新型α-V_E分子印跡聚合物的制備工藝研究與應用

金晶 袁傳勛

摘要?以α-VE為模板分子，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）為功能單體，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）為交聯(lián)劑，偶氮二異丁腈（AIBN）為引發(fā)劑制備α-VE分子印跡材料。通過單因素試驗，確定制取α-VE分子印跡聚合物的最佳工藝參數(shù)。一系列表征試驗分析表明該α-VE分子印跡聚合物性能良好。該試驗為α-VE分子印跡聚合物的工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)參考，同時也為很多復雜成分中分離α-VE提供了新思路。

關(guān)鍵詞?α-VE;分子印跡聚合物;制備

中圖分類號?TS20?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）01-0143-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.038

Abstract?In this paper， the molecularly imprinted polymer（MIP）@α-VE was prepared by α-VE as the template molecule， methyl acryloyl-oxy ethyl trimethylammonium chloride as the functional monomer， ethylene glycol dimethyl acrylate as the crosslinking agent， azodiisobutyronitrile as the initiator. Through the single factor experiment， the optimum process parameters for preparing MIP@α-VE was determined. After a series of characterization tests， it showed that the MIP@α-VE had stable performance. In the experiment， it provided a new idea for the separation of α-VE from many complex components， as well as it provided technical reference for the industrial production.

Key words?α-VE;Molecularly imprinted polymer;Preparation

維生素E（VE）是一種常用的脂溶性維生素，早在20世紀初就被Evans和他的同事在研究大白鼠生殖過程中發(fā)現(xiàn)，并在1924年得以命名[1]。天然VE具有抗氧化的作用，它不但有中斷氧化游離基的作用，而且能淬滅單線態(tài)氧，是目前廣泛使用的抗氧化劑之一[2]。從分子組成上來說，VE包括α-VE、β-VE、δ-VE以及γ-VE這4種[3-4]。在這4種VE中，又以α-VE的生物活性最大[5]，故在營養(yǎng)素標記VE時常以α-VE當量為計量標準。

VE在哺乳動物體內(nèi)無法自我合成，必須從外界攝取[6]。近年來，研究人員非常重視VE的保健功能，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）建議人們每天服用足夠的VE補充劑來滿足健康需求[7]，這就導致VE需求量的增大，為了避免其市場的供不應求，大量的研究工作者開始尋找解決其供應的問題。植物油脫臭餾出物作為植物油精煉過程中的副產(chǎn)物被廣泛應用于VE的分離提取，而常規(guī)的分離方法主要包括分子蒸餾法和柱層析法[8-10]。

目前，關(guān)于制備α-VE分子印跡聚合物（MIP@α-VE）的報道很少，且基本使用的是常規(guī)的功能單體。該研究通過對比2種常規(guī)的功能單體丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）以及陽離子液體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）合成的分子印跡聚合物對α-VE的吸附效果，比較3種功能單體的優(yōu)劣，并探究最佳功能單體制備的MIP@α-VE對VE的選擇吸附效果，以期為VE的分離提取提供一種新方法，并為企業(yè)生產(chǎn)帶來新的思路和技術(shù)參考。

1?材料與方法

1.1?材料與儀器

試劑材料：α-VE（98%）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、偶氮二異丁腈（AIBN）均購自美國阿拉丁化學試劑有限公司;大豆油脫臭餾出物（SODDs）購自湖北中糧集團;無水乙醇、甲醇、氫氧化鈉、氯化鋅均購自國藥集團。

儀器設(shè)備：UV-2550型紫外分光光度計;數(shù)顯恒溫水浴鍋;DZG-401電熱真空干燥箱;RE52-98旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器;鎢燈絲掃描電鏡（SEM）;傅里葉紅外光譜儀（FTIR）;高效液相色譜儀（HPLC）。

1.2?功能單體的選擇

首先，精密稱取0.43 g（0.001 mol）的α-VE，溶于100 mL無水乙醇中，定容后，將制備好的α-VE標準溶液（0.01 mol/L）分別取5 mL置于4根20 mL試管中，備樣。接著，精密稱取0.004 mol的AM、AA、DMC，分別溶于100 mL無水乙醇中，定容后，再各取溶液（0.04 mol/L）5 mL至上述試管中，留一組為對照組，并按照順序進行標號。最后，對1～4號樣品進行紫外全波長掃描。紫外全波長掃描條件：波長190～400 nm，間隔0.1 nm。

