大孔树脂吸附黄酮,大孔树脂分离黄酮流程

作者：李坤平，贲永光，高崇凯，李卫民

【摘要】 目的 考查12种大孔吸附树脂对布渣叶总黄酮的吸附与解吸附特性。方法 以总黄酮比吸附量和解吸附率为指标，通过静态和动态吸附解吸附试验进行筛选，对性能较好的树脂进行吸附动力学研究。 结果 D101、NKA和HPD300树脂的静态比吸附量分别达到18.863、18.482和18.436 mg·g-1，静态解吸率分别为95.92%、89.01%和91.14%；其动态比吸附量分别为12.667、12.271和12.164 mg·g-1，动态解吸附率分别为94.51%、90.24%和91.89%。D101、NKA和HPD300的Langmuir吸附等温线拟合方程的R2值分别为0.998、0.980和0.997；其Freundlich吸附等温线拟合方程的R2值分别为0.940、0.933和0.938。结论 D101、NKA和HPD300大孔树脂对布渣叶总黄酮具有较好的吸附分离性能，其吸附过程符合Langmuir模型。

【关键词】 布渣叶；总黄酮；大孔树脂；富集纯化；吸附动力学

Enrichment and purification characteristics of macroporous resins to total flavonoids of Microcos paniculata L.

Abstract:Objective To investigate the adsorption and desorption characteristics of macroporous resins to total flavonoids of Microcos paniculata L. Methods 12 kinds of resins were compared according to their enrichment and purification capabilities, three resins were selected and the kinetics of their sorption process were analyzed. Results For D101, NKA and HPD300, the static adsorption capacities reached 18.863,18.482 and 18.436 mg/g respectively, and the corresponding desorption ratios were 95.92%,89.01% and 91.14% .The dynamic adsorption capacities researched 12.667, 12.271 and 12.164 mg/g with the corresponding desorption ratios of 94.51%, 90.24% and 91.89%. The correlation coefficients R2 were 0.998, 0.980, 0.997, and 0.998, 0.980, 0.997 for fitting Langmuir equation and Freundlich equation of D101, NKA, and HPD300 to total flavonoids of Microco paniculata L. respectively. Conclusions D101,NKA and HPD300 were suitable for the enrichment and purification of total flavonoids of Microcos paniculata L., and their sorption process fitted Langmuir equation.

Key words:total flavonoids； Microcos paniculata L.; macroporous resins; enrichment and purification; adsorption kinetics

大孔吸附树脂作为一种新型分离介质，在中草药有效部位分离纯化方面的应用越来越广泛，其对中草药总黄酮部位的富集纯化得到了众多研究者的关注［1,2］。布渣叶（Microcos paniculata L.）为椴树科植物破布树的叶，其味甘淡，性微寒，有清热消滞、利湿退黄的功效，收载于广东省中药材标准［3］。布渣叶富含黄酮类成分，罗集鹏等［4］、冯世秀等［5］从中分离 离出13个黄酮及其苷类化合物，毕和平等［6］建立了分光光度法测定布渣叶总黄酮的方法，潘天玲等［7］对布渣叶总黄酮提取工艺进行了优化，但鲜有其提取物分离纯化的报道。本文考察了12种大孔树脂对布渣叶总黄酮的富集纯化性能，并对其吸附动力学进行了初步研究，以期为布渣叶总黄酮的分离纯化工艺提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、仪器与试剂

　　布渣叶购自广州致信中药饮片有限公司，由广州中医药大学中药学院李卫民教授鉴定为椴树科植物破布树（Microcos paniculata L.）的叶，粉碎，过20目筛，备用。大孔吸附树脂：D101（天津市海光化工有限公司），NKA、AB8、X5和NKA9（南开大学化工厂），HPD100、HPD300、HPD500和HPD600（河北沧州宝恩化工有限公司），D151、D152、DA201（安徽三星树脂科技有限公司）。芦丁对照品购自中国药品生物制品检定所（批号：050923）,氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、乙醇等均为市售分析纯。

　　TU1810紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司），KYC100空气恒温振荡器（上海福玛实验设备有限公司）。

　　1.2 实验方法

1.2.1 布渣叶总黄酮供试液的制备 参考文献［7］的方法制备（总黄酮质量浓度C0=3.334 mg/mL）。

1.2.2 总黄酮浓度的测定 参考文献［7］，采用Al(NO3)3NaNO2NaOH 体系比色法测定。

1.2.3 静态吸附解吸附试验 准确称取经预处理的树脂各5.0 g，置100 mL三角瓶中, 加入“1.2.1”项的供试液30 mL（C0=3.334 mg/mL），30 ℃、150 r/min振荡24 h，静置，测定总黄酮平衡浓度Ce；再滤出已吸附平衡的树脂，用50 mL去离子水冲洗后用滤纸吸干，加入体积分数95％的乙醇30 mL, 30 ℃、150 r/min 解吸附2 h，测总黄酮浓度Cd，按公式（1）、（2）计算静态比吸附量和静态解吸附率［1,8］。

Qe（mg·g-1）＝ (C0-Ce)V0m（1）

De＝CdVd(C0-Ce)V0×100%（2）

式中：Qe（mg·g-1）—静态比吸附量；C0（mg·L-1）—初始浓度；Ce（mg·L-1）—平衡浓度；V0（mL）—吸附液体积；m（g）—树脂质量；De—静态解吸附率；Cd（mg·L-1）—洗脱液浓度；Vd（mL）—洗脱液体积。

