分子印跡法提取谷維素的研究

康世宗，谷克仁，陳小倩

河南工業(yè)大學(xué) (鄭州 450001)

分子印跡法提取谷維素的研究

康世宗，谷克仁，陳小倩

河南工業(yè)大學(xué) (鄭州 450001)

研究了用谷維素作為模板分子，甲基丙烯酸作為功能單體，甲苯作為致孔劑，過氧化苯甲酰為引發(fā)劑，二乙烯基苯為交聯(lián)劑，通過熱聚合方法合成分子印跡聚合物(MIP)。之后投放在0.05 mg/mL的谷維素-乙腈溶液中進(jìn)行綁定測試，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算谷維素的綁定吸附率初步探索了聚合溫度，粒度和超聲條件對MIP吸附谷維素效率的影響。得到的最佳條件為：聚合溫度60 ℃，粒度140～200目，在超聲條件下谷維素綁定吸附率最大，可達(dá)36.50%。

谷維素；分子印跡法；分子識別；甲基丙烯酸；綁定率

谷維素又稱米糠素，是米糠或米糠油深加工過程中重要的副產(chǎn)物，在糧油食品、醫(yī)藥化學(xué)、化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[1]。γ-谷維素可以在米糠、麥麩以及米糠油、玉米胚芽油等植物油中提取[2-4]，其中米糠油中含量最多，高達(dá)1.4%～2.9%，因此，米糠油是提取谷維素的重要來源。

自從日本土屋知太郎第一次發(fā)表制取谷維素專利到現(xiàn)在的60多年間，國內(nèi)外出現(xiàn)了很多制備谷維素的方法[5]，主要有二次堿煉法、弱酸取代法、甲醇萃取法、吸附法、溶劑分提法、分子印跡法等。其中分子印跡技術(shù)是近幾十年發(fā)展起來的一種新型的、簡便的、快速的分離技術(shù)。分子印跡聚合物(Molecularlyimprintedpolymer，MIP)是一個用于高分子材料制備的，具有高選擇性、特異性的工具。這種技術(shù)已經(jīng)在手性分子分離、生物傳感器和生化隔離等很多領(lǐng)域取得廣泛的應(yīng)用[6]。

本課題擬采用甲基丙烯酸(MAA)為功能單體，用谷維素作為模板分子，甲苯為致孔劑，過氧化苯甲酰(BPO)為引發(fā)劑，二乙烯基苯(DVB)為交聯(lián)劑，通過本體聚合法[7]制備分子印跡聚合物。經(jīng)過研磨篩分為不同粒度的MIP后，用索氏提取器洗去谷維素。然后投放在谷維素-乙腈溶液中對谷維素進(jìn)行綁定，測定綁定前后的溶液吸光度，計算得到綁定率，以此為指標(biāo)得到制備MIP的最佳工藝條件，對MIP在谷維素提取方面的應(yīng)用進(jìn)行初步嘗試和探索，為快速提取非水相中的谷維素提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

谷維素標(biāo)樣，上海安譜實驗科技股份有限公司；二乙烯基苯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；甲苯、乙腈、過氧化苯甲酰、甲基丙烯酸均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器設(shè)備

GZX-GF101型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥機(jī)，上海賀德實驗設(shè)備有限公司；BS224S型電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；DSA50型超聲波清洗器，德森精工有限責(zé)任公司；瑪瑙研缽，遼寧凌源宋杖子瑪瑙加工廠；DF101Z型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，河南省予華儀器有限公司；722N型可見分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 分子印跡聚合物的合成

