂1.0 g（通過(guò)含水率換算為干基），置于100 mL具塞三角瓶中，加入前處理好的乳清10 mL，放入搖床，在120 r/min和25 ℃條件下震蕩12 h，后靜置12 h，真空抽濾，濾液用HPLC測(cè)定白堅(jiān)木皮醇含量，真空抽濾后的樹脂倒回原來(lái)的三角瓶中，加入100 mL 60%甲醇溶液，相同條件下震蕩12 h，后靜置12 h，解吸后的溶液真空抽濾，相同條件下測(cè)定濾液中白堅(jiān)木皮醇含量，并計(jì)算吸附量Qe與解析率E。

1.2.5 樹脂吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn) 按1.2.4中方法上樣后，在120 r/min和25 ℃條件下震蕩，定時(shí)取樣測(cè)定溶液中白堅(jiān)木皮醇的質(zhì)量濃度，并計(jì)算樹脂吸附量Qe。

1.2.6 樹脂靜態(tài)等溫吸附實(shí)驗(yàn) 配制6個(gè)梯度的白堅(jiān)木皮醇溶液，分別加入1.0 g（通過(guò)含水率換算為干基）ADS-17樹脂，在120 r/min和25 ℃條件下震蕩12 h，后靜置12 h，真空抽濾，檢測(cè)濾液中白堅(jiān)木皮醇平衡濃度Ce，并計(jì)算樹脂吸附量Qe。

1.2.7 白堅(jiān)木皮醇初產(chǎn)品的表征 傅里葉紅外光譜儀，Spectrum GXI（美國(guó)PERKIN ELMER公司）；用溴化鉀壓片法制備樣品，紅外光譜儀掃描檢測(cè)，掃描范圍4 000～400 cm-1。差示掃描量熱儀，TA Q2000（美國(guó)沃特斯公司）；條件：氮?dú)夥諊?，升溫速?0 K/min，溫度范圍40～400 ℃。

1.2.8 HPLC儀器、試劑及條件 Alliance2695型高效液相色譜儀，美國(guó)沃特斯公司；蒸發(fā)光散射檢測(cè)器，美國(guó)沃特斯公司；色譜柱為C18柱（4.6 μm×250.0 mm）；流動(dòng)相：乙腈-水（體積比75 ∶ 25[13]，過(guò)濾脫氣后使用）；流速1.0 mL/min；進(jìn)樣量：20 μL；柱溫25 ℃；漂移管溫度40 ℃，N2壓力3.5 Bar。

1.2.9 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 準(zhǔn)確稱取白堅(jiān)木皮醇標(biāo)準(zhǔn)樣品10 mg置于5 mL容量瓶中，加流動(dòng)相定容，搖勻后得到白堅(jiān)木皮醇標(biāo)準(zhǔn)樣品儲(chǔ)備液。分別取適量該標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用流動(dòng)相稀釋，得到質(zhì)量濃度為0.064、0.16、0.40、0.80、1.0、1.5、2.0 mg/mL系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。各標(biāo)液按照上述的色譜條件進(jìn)行檢測(cè)，以進(jìn)樣質(zhì)量濃度（X，mg/mL）為橫坐標(biāo)，峰面積（Y）為縱坐標(biāo)，進(jìn)行線性回歸，得回歸方程為：Y=6E+06X+141 601，R2=0.999 8。

2 結(jié)果與分析

2.1 樹脂靜態(tài)吸附、解吸附與解吸率

分別測(cè)定各樹脂在吸附、解吸附前后溶液中白堅(jiān)木皮醇的質(zhì)量濃度，根據(jù)式（1）、（2）計(jì)算各樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附量（Qe）解吸附量（Qd）；根據(jù)式（3）計(jì)算解吸率（E）。計(jì)算所得結(jié)果見(jiàn)表2。

Qe= （1）

Qd= （2）

E= （3）

式中：Qe為吸附平衡時(shí)樹脂的吸附量，mg/g；ρo為前處理好的乳清中起始白堅(jiān)木皮醇的濃度，mg/mL；ρe為吸附平衡時(shí)乳清中白堅(jiān)木皮醇的濃度，mg/mL；Vo為乳清的起始體積，mL；W為吸附樹脂干重，g；Qd為解吸附平衡時(shí)吸附樹脂的解吸附量，mg/g；ρd為解吸液中白堅(jiān)木皮醇濃度，mg/mL；Vd解吸液體積，mL；E為解吸率。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，吸附量與解吸率是考察樹脂吸附性能的重要指標(biāo)。不同型號(hào)的樹脂初篩實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中可以看出，ADS-17、ADS-7兩種樹脂的吸附量分別為5.8 mg/g和5.6 mg/g，解吸率分別為75.9%和64.3%，ADS-17、ADS-7的吸附性能明顯高于聚酰胺樹脂、超高交聯(lián)樹脂和酚醛樹脂。另外，ADS-17的吸附量、解吸率比ADS-7分別高出3.6%、11.6%。綜合分析，本文選擇ADS-17、ADS-7 2種樹脂做吸附動(dòng)力學(xué)研究。