以上述3種試劑為功能單體，α-VE為模板分子，EGDMA為交聯(lián)劑，AIBN為引發(fā)劑，按照n（功能單體）∶n（α-VE）∶n（EGDMA）∶n（AIBN）=2.0∶1.0∶4.0∶0.5的比例，在70 ℃下反應9 h，得到3種含模板分子的印跡聚合物。將3種印跡聚合物分別放置索氏提取裝置中，加入乙醇，在140 ℃下索氏提取8 h，通過檢測上清液中α-VE的含量，確定3種印跡聚合物攜帶的α-VE洗凈后，備用。配制5 mg/mL的α-VE標準溶液10 mL，分別置于3個錐形瓶中，每瓶25 mL，再分別向3個錐形瓶中加入1 g的3種印跡聚合物，振蕩3 h后，檢測3個錐形瓶中剩余α-VE的含量，重復試驗3次。

1.3?單因素試驗

1.3.1?時間對聚合反應的影響。

選用反應時間4、5、6、7、8、9、10 h共7個時間點作為7個梯度，同時每組設(shè)置3個水平。選擇稱取DMC 0.4 g，交聯(lián)劑1.2 g，引發(fā)劑添加量為0.2 g，用乙醇充分溶解之后加入試管中，用乙醇溶液定容至20 mL，在水浴鍋加熱之前，通入足量氮氣排除其中多余的空氣，然后使用玻璃塞塞緊試管，同時使用封口膠做封口處理，置于水浴鍋內(nèi)進行恒溫加熱，設(shè)置溫度為75 ℃，在加熱過程中避免試管的劇烈晃動以免產(chǎn)生的聚合物分散。在試驗結(jié)束之后，先用大量的乙醇沖洗，進行抽濾洗滌，充分洗去其中的交聯(lián)劑。再收集至培養(yǎng)皿，用保鮮膜封口，同時開孔放入烘箱內(nèi)，干燥稱重。

1.3.2?溫度對聚合反應的影響。

選擇溫度為45、50、55、60、65、70、75 ℃共7個溫度點作為7個梯度，同時每組設(shè)置3個水平，設(shè)置時間為10 h，試驗方法步驟同“1.3.1”。

1.4?MIP@α-VE的表征

1.4.1?掃描電鏡測量方法。

檢測條件[11]：發(fā)射源為普通燈絲;加速電壓0.2～30 kV;電子束位移±20 μm。

1.4.2?傅里葉紅外光譜檢測方法。

測試范圍[12]：4 000～525 cm-1;分辨率4 cm-1;掃描次數(shù)64次;檢測配件為衰減全反射（ATR）。

1.4.3?VE高效液相色譜測量方法。

檢測條件[13]：流動相為甲醇∶水（V/V）=98∶2，混勻，臨用前超聲脫氣;柱溫為35 ℃;色譜柱為C18反向柱;紫外檢測波長210 nm;進樣量10 μL。

1.4.4?從大豆油脫臭餾出物中分離VE。

首先，稱取50 g SODDs加入至250 mL裝有150 mL乙醇溶液的圓底燒瓶中，振蕩溶解后，加入NaOH 4.8 g、ZnCl2 15 g、保護劑抗壞血酸0.5 g，在水浴75 ℃下反應1.5 h，轉(zhuǎn)速為300 r/min。反應結(jié)束后，固液分離，取液相于60 ℃下減壓蒸餾至樣品呈油狀，即不皂化物部分。

精密稱取1 g上述制備的SODDs不皂化物部分，溶解于乙醇溶液中，在100 mL容量瓶中定容，配制10 mg/mL的樣品溶液。取20 mL該樣品溶液，加入制備好的MIP@α-VE 1 g，在室溫下，振蕩吸附8 h，固液分離后，取出吸附了α-VE的MIP@α-VE。將上述固體印跡聚合物置于2 mL乙醇溶液中，搖床振蕩解吸4 h，固液分離，取濾液，減壓蒸餾后，利用高效液相色譜分析α-VE的含量變化。