谷維素和MAA分別作為模板分子與功能單體，DVB為交聯(lián)劑，致孔劑為甲苯，BPO為自由基聚合引發(fā)劑，各個試劑的量如表1所示。將模板分子、單體、引發(fā)劑、交聯(lián)劑和致孔劑混合后放入50 mL的圓底燒瓶，磁力攪拌進(jìn)行均質(zhì)，密封后，分別放置在各個溫度的油浴鍋內(nèi)48 h。同時做空白，即只加交聯(lián)劑，致孔劑和引發(fā)劑，不加模板分子，在60 ℃的油浴鍋內(nèi)反應(yīng)48 h，制備無印跡聚合物(NIP)。將聚合物用研缽研磨，篩選出不同粒度的粉末。分別用乙腈沖洗5次后，以乙腈作為提取溶劑，在115 ℃條件下用索氏提取器提取模板分子谷維素，直到在MIP的乙腈提取液中檢測不到谷維素，得到分子印跡聚合物。

表1 用于制備MIP和NIP的功能單體、模板分子、交聯(lián)劑、致孔劑和引發(fā)劑添加量

1.3.2 谷維素的綁定測試

精密稱取谷維素標(biāo)準(zhǔn)品12.5 mg，加適量乙腈，超聲溶解后，再用乙腈定容至250 mL，搖勻；精密量取上述標(biāo)液0、10、20、30、40 mL分別置于50 mL容量瓶中，加乙腈至刻度，搖勻；以乙腈為空白，用紫外可見分光光度計在波長315 nm處測定吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得到回歸方程y=29.68x+0.008 8，R2=0.999 1，線性關(guān)系良好。

稱取1.3.1中制備的MIP或NIP粒子150 mg于10 mL濃度為0.05 mg/mL的谷維素-乙腈溶液中，放在超聲或不超聲，25 ℃的條件下進(jìn)行綁定，每半個小時測1次樣品的吸光度，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線得到對應(yīng)濃度，計算其綁定率。由于吸光度和濃度呈良好的線性關(guān)系，可用下式計算谷維素與MIP的綁定率：

式中：Y為綁定率；A1、A2為綁定前后溶液吸光度。

1.3.3 試驗設(shè)計與分析

1.3.3.1 超聲對綁定率的影響

設(shè)計聚合溫度為60 ℃，粒度在140～200目之間的MIP在超聲與不超聲條件下綁定2 h，每半小時測定1次綁定率，考察超聲波對綁定效果的影響。

1.3.3.2 聚合溫度、聚合物粒度對綁定率的影響

在前期試驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計聚合溫度為55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃、75 ℃ 5個水平；MIP的粒度為小于80目、80～140目、140～200目、大于200目4個水平，對每一條件下的聚合物進(jìn)行綁定實驗，在超聲條件下綁定2 h，每半小時測定1次綁定率。通過全面試驗考察聚合溫度和聚合物粒度對綁定效果的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 超聲對綁定率的影響

聚合溫度為60 ℃，粒度在140～200目之間的MIP粒子在超聲與不超聲條件下綁定率隨綁定時間的變化如圖1所示。

圖1 超聲與不超聲對谷維素綁定率隨時間的變化

由圖1可知60 ℃的聚合溫度，粒度為140～200目，在超聲條件下的MIP對谷維素的吸附效率更高，可能由于超聲給與了一個外界的推動力，使得模板分子谷維素能夠快速，準(zhǔn)確地找到結(jié)合位點。并且由于MIP對目標(biāo)分子具有記憶功能，所以加速了目標(biāo)分子與MIP的空位點結(jié)合。后期實驗中，選擇在超聲條件下進(jìn)行吸附綁定。

2.2 聚合溫度、聚合物粒度對綁定率的影響

不同聚合溫度下，不同粒度(小于80目，80～140目，140～200目，大于200目)的MIP與谷維素的綁定率隨時間變化趨勢，以及聚合溫度為60 ℃下不同粒度的NIP與谷維素的綁定率隨時間變化趨勢如圖2所示。隨著時間的增加，綁定率逐漸升高，在1.5 h后趨于平緩，即逐漸達(dá)到飽和吸附。最佳條件下MIP的綁定率是NIP綁定率的3倍左右，可見分子印跡聚合物對模板分子谷維素具有良好的選擇性。

