1부: Cistanche: 메조다공성 탄소에 대한 페닐에타노이드 배당체의 고효율 흡착
Mar 04, 2022
연락처: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 이메일:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li, Jinli Zhang
페닐에타노이드 배당체의 주요 활성 화합물이다.시스탄체 튜불로사（제품은 클릭）, 페닐에타노이드 배당체의 추출물을 흡착하여 고순도의 정제를 얻기 위해서는 매우 바람직합니다. 페닐에타노이드 배당체(Phenylethanoid glycosides)의 효율적인 분리 및 정제를 위한 새로운 흡착 물질인 페닐에타노이드 배당체의 고효율 흡착을 탐색하기 위해시스탄체 튜불로사탐구되었다. Phenylethanoid 배당체의 흡착을 위해 CMK{0}}(ordered mesoporous carbon), DMC(disordered mesoporous carbon), CMK{2}}의 3가지 mesoporous 탄소를 비교하였다. 한편, 흡착 등온선, 흡착 동역학 및 흡착 조건의 최적화를 조사하였다. 결과는 CMK{3}}가 높은 비표면적, 큰 기공 부피 및 산소 함유 작용기로 인해 358.09 ± 4.13 mg/g의 가장 높은 흡착 용량을 나타냄을 나타냅니다. 실험 데이터는 Langmuir 모델과 유사 2차 모델을 사용하여 정확하게 설명할 수 있습니다. 입자 내 확산 모델은 흡착의 속도 제한 단계가 입자 내 확산이라고 제안했습니다.
소개
시스탄체 튜불로사 Orobanchaceae 기생 식물로(Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017) 주로 Tamarix 식물과 Calotropis 종의 뿌리에서 자랍니다(Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa는 원래 ca.에 Shen Nong의 Chinese Materia Medica에 기록되었습니다. 기원전 100년 Cistanche tubulosa의 성장과 재배는 혹독한 환경 조건을 필요로 했으며, 중국의 Xinjiang, 내몽골, Gansu, Qinghai 및 Ningxia Autonomous Region과 같은 북반구의 건조한 땅과 사막에 널리 심어졌습니다. (You et al., 2016).시스탄체 튜불로사신장에 영양을 공급하고, 노화를 방지하고, 혈액의 본질을 강화하고, 대장을 축축하게 하여 대변을 배출하는 기능을 하는 귀중한 중국 강장제였습니다(Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al., 2017 al., 2018),"사막의 인삼"(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa는 2005년 판(Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019)에서 Cistanches Herba(중국명: Rou cong rong)의 정통 출처로 공식적으로 중국 약전에 기록되었습니다.
이전 연구에서는 PhGs, iridoids 및 다당류를 포함한 Cistanche tubulosa의 몇 가지 주요 화학 성분이 밝혀졌습니다(Li et al., 2018a). PhGs의 구조는 주로 신남산과 α-글루코피라노오스에 에스테르와 글리코시드 결합을 통해 결합된 다당류 알코올로 구성되어 있으며(Luo et al., 2010), 페닐에타노이드 배당체는 다양한 기능을 지닌 튜불로사의 주요 활성 성분으로 여겨져 왔습니다. 약리학적 활성(Liao et al., 2018). 연구는 PhGs가 신경 보호, 면역 조절, 항염증, 간 보호 및 항산화제와 같은 다양한 의학적 특성을 가지고 있음을 보여주었습니다(Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). 식물화학적 평가에 따르면 echinacoside, acteoside와 같은 PhGs는 Cistanche tubulosa 및 종의 품질 평가를 위한 마커 화합물로 일반적으로 선택되는 Cistanche tubulosa의 주요 활성 성분 및 마커로 간주되었습니다(Li et al., 2017b). Cistanche의 이러한 화합물을 통해 구별되었습니다. PhGs는 분자 내에 많은 수산기와 페놀성 수산기를 가지고 있기 때문에 자연적으로 발생하는 수용성 화합물이었습니다. 따라서 페닐에타노이드는 수용액에서 Cistanche tubulosa로부터 분리될 수 있습니다.