2?結(jié)果與分析

2.1?功能單體的選擇

3種功能單體與α-VE的紫外全波長掃描圖如圖1所示，對比3種功能單體與α-VE的紫外譜圖，可以明顯地發(fā)現(xiàn)，DMC與α-VE的紫外全波長掃描圖最大吸收波長相較于其他2種功能單體而言有明顯藍移，這說明VE與該陽離子液體形成了較強的氫鍵與靜電力作用，從而導致α-VE自身分子間內(nèi)部較強的氫鍵破壞。

3種印跡聚合物對α-VE的吸附效果如圖2所示，通過比較能明顯看出以DMC為功能單體合成的聚合物對于α-VE的吸附效果遠高于其他2種，說明該陽離子液體聚合的分子印跡材料能與α-VE形成較強的鍵合力，從而能強力吸附目標物質(zhì)。

2.2?單因素試驗分析

2.2.1?時間對聚合反應的影響。

從圖3可以看出，隨著聚合時間的提高，聚合物質(zhì)量有明顯提高，根據(jù)3個平行組的數(shù)據(jù)所得誤差線分析可知，聚合物產(chǎn)生的量十分穩(wěn)定，不存在很大的波動，試驗數(shù)據(jù)準確。在開始階段，聚合物的質(zhì)量增長很快，隨后呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，因為本身聚合物的大量生成會導致后續(xù)的DMC無法自聚，有一定的阻礙作用。在8 h之后，聚合物質(zhì)量不再發(fā)生變化，因為隨著試驗的進行，聚合反應基本結(jié)束，所以可以大體判斷8 h左右為反應的最佳時間。

2.2.2?溫度對聚合反應的影響。

如圖4所示，整體而言，隨著溫度的升高，聚合物質(zhì)量有顯著升高。但是在55 ℃時，其增長速率有明顯下降，根據(jù)平行試驗所得的誤差線分析，在排除了試驗數(shù)據(jù)不準確這一因素下，分析原因為55 ℃下，DMC跟引發(fā)劑的結(jié)合可能不是很好。隨后，伴隨溫度的進一步升高，其聚合反應速率加快，根據(jù)誤差線可知，所得的試驗數(shù)據(jù)較為準確。在超過60 ℃之后，其質(zhì)量的增長很少，一方面為隨著反應的進行，聚合反應比較徹底，另一方面，因為隨著溫度升高，試管內(nèi)某處的溫度可能比較接近引發(fā)劑失效的溫度，這也可能導致聚合反應的結(jié)束。而在65 ℃時，反應聚合產(chǎn)物接近最大值，因此認為最佳的反應溫度為65 ℃。

2.3?MIP@α-VE的表征分析

2.3.1?MIP@α-VE的SEM表征分析。

圖5為MIP@α-VE在鎢燈絲掃描電鏡下的圖片，能明顯發(fā)現(xiàn)該印跡聚合物形成的空腔結(jié)構(gòu)較大，擁有充足的吸附空間用于對目標物質(zhì)的吸附，有利于模板分子與聚合物之間的特異性結(jié)合。

2.3.2?MIP@α-VE的FTIR表征分析。

圖6是在干燥條件下，合成制備的MIP@α-VE的傅里葉紅外光譜圖。其中，在波數(shù)1 726 cm-1處有強烈的吸收峰，符合酯鍵的官能團C=O的特征吸收峰，說明DMC中酯基保存完好。而在2 960～3 000 cm-1范圍內(nèi)的吸收振動峰說明脂肪族C-H鍵的存在，而無C=H雙鍵的存在，這說明該印跡聚合物的聚合效果良好。此外，在波長1 160 cm-1處的吸收峰被認為是α-VE中的酚羥基由于DMC吸附導致的內(nèi)部自身分子間作用力減小，而藍移的結(jié)果說明DMC為功能單體合成的MIP與α-VE能夠形成較強的鍵合作用。

2.3.3?MIP@α-VE的分離效果驗證。

通過高效液相色譜分析，該不皂化物中主要成分除了部分雜醇、雜酮、雜烴等未分析成分外，包括總VE含量約占總含量的49.6%（對比標準曲線計算），角鯊烯、植物甾醇（β-谷甾醇、豆甾醇）以及部分紫外未顯示物質(zhì)。圖7是210 nm下，不皂化物的HPLC譜圖，其中17 min的峰為δ-VE，19 min的峰為β-VE以及γ-VE（同分異構(gòu)體同一點出峰），22 min的峰為α-VE，45 min的峰為角鯊烯。

