姜酮-分子印跡聚合物的合成及吸附性能研究

姜酮-分子印跡聚合物的合成及吸附性能研究

生姜屬于生姜科。它也用于治療疾病、消化疾病、突變疾病、抗風(fēng)濕疾病、運(yùn)動(dòng)病、腫瘤和抗寒疾病。它的提取物被用于治療癌、消化疾病、心血管疾病、潰瘍、hiv-1和其他疾病。相關(guān)研究資料表明,上述生物活性主要決定于生姜中辣味成分—姜酚類物質(zhì)。姜酚類物質(zhì)主要包括6-姜酚、8-姜酚、10-姜酚,其中6-姜酚占60%左右。為了避免傳統(tǒng)姜酚提取方法的弊端并獲得高純度的6-姜酚,本實(shí)驗(yàn)利用具有預(yù)定性、識(shí)別性和實(shí)用性等優(yōu)良特點(diǎn)的分子印跡技術(shù)進(jìn)行6-姜酚的提取。利用分子印跡技術(shù)制備而成聚合物被稱為分子印跡聚合物(MIPs),它是一種人工合成的材料,在形狀、體積等方面與模板分子具有良好的空間互補(bǔ)性,對(duì)模板分子具有量身定做的專一性結(jié)合特征,因此能夠有效地分離目標(biāo)分子,另外MIPs具有很好的穩(wěn)定性、容易制備且成本低,已在傳感器,色譜,天然產(chǎn)物的提純,痕量分析或檢測(cè),樣品的預(yù)處理,藥物的控制性釋放。等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,但是在食品領(lǐng)域相關(guān)的應(yīng)用比較少。雖然MIPs在分析檢測(cè)中應(yīng)用較多,但具有工業(yè)上大量提取天然活性成分物質(zhì)的MIPs鮮有報(bào)道,本實(shí)驗(yàn)利用非共價(jià)聚合法,以姜酮為模擬模板,采用不同溶劑制備球形分子印跡材料,并探討應(yīng)用MIPs工業(yè)化提取提取6-姜酚的可行性。1材料和方法1.1材料和試劑姜酮、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)、甲基丙烯酸(MAA)、偶氮二異丁睛(AIBN)、乙醚、乙腈均為分析純;酒精(食用級(jí))。1.2re-65a旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器Equinox55型傅立葉變換紅外光譜儀Bruker公司;RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器;LC-20AT高效液相色譜儀日本島津公司;UnicamUV500紫外可見光譜掃描儀ThermoSpectronic公司。1.3方法1.3.1標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制采用紫外分光光度計(jì)對(duì)姜酮標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描,確定最大吸收波長(zhǎng)為281nm。在281nm的條件下對(duì)不同質(zhì)量濃度的姜酮標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行掃描測(cè)定,得到如下姜酮質(zhì)量濃度和吸光度的標(biāo)準(zhǔn)曲線:式中:y為姜酮溶液的質(zhì)量濃度(μg/ml);x為姜酮溶液的吸光度。1.3.2mips的制備以姜酮為模擬模板的MIPs的制備過程如下:按表1配料比,將0.2403g姜酮溶于12ml乙腈,待溶解后加入0.32mlMAA,在50℃條件下進(jìn)行預(yù)組裝12h后,再加入3.17mlEGDMA、適量的蒸餾水和單甘酯,最后加入0.0391g的AIBN和5ml致孔劑,用超聲波除氣20min,密封,在60℃恒溫水浴中,引發(fā)聚合反應(yīng)24h后,便可獲得球形的MIPs,然后用食用酒精洗滌,直到洗脫液中檢測(cè)不出姜酮(根據(jù)1.3.1節(jié)中公式),然后將顆粒放入干燥箱60℃烘干,備用。不含模擬模板分子的空白聚合物(NIPs),除不加入姜酮外,制備方法同上。1.3.3姜酚提取物的制備取1.3.2節(jié)所制得的MIPs(2.56g)和NIPs(3.14g)分別裝柱,然后分別用400g鮮姜汁上柱,分別用濃度10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、95%食用酒精洗脫被吸附的姜酚,然后將收集的洗脫液真空濃縮至適量,再用乙醚萃取3次,合并萃取溶液,揮去乙醚得到純度較高的姜酚提取物。用乙腈定容后HPLC對(duì)樣品檢測(cè)。