2.2 2種樹脂的吸附動(dòng)力學(xué)曲線

2種樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附動(dòng)力學(xué)曲線見(jiàn)圖2。由圖2 可以看出，隨著吸附時(shí)間的增加，2種樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附量逐漸增加，起始速率較快，后趨于平緩，吸附進(jìn)行到4 h時(shí)，基本達(dá)到平衡，且ADS-17的飽和吸附量大于ADS-7的飽和吸附量。因此，需要對(duì)ADS-17樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的靜態(tài)等溫吸附特性作進(jìn)一步的研究。

2.3 樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的靜態(tài)吸附等溫線

25 ℃時(shí)ADS-17樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附等溫線見(jiàn)圖3。由圖3可以看出，溫度一定時(shí)，ADS-17樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附量隨著吸附平衡時(shí)溶夜中白堅(jiān)木皮醇濃度的增加而增加，達(dá)到吸附平衡時(shí)，樹脂的最大吸附量可達(dá)5.8 mg/g。根據(jù)Langmuir吸附等溫線模型和Freundlich模型并利用最小二乘法分別對(duì)實(shí)驗(yàn)吸附平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果如表3。

通過(guò)相關(guān)系數(shù)R2和誤差SD作比較，確定白堅(jiān)木皮醇在ADS-17樹脂上的等溫吸附模型，由Langmuir模型擬合得到的相關(guān)系數(shù)R2=0.992 15優(yōu)于Freundlich模型的相關(guān)系數(shù)R2=0.090 28，且誤差SD也較小，所以本研究認(rèn)為L(zhǎng)angmuir模型能夠較好的描述白堅(jiān)木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附行為，認(rèn)為白堅(jiān)木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附是單分子層吸附。

2.4 白堅(jiān)木皮醇初產(chǎn)品的表征

白堅(jiān)木皮醇的紅外譜圖見(jiàn)圖4。圖4中a是經(jīng)實(shí)驗(yàn)提取并純化后的樣品，b是白堅(jiān)木皮醇標(biāo)準(zhǔn)品，通過(guò)對(duì)比可以看出，3 336.1 cm-1這個(gè)吸收峰寬而強(qiáng)烈，峰形尖銳無(wú)其它峰干擾，可能是由于分子間氫鍵締合作用形成的O-H伸縮振動(dòng)吸收峰；受醚基的影響，2 939.38 cm-1處是-CH3上的C-H反對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰；在1 324.08 cm-1，1 269.61 cm-1為中等強(qiáng)度的吸收峰，可能是碳六環(huán)上的O-H面內(nèi)變形振動(dòng)吸收峰；1 139.54 cm-1和1 085.77 cm-1有較強(qiáng)的吸收峰，可能是碳六環(huán)的仲醇上C-O的伸縮振動(dòng)吸收峰和C-O-C的伸縮振動(dòng)吸收峰；綜上所述，白堅(jiān)木皮醇樣品與標(biāo)準(zhǔn)品紅外譜圖的主要特征峰位置一致，可以判斷實(shí)驗(yàn)所得樣品就是白堅(jiān)木皮醇。

白堅(jiān)木皮醇的DSC曲線見(jiàn)圖5。圖5中，A是白堅(jiān)木皮醇初產(chǎn)品，熔融峰對(duì)應(yīng)溫度為187.07 ℃，B是白堅(jiān)木皮醇標(biāo)準(zhǔn)品，熔融峰對(duì)應(yīng)溫度為191.37 ℃，二者熔點(diǎn)非常接近，可以推斷初產(chǎn)品中白堅(jiān)木皮醇的含量較高，從圖5中還可以看出，2條曲線均有一個(gè)很尖銳的吸收峰，且熔程重合度較高，進(jìn)一步說(shuō)明白堅(jiān)木皮醇初品的純度較高。