圖8為波長210 nm下，通過一步吸附解吸后樣品的HPLC譜圖，不皂化物中的VE由于其酚羥基與DMC分子印跡聚合物能夠特異性空腔匹配，加上靜電力作用對于VE的特異性吸引，VE能夠很好地被選擇性吸附在印跡聚合物中，而不皂化物中的其他類物質(zhì)，如角鯊烯、植物甾醇以及雜醇、雜烴等物質(zhì)也會有稍許通過物理吸附于印跡表面，但其大部分仍均勻分布在溶液中。通過一步解吸，印跡吸附的VE分子松動，被洗入溶液中，其總含量變化較小，而VE純度提高較大。通過對比標準品標準曲線峰面積計算，VE的總純度從預處理后的50%左右提高到85%左右，以吸附解吸過程前后VE含量比較，其回收率能達98.7%。

3?結(jié)論

該試驗通過測定2種常規(guī)的功能單體以及離子液體DMC與α-VE的紫外全波長掃描圖譜，分析了幾種功能單體與α-VE的相互作用，從理論分析和試驗結(jié)果兩個方面入手對比后，選出DMC為合成α-VE分子印跡聚合材料的功能單體，并通過單因素分析該MIP@α-VE制備工藝的最佳條件為65 ℃下反應8 h。該試驗探究了制備的MIP@α-VE對植物油脫臭餾出物不皂化物中VE的選擇吸附性，通過一步簡單的吸附解吸過程，VE的純度能達85%左右，回收率能達98.7%。該試驗為工業(yè)化生產(chǎn)MIP@α-VE提供了技術(shù)參考，同時為從植物油脫臭餾出物中分離提取VE提供了新思路。

參考文獻

[1]COLOMBO M L.An update on vitamin E，tocopherol and tocotrienol-perspectives[J].Molecules，2010，15（4）：2103-2113.

[2]李玲，薛斌，高麗，等.天然維生素E及其制備工藝研究[J].廣東化工，2011，38（8）：103，105.

[3]李永進.真空精餾從大豆油脫臭餾出物中提取生育酚的工藝研究[D].天津：天津大學，2010.

[4]田興，金日生，袁傳勛.利用茶油脫臭餾出物同步制取生育酚及脂肪酸鋅鹽[J].食品工業(yè)，2018，39（10）：19-24.

[5]張旭暉，王恬.α-生育酚及其衍生物對動物生長發(fā)育的調(diào)控[J].中國飼料，2011（2）：12-17.

[6]MIYAZAWA T，NAKAGAWA K，SOOKWONG P.Health benefits of vitamin E in grains，cereals and green vegetables [J].Trends in food science & technology，2011，22（12）：651-654.

[7]ZHU Q S，ZHANG J，YU H，et al.Maize Cd-tolerant ZmVTE4 encoding γ-tocopherol-methyl-transferase alleviated Cd-toxicity through its product α-tocopherol [J].Environmental and experimental botany，2019，158：171-179.

[8]賀靈芝，曠文安，黃鎮(zhèn).山茶籽油脫臭餾出物中維生素E的萃取分離研究[J].糧食與油脂，2018，31（4）：39-42.

[9]SCHMIDT J H.Life cycle assessment of five vegetable oils [J].Journal of cleaner production，2015，87：130-138.

[10]FANG T，GOTO M，WANG X B，et al.Separation of natural tocopherols from soybean oil byproduct with supercritical carbon dioxide [J].The journal of supercritical fluids，2007，40（1）：50-58.

[11]JI W H，ZHANG M M，WANG T，et al.Molecularly imprinted solid-phase extraction method based on SH-Au modified silica gel for the detection of six Sudan dyes in chili powder samples [J].Talanta，2017，165：18-26.

[12]LI X P，WANG Y P，SUN Q，et al.Molecularly imprinted solid phase extraction in a syringe filter for determination of triazine herbicides in Radix Paeoniae Alba by ultra-fast liquid chromatography[J].Talanta，2016，148：539-547.

[13]田興.高含量天然α-生育酚制備工藝研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學，2018.