1.3.46-姜酚的測(cè)定色譜柱:DiamonsilC18柱;在波長(zhǎng)281nm,使用HPLC,以姜酚肟作為內(nèi)標(biāo),用水(A)和乙腈(B)為流動(dòng)相,梯度洗脫程序?yàn)?0min,55%A;8.00min,50%A;15min,45%A;40min,10%A;45min,55%A,流速為1ml/min,進(jìn)樣量為10μl。根據(jù)參考文獻(xiàn),計(jì)算出每部分中實(shí)際6-姜酚的含量,進(jìn)而計(jì)算出每個(gè)洗脫部分所獲得6-姜酚占總洗脫量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。2結(jié)果與分析2.1水和單甘酯的作用從圖1A可以看出,最終產(chǎn)物為分層的乳狀液,沒有生成MIPs。在非共價(jià)印跡聚合過程中,一般不采用水。因?yàn)樗臉O性大,既是氫鍵的提供者,也是氫鍵的受體,因此少量的水就會(huì)破壞印跡過程中形成的氫鍵,另外,水溶性交聯(lián)劑在水溶液中的剛性差,形成的印跡材料壽命短,重復(fù)利用性差。因此一般不用水作為溶劑。圖1B中,在沒有水和單甘酯存在條件下,得到結(jié)塊的MIPs,在其應(yīng)用過程中需要進(jìn)行研磨,難以研磨成均一球形產(chǎn)品而且過程耗時(shí)費(fèi)力,不適于工業(yè)化生產(chǎn)。合成圖1CMIPs時(shí),雖然也與圖1A用了相同的水作為溶劑,但由于加入了0.0275g(1‰,m/m)單甘酯,大大減小了體系中各種試劑的表面張力,形成了均勻分布的水包油微球,引發(fā)劑引發(fā)反應(yīng)時(shí),容易形成大量的球狀MIPs。從圖1C可以看出,球形大小肉眼可辨(顆粒直徑約為0.1cm),基本均勻一致,可以直接應(yīng)用于工業(yè)化提取分離6-姜酚。綜合上述分析可知,單純使用水作為溶劑或者單純使用有機(jī)溶劑的時(shí),都不能形成有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的MIPs,但是使用一定量的乳化劑,形成適宜的水包油的乳化體系,可以形成具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的MIPs,至于水和乳化劑的適宜用量還有待進(jìn)一步研究。比較圖1中A、B、C3種MIPs的外觀形狀后,認(rèn)為表1C配料適宜于制備具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值的MIPs。2.2洗脫劑分析2.2.1mips提取6-姜酚的方式從圖2可以看出:(1)從A~G,即10%~40%的乙醇洗脫液中都有6-姜酚,說明所獲得MIPs從姜汁中吸附了6-姜酚,即MIPs具有吸附姜酚的能力;(2)雖然A~G均可洗脫6-姜酚,但是洗脫的能力大不相同,其相對(duì)洗脫能力是C>D>E>F>G>B>A,即20%乙醇洗脫液>25%乙醇洗脫液>30%乙醇洗脫液>35%乙醇洗脫液>40%乙醇洗脫液>15%乙醇洗脫液>10%乙醇洗脫液;(3)A~G中不僅6-姜酚的含量不同,而且其純度也大不相同,A和B在保留時(shí)間15min以后有雜峰出現(xiàn),而C、D(20%與25%乙醇)洗脫液所含的姜酚數(shù)量最多而且雜質(zhì)含量最低。因此利用MIPs提取6-姜酚時(shí),應(yīng)先用15%的乙醇洗脫后,再用25%的乙醇洗脫,這樣6-姜酚的得率約為79.07%(表2);(4)從A~G的吸附與解析情況看,用姜酮作為模擬模板制備的MIPs與6-姜酚作模板的MIPs有差異,其印記效率明顯低于使用6-姜酚作模板(90%)但考慮難以獲得大量的6-姜酚作為模板,使用姜酮作為模擬模板制備的MIPs,其對(duì)6-姜酚的專一選擇性也是非常好的,可以作為工業(yè)化提取6-姜酚MIPs的模板。2.2.2乙醇洗脫液中6-姜酚由圖2與表2可以看出,高純度的6-姜酚主要分布在20%和25%乙醇洗脫液中,占6-姜酚總量的79.07%(m/m),這可能是MIPs對(duì)姜酚的吸附作用比較強(qiáng),乙醇洗脫不易或者洗脫時(shí)間不足以洗下所有的6-姜酚,因此在后繼的洗脫中仍然出現(xiàn)少量的6-姜酚。2.3mips的吸附能力在實(shí)驗(yàn)中,制備的MIPs和NIPs分別為2.56g和3.14g;通過HPLC測(cè)定,MIPs吸附的6-姜酚總量大約149.54mg,NIPs吸附的6-姜酚總量約為35.36mg,則MIPs的吸附能力為63.35mg/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于NIPs的吸附能力為11.26mg/g,因此以姜酮為模擬模板制備的MIPs對(duì)6-姜酚具有顯著的吸附效果。3mips在6-姜酚的上柱固定反應(yīng)中的應(yīng)用利用模擬模板姜酮代替6-姜酚作為模板,在水和乳化劑單甘酯的作用下,合