圖3直觀反映了不同聚合溫度下，不同粒度(小于80目，80～140目，140～200目，大于200目)的MIP最高綁定率隨時間變化趨勢。其中粒度在140～200目，聚合溫度為60 ℃時(圖3c)的綁定吸附率明顯高于其他水平，最高綁定率達(dá)到36.50%。

圖2 不同粒度在不同聚合溫度的MIP和NIP綁定率隨時間變化趨勢圖

圖3 在不同聚合溫度下不同粒度MIP的最高綁定率

3 結(jié)語

隨著對谷維素的不斷深入了解，市場對谷維素的需求也不斷增長，無論是從產(chǎn)品質(zhì)量、功效、用途，還是經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)環(huán)境角度來看，對谷維素的制備方法、生產(chǎn)工藝都提出了新的要求。分子印跡技術(shù)因為其預(yù)定性，識別性和實用性，在很多領(lǐng)域都具有廣闊的應(yīng)用前景。為了能夠更好地開發(fā)米糠資源，將分子印跡技術(shù)應(yīng)用到谷維素的提取上，需要進(jìn)一步深入研究MIP對谷維素作用的分子機(jī)理，包括功能單體、致孔劑、引發(fā)劑、交聯(lián)劑等作用機(jī)理的研究和開發(fā)。

[1] 王 榮, 林親錄, 蔣 鵬,等. 米糠油谷維素提取方法研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技, 2016, 37(12):361-364.

[2] B Ghatak, Somsuvra, J Panchal, Shital. Gamma-oryzanol - a multi-purpose steryl ferulate[J]. Current Nutrition & Food Science, 2011, 7(1):10-20.

[3] Kozuka C, Shimizuokabe C, Takayama C, et al. Marked augmentation of PLGA nanoparticle-induced metabolically beneficial impact of γ-oryzanol on fuel dyshomeostasis in genetically obese-diabetic ob/ob mice[J]. Drug Delivery, 2017, 24(1):558.

[4] Kozuka C, Yabiku K, Takayama C, et al. Natural food science based novel approach toward prevention and treatment of obesity and type 2 diabetes: Recent studies on brown rice and γ-oryzanol[J]. Obesity Research & Clinical Practice, 2013, 7(3):165-172.

[5] 管習(xí)文，李欣怡，周 琪,等.分子印跡聚合物的制備與應(yīng)用進(jìn)展[J].膠體與聚合物，2015,33(2)：88-92.

[6] 楊紫淳. 分子印跡技術(shù)的研究與應(yīng)用[J]. 廣東化工, 2013, 40(17):86-86.

[7] Kaewchada A, Borvornpongsakul C, Jaree A. Synthesis of molecularly imprinted polymers from An Ac for the separation of γ -oryzanol[J]. Korean Journal of Chemical Engineering, 2012, 29(9):1279-1284.

Study on oryzanol extraction by molecular imprinting method

Kang Shizong, Gu Keren, Chen Xiaoqian

Henan University of Technology (Zhengzhou 450001)

Molecularly imprinted polymers (MIP) was successfully synthesized via thermal polymerization method using oryzanol as template, methacrylic acid as functional monomer, toluene as porogen, benzoyl peroxide as initiator and divinylbenzene as crosslinker. Then it was put in 0.05 mg/mL of oryzanol in acetonitrile solution, and the binding adsorption rate was calculated according to the oryzanol’s standard curve. The effects of polymerization temperature, particle size and ultrasonic conditions on MIP adsorption efficiency of oryzanol were explored in this study. The optimal condition: polymerization temperature 60 ℃, particle size between 140～200, ultrasonic condition. The highest binding adsorption rate is 36.50%.

γ-oryzanol; molecular imprinting method; molecular recognition; methacrylic acid; binding rate

2017-04-10

康世宗，男，1991年出生，碩士研究生，主要從事糧油食品以及天然產(chǎn)物開發(fā)方向研究工作。

TS229

B

1672-5026(2017)04-005-04