흡착(Liu et al., 2016), 막 분리(Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) 및 용매 추출(Li et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. et al., 2016). 그러나 막 분리 및 용매 추출은 대규모 제조에 적합하지 않았고 제품의 높은 회수율을 달성하기 어려웠습니다(Zhang et al., 2018a). 흡착은 천연물 분리에 가장 널리 채택된 방법 중 하나입니다(Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). 독특하고 조정 가능한 기공 구조, 높은 표면적 및 기계적 안정성으로 인해 메조포러스 탄소(2~50nm 사이의 기공 크기)는 흡착성 천연 제품에 대한 일종의 효율적인 흡착제로 입증되었습니다. 이 연구는 메조다공성 탄소가 Qin et al. eucommia ulmoides 잎에서 클로로겐산의 농축(Qin et al., 2018). Li et al. 열수 처리 방식을 통해 두 개의 메조포러스 탄소를 합성하고 물에서 베르베린 염산염과 마트린에 대한 두 개의 메조포러스 탄소의 흡착 성능을 평가했습니다(Li et al., 2018b). 고효율 흡착제로서 일종의 유망한 물질로 여겨졌다(Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). 또한 메조포러스 탄소는 폐수에서 방향족 화합물, 염료 및 중금속의 흡착 제거에도 적용되었습니다(Kong et al., 2016). 이전에 출판된 작품에서 Liu et al. Cistanche tubulosa에서 PhGs를 흡착하기 위해 macroporous resin을 사용하였고 PhGs의 순도는 높아졌지만 흡착능력과 탈착속도는 낮았다. 거대 다공성 수지에 비해 메조 다공성 탄소는 큰 비표면적, 적절한 기공 크기 및 높은 기공 부피의 특성을 가지고 있습니다. 따라서 메조다공성 탄소는 PhGs에 대해 매우 효율적인 흡착제로 간주됩니다. 본 연구에서는 Cistanche tubulosa에서 페닐에타노이드 배당체의 분리 및 정제를 위한 흡착제로 세 종류의 메조다공성 탄소를 선택하였다.
이 연구의 주요 목적은 Cistanche tubulosa에서 페닐에타노이드 배당체의 분리 및 정제를 위한 CMK{0}}의 흡착 성능을 조사하는 것이었습니다. 다양한 농도, pH 및 온도가 CMK{1}}의 흡착 성능에 미치는 영향을 조사하고 PhG의 최적 흡착 조건을 선별했습니다. 메조포러스 탄소는 FT-IR, BET, TEM, TGA로 특성화되었으며, 흡착 등온선과 동역학을 자세히 분석하였다.
시스탄체 튜불로사
실험
재료 및 시약
시스탄체 튜불로사줄기는 Congrongtang Biological Technology Co., Ltd.(Xinjiang)에서 구입했습니다. echinacoside(순도 98% 이상) 및 acteoside(순도 98% 이상) 표준은 Sunny Biotech Co., Ltd.(Shanghai)에서 구입했습니다. HLPC의 아세토니트릴, 메탄올 및 아세트산은 Thermo Fisher Scientific Co., Ltd.(Shanghai)에서 구입했습니다. 분석 등급의 에탄올은 Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd.(Tianjin)에서 구입했습니다. 정렬된 메조다공성 탄소(CMK-3), 무질서한 메조다공성 탄소(DMC) 및 3차원 입방 정렬된 메조포러스 탄소(CMK-8)는 Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd.(Nanjing)에서 구입했습니다. .
성격 묘사
200 kV에서 작동되는 투과전자현미경(TEM, Tecnai G2 F20)을 이용하여 제조된 샘플의 형태 및 미세구조를 조사하였다. TEM 샘플은 Cu 그리드에 의해 지지되는 탄소 필름에 메조포러스 물질이 있는 에탄올 용액의 액적을 증착하여 주변 조건에서 준비되었습니다. 일반적으로 현미경의 분해능을 높이기 위해 파장이 짧은 광원을 선택하여 메조포러스 탄소의 구조를 명확하게 관찰할 수 있다. 표면 작용기는 적외선과 물질 분자 간의 상호 작용을 사용하여 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR, AVATAR360)에 의해 정성적으로 측정되었습니다. FT-IR은 감쇠 전반사 방법 테스트를 사용하며, 조건은 2cm-1의 단계 크기이고 스캔 범위는 4,{9}}-400cm-1입니다. 메조포러스 탄소의 비표면적, 기공 크기 및 기공 부피와 같은 물리적 구조 데이터는 Brunauer-Emmett-Teller(BET, ASAP 2460)에 의해 계산되었습니다. 흡착제의 절차는 다음과 같다: 메조다공성 탄소는 60℃에서 12시간 동안 탈기되었고, N2 흡탈착 곡선은 -196℃에서 시험하여 비표면적, 기공 크기 및 기공 부피를 계산하였다. 메조포러스 탄소. 열중량 분석기(TGA, STA 449 F3)는 열중량 분석을 사용하여 물질의 온도-질량 관계를 감지하는 기기이며 TGA는 프로그램 온도 제어 하에서 온도의 함수로 물질의 질량을 측정합니다. TGA 데이터는 30~800℃ 범위의 온도에서 10℃/min의 가열 속도로 공기 분위기에서 TGA를 사용하여 얻었다.