3 討論與結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)白堅(jiān)木皮醇分離提取過(guò)程中工藝復(fù)雜、能耗過(guò)高等問(wèn)題，研究大孔吸附樹脂對(duì)橡膠乳清中白堅(jiān)木皮醇的吸附分離效果、吸附動(dòng)力學(xué)及吸附機(jī)理，探索易于產(chǎn)業(yè)化的白堅(jiān)木皮醇初產(chǎn)品分離提取新方法。結(jié)果表明：大孔吸附樹脂對(duì)乳清中的白堅(jiān)木皮醇有較好的吸附分離效果，選取的5種不同類型的大孔吸附樹脂中，ADS-17和ADS-7 2種樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附性能較佳，吸附進(jìn)行到4 h時(shí)達(dá)到平衡，吸附量分別達(dá)5.8 mg/g和5.6 mg/g，解吸率分別為75.9%和64.3%。這與樹脂的極性、孔徑以及比表面積有關(guān)，作為吸附劑，ADS-17樹脂含有中極性的酯基，ADS-7樹脂含有強(qiáng)極性的氨基和中極性的酯基雙重基團(tuán)，作為吸附質(zhì)，白堅(jiān)木皮醇屬于中極性化合物，因此，兩者之間極性匹配，能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的范德華力，利于吸附。另外，孔徑相同的情況下，比表面積較大的ADS-17樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的飽和吸附量比ADS-7樹脂略大，這與張英[14]等研究大孔樹脂吸附黃柏總生物堿時(shí)的規(guī)律一致，且ADS-17樹脂的解吸率也較ADS-7樹脂高11.6%，用于工業(yè)生產(chǎn)時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。ADS-17樹脂具有三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，比表面積和吸附點(diǎn)有限，隨著溶液質(zhì)量濃度的增加，各吸附點(diǎn)逐漸被白堅(jiān)木皮醇和其他分子所占據(jù)，樹脂的吸附容量逐漸趨于平衡，符合靜態(tài)等溫吸附規(guī)律，對(duì)其等溫吸附曲線進(jìn)行模型擬合，結(jié)果表明：Langmuir模型能夠較好的用來(lái)描述白堅(jiān)木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附行為，認(rèn)為ADS-17樹脂對(duì)白堅(jiān)木皮醇的吸附是單分子層吸附，這與王秀芳[15]等研究苯酚在竹炭上的吸附平衡時(shí)的規(guī)律是一致的。紅外分析表明，樣品各基團(tuán)特征峰位置與白堅(jiān)木皮醇標(biāo)品基本一致。DSC分析結(jié)果表明，初產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)品的熔點(diǎn)相近，熔融峰整體重合度較高，白堅(jiān)木皮醇的純度較高。

參考文獻(xiàn)

[1] De Olinda T M， Lemos T L G， Machado L L， et al. Quebrachitol-induced gastroprotection against acute gastric lesions： Role of prostaglandins， nitric oxide and K+ ATP channels[J]. Phytomedicine， 2008， 15（5）： 327-333.

[2] Nobre J H V， Cunha G M， Moraes M O， et al. Quebrachitol （2-O-methyl-L-inositol）attenuates 6-hydroxydopamine-induced cytotoxicity in rat fetal mesencephalic cell cultures[J]. Food and chemical toxicology： an international journal published for the British Industrial Biological Research Association， 2006， 44（9）： 1 544-1 551.

[3] Liu X， Moody E C， Hecht S S， et al. Deoxygenated phosphorothioate inositol phosphate analogs： synthesis， phosphatase stability， and binding affinity[J]. Bioorganic & medicinal chemistry， 2008， 16（6）： 3 419-3 427.

[4] Takahashi S， Hishinuma N， Koshino H， et al. Synthesis of ovalicin starting from D-mannose[J]. The Journal of organic chemistry， 2005， 70（24）： 10 162-10 165.

[5] Kiddle J J. Quebrachitol： A versatile building block in the construction of naturally occurring bioactive materials[J]. Chemical Reviews， 1995， 95（6）： 2 189-2 202.

[6] Bateman L. Chemistry and physics of rubber-like substances[M]. London： Maclaren & Sons Ltd， 1963： 50.

[7] 鄧世明. 天然膠乳中提取白堅(jiān)木皮醇的方法[P]. 中國(guó)， CN201010624478.3. 2012-07-11.

[8] 北京理工大學(xué). 一種從橡膠廢水中提取白堅(jiān)木皮醇的方法[P].中國(guó)， CN201210226862.7. 2012-10-17.

[9] 鄧瑤筠， 鄧東華. 從天然橡膠中提取白堅(jiān)木皮醇的研究[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā)， 2000， 12（6）： 61-65.

[10] 王躍生， 王 洋. 大孔吸附樹脂研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)中藥雜志， 2006， 31（12）： 961-965.

[11] 王 冰， 鄭 鳳， 郭 雷， 等. 大孔吸附樹脂對(duì)梔子中環(huán)烯醚萜苷類成分的富集行為[J]. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā)， 2006， 18（1）： 117-119.

[12] Fu Y， Zu Y， Liu W， et al. Preparative separation of vitexin and isovitexin from pigeonpea extracts with macroporous resins[J]. Journal of Chromatography A， 2007， 1 139（2）： 206-213.

[13] 林 紅， 蔣孟良， 陳優(yōu)生， 等. 正交試驗(yàn)優(yōu)選腎蕨中紅杉醇的醇提工藝[J]. 中南藥學(xué)， 2009， 7（12）： 893-895.

[14] 張 英. 大孔樹脂吸附黃柏總生物堿的理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究[D]. 廣州： 中醫(yī)藥大學(xué)， 2010.

[15] 王秀芳， 張會(huì)平， 肖新顏， 等. 苯酚在竹炭上的吸附平衡和動(dòng)力學(xué)研究[J]. 功能材料， 2005， 05： 746-749.