HPLC 분석
echinacoside와 acteoside의 함량은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC, Waters Co., USA)로 검출하였다. 시스템에는 자동 샘플러, 고압 펌프 및 자외선(UV) 검출기가 포함되었습니다. 분석은 비대칭 C18 컬럼(100Å, 5µm, 4.6 × 250mm)에서 수행되었습니다. HPLC는 구배 용출 방법을 사용하여 샘플을 분리하고 검출했습니다. 주입 루프의 부피는 10μm, 컬럼 온도는 30℃, UV 분광 광도계의 검출 파장은 330nm, 유속은 1ml/min, 이동상은 (A) 아세토니트릴 및 (B) 아세트산 /물 (1:44, v/v).
흡착 평형
CMK{0}}에 대한 흡착 조건의 최적화 실험은 acteoside와 echinacoside의 혼합물을 사용하여 수행되었으며 최적의 조건에서 원유Cistanche tubulosa 추출물CMK-8와 DMC의 메조다공성 탄소는 동일한 실험 배치에서 CMK-3와 병렬로 실행되었으며 모든 흡착 실험은 흡착 사이클 실험에서 수행되었으며 모든 흡착 실험은 반복적으로 3번 이상 수행되었습니다. 세 종류의 메조포러스 탄소(CMK- 3, DMC 및 CMK-8) 각각 10 mg을 3개의 병에 첨가했습니다. 그런 다음 C{11}}(mg/mL)의 초기 농도를 갖는 15mL 샘플 용액을 병에 첨가했습니다. 병을 흡착 평형에 도달할 때까지 24시간 동안 30℃의 항온 진탕기에 두었다. 그런 다음 1ml의 흡착 용액을 0.22μm 필터로 여과하고 시료 용액의 평형 농도 Ce(mg/mL)를 HPLC로 결정하였다.
탈착 실험
그런 다음 메조포러스 탄소의 탈착 실험을 수행하였다. 메탄올/아세트산(9:1, v/v) 혼합 용액 15mL에서 흡착된 메조포러스 탄소를 30ºC에서 1시간 동안 초음파 수조에 넣었습니다. 얻어진 탈착액을 0.22 필터로 여과한 후 HPLC로 분석하였다. 흡착 용량 QE(mg/ml)는 다음과 같이 평가되었습니다.
양적완화 {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) 여기서 V는 용액의 부피(mL)이고 W는 메조포러스 탄소의 무게(g)
결과 및 논의
성격 묘사
그림 1은 세 종류의 메조포러스 탄소의 TEM을 보여주었다. DMC는 무질서한 다공성 네트워크, CMK{1}}는 3차원 다공성의 네트워크 구조, CMK-3는 규칙적인 1차원 기공이 있는 명확한 줄무늬 구조로 보고된 결과와 유사했습니다( Wang et al., 2006; Luo et al., 2010).
그림 2는 메조포러스 탄소(CMK-3, DMC, CMK{3}})의 FT-IR 스펙트럼과 CMK{5}} 흡착 전후의 FT-IR 스펙트럼을 보여줍니다. 도 2A에서 메조포러스 탄소 표면의 작용기는 주로 산소를 함유하는 기임을 알 수 있다. 세 종류의 메조포러스 탄소에 대한 스펙트럼의 전체 모양은 유사했습니다. 메조포러스 탄소는 OH의 신축 진동대를 참고하여 3,423 cm-1에서 피크 밴드를 보였다. 1,580 및 1,629 cm-1 영역의 밴드는 카르보닐 및 카르복실 C{17}}O의 신축 진동에 해당합니다. 또한, 1,384 cm-1에서 발생하는 피크는 알코올성 CO의 신축 진동인 것으로 밝혀졌고 2,922 및 2,852 cm-1에서의 인장 진동은 각각 메틸렌 및 메틸기의 CH에 해당하는 것으로 나타났습니다. 이것은 메조포러스 탄소의 표면에 존재하는 산소 함유 그룹이 PhG 분자와 메조포러스 탄소 사이에 약한 화학적 상호작용을 유발할 수 있음을 나타냅니다.
그림 2B는 흡착, 악테오사이드 및 에키나코사이드 전후의 CMK-3의 FT-IR 스펙트럼을 보여줍니다. 1,697 cm-1의 특징적인 피크는 acteoside와 echinacoside에 있는 올레핀의 C=C에서 유래한 반면, 1,519–1,423 cm-1 영역의 밴드는 방향족 고리 C{{ 12}}악테오사이드 및 에키나코사이드의 C. 1,604 cm−1에서의 인장 진동은 C{16}}O 결합이었고 1,157 cm−1에서의 피크는 acteoside와 echinacoside에서 ether 결합의 신축 진동에 의해 발생했습니다. 흡착 전의 CMK{21}}의 FT-IR 스펙트럼과 비교하여 흡착 후의 CMK{23}}의 FT-IR 스펙트럼은 새로운 피크가 나타났으며, 이는 acteoside와 echinacoside의 특징적인 피크에 속합니다.
N2 흡탈착 등온선은 CMK-3에 대한 PhG의 흡착과 흡착제 구조의 비교에 중요한 매개변수였습니다. Figure 3은 PhGs 흡착 후의 CMK-3, CMK-8, DMC, CMK-3의 N2 흡탈착 등온선을 보여줍니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 메조다공성 탄소의 등온선은 이러한 유형의 등온선이 기공 크기의 범위가 2에서 50nm 사이인 주로 메조다공성이라는 점에서 유형 IV 등온선과 유사했습니다(Sanz Pérez et al. , 2019). 흡착 등온선과 탈착 등온선 사이의 간격을 모세관 응축 반응에 의해 발생하는 히스테리시스 루프라고 합니다. 모세관 응축 반응의 경우 모세관 응축은 가장 작은 기공에서 먼저 발생합니다(Barsotti et al., 2016). 이는 CMK{15}}가 DMC 및 CMK{16}}보다 작은 중간 기공을 가짐을 보여주며 이는 표 1의 결과와 일치합니다. CMK{18}}의 등온선은 다음과 같은 H1 히스테리시스 루프를 나타냅니다. 모세관 응축 및 CMK의 기공 구조와 관련된 급속한 기공 충전을 나타내는{20}} 합리적으로 질서 정연했습니다. DMC의 등온선은 H3 히스테리시스 루프를 나타내며, 이러한 유형의 히스테리시스는 다공성 흡착제의 정의되지 않은 구조를 유발하는 기공 네트워크로 인해 불규칙한 기공을 가졌습니다. CMK{22}} 등온선은 H2 히스테리시스 루프를 나타내며, 이는 기공 구조가 복잡하고 기공 크기 분포가 고르지 않음을 나타냅니다.
CMK-3의 N2 흡탈착 등온선을 PhG 흡착 전과 후에 비교하였다. 흡착 후 CMK-3의 등온선도 그림 3B의 IV형 등온선과 유사했습니다. 이는 CMK-3가 흡착 후에도 메조포러스 구조를 유지함을 나타냅니다. 표 1에서 볼 수 있듯이 흡착 후 CMK-3의 비표면적과 세공 부피는 현저한 감소를 보였고, 흡착 전과 흡착 후의 CMK-3의 비표면적은 1,{18 }}98.02 ~ 227.75m2/g, 세공 부피는 1.32에서 0.42cm3/g으로 감소했습니다. PhGs 분자가 CMK에 흡착되었음을 나타냅니다.{21}}
Table 1 summarized the BET-specific surface area, pore-volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g, and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >CMK{0}}.
그림 4는 세 종류의 메조포러스 탄소(CMK-3, CMK-8, DMC)의 TGA 곡선을 보여줍니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 세 종류의 메조포러스 탄소는 모두 두 가지 뚜렷한 질량 손실 단계를 가지고 있습니다. 질량 손실의 첫 번째 단계는 100ºC 이전에 메조포러스 탄소의 수분 증발로 인한 것이고, 두 번째 질량 손실 단계입니다. CMK- 3, DMC 및 CMK{6}}는 각각 660, 427 및 615ºC에서 발생하며, 이는 메조포러스 탄소 재료의 산화 열분해에 해당합니다. CMK{10}}의 열분해 온도가 CMK{11}} 및 CMK{12}}보다 높고 CMK{13}}의 열 안정성이 CMK{13}}보다 우수함을 알 수 있습니다. {14}} 및 DMC.