1.2.4 动态吸附解吸附试验 准确称取“1.2.3”项下筛选出的静态富集纯化性能较好的3种大孔树脂各50.0 g，装柱，以2 mL/min的流速上样（C0=3.334 mg/mL，V′0=300 mL），并将吸附后的试液再上柱吸附1次，测其平衡吸附后的总黄酮浓度，再用去离子水200 mL洗去杂质，最后用体积分数95％的乙醇200 mL洗脱，测其总黄酮浓度，按公式（3）、（4）计算动态比吸附量和动态解吸附率［1,8］。

Q′e（mg·g-1）＝ (C0-C′e)V′0m′（3）

D′e＝C′dV′d(C0-C′e)V′0×100%（4）

式中：Q′e（mg·g-1）—动态比吸附量；C0（mg·L-1）—初始浓度；C′(mg·L-1）—平衡浓度；V′0（mL）—吸附液体积；m′（g）—树脂质量；D′e—动态解吸率；C′d（mg·L-1）—洗脱液浓度；V′d（mL）—洗脱液体积。

1.2.5 大孔树脂吸附等温线测定 参考文献［1，8］，分别称取富集纯化性能较好的3种大孔树脂各6份，每份3.0 g，分别加入6个不同浓度的布渣叶总黄酮提取液各40 mL,30 ℃、150 r/min振荡吸附，24 h后取样，测定总黄酮浓度，绘制吸附等温线，并按照 Langmuir方程和Freundlich方程进行拟合。

2 结果与讨论

2.1 大孔树脂静态吸附解吸附试验结果与分析

　　吸附质在大孔树脂上的吸附分离过程是一个复杂的热、质传递过程，其化学性质和理化状态，以及大孔树脂的骨架结构、极性、比表面积和平均孔径等参数直接影响吸附分离的效率与性能［8］。国产大孔吸附树脂种类较多，不同型号树脂的结构和性状不同，其吸附分离性能差异较大，表1和表2是按“1.2.3”项和“1.2.4”项进行的静态吸附解吸附试验与动态吸附解吸附试验结果。表1 大孔树 脂静态吸附解吸附试验结果 从表1可以看出，非极性和弱极性大孔树脂的富集纯化效果较好，这可能是布渣叶提取物中多是黄酮及其苷类化合物，其母核分子结构中含有部分酚羟基，其取代糖基上也带有大量的羟基，因而具有一定的极性，在吸附过程中容易形成氢键吸附；同时，在解吸附过程中，上述氢键吸附极易被强极性的低碳醇类洗脱溶剂破坏，所以洗脱也相对容易，解吸附率也较极性大孔树脂高。其中，D101、NKA和HPD300等3种大孔树脂的静态比吸附量分别达到18.863、18.482和18.436 mg/g，静态解吸附率分别为95.92%、89.01%和91.14%。综合评价各树脂对布渣叶总黄酮吸附与解吸附性能，选择D101、NKA和HPD300进一步考察其动态吸附解吸附性能。表2 大孔树脂动态吸附解吸附试验结果从表2可以看出，3种大孔树脂的动态比吸附量都较高， D101、NKA和HPD300动态比吸附量分别为12.667、12.271和12.164 mg/g，动态解吸附率分别是94.51%、90.24%和91.89%；相对静态吸附而言，其解吸附率要高，这与试验过程中选择了体积分数95％的乙醇作为洗脱剂，以及洗脱剂的用量较大有关。大孔树脂吸附分离过程影响因素较多，其洗脱工艺参数有待进一步的优化。 2.2 大孔树脂吸附等温线

对大孔树脂吸附布渣叶总黄酮的等温线加以研究，可进一步了解其吸附分离过程。Langmuir方程和Freundlich方程是常用的吸附等温线研究模型，其表达式分别如（5-1）、（5-2）和（6-1）、（6-2）［1,8］：

Qe＝kQmax·Ce1+kCe （5-1）

其线性表达形式即：

CeQe=CeQmax+1kQmax（5-2）

Qe＝ KF·C1/ne （6-1）

其线性表达形式即：

lgQe＝lgKF+1nlgCe（6-2）

式中：Ce（mg·L-1）—吸附平衡后的总黄酮浓度；Qe（mg·g-1）—树脂在一定浓度总黄酮下的比吸附量；k—常数；Qmax（mg·g-1）—树脂的最大比吸附量；KF—Freundlich常数；1/n—常数。

　　（5）式中以CeQe对Ce作图，斜率为1Qmax，截距为1k·Qmax；（6）式中以lgQe对lgCe作图，斜率为1/n，截距为lgKF。静态吸附达到平衡后，根据测定的平衡浓度Ce及由此计算得到的平衡吸附量Qe即可作出大孔树脂对布渣叶总黄酮的吸附等温曲线。图1是当布渣叶总黄酮浓度分别为1.112、2.542、3.624、4.521、5.889、6.445 mg/mL时，按照“1.2.5”项方法测定的吸附等温线（图1A）及Langmuir方程拟合曲线（图1B）和Freundlich方程拟合曲线（图1C）。从图1和表3可知，D101、NKA和HPD300树脂的最大静态理论比吸附量分别为70.52、52.30和59.56 mg/g；3种大孔树脂的Langmuir吸附等温线拟合方程的R2值分别为0.998、0.980和0.997，其Freundlich吸附等温线拟合方程的R2值分别为0.940、0.932和0.938；说明在试验设定的条件下，其对布渣叶总黄酮的吸附属于单分子层吸附，且Langmuir方程?较好地描述其吸附过程，但其吸附机理及其吸附动力学有待进一步研究。表3 Langmuir方程和 Freundlich方程等温线常数

3 结 论

3.1 D101、NKA和HPD300大孔树脂对布渣叶总黄酮具有较好的吸附分离性能，静态比吸附量分别达到18.863、18.482和18.436 mg/g，静态解析率分别为95.92%、89.01%和91.14%；动态比吸附量分别为12.667、12.271和12.164 mg/g，动态解析率分别为94.51%、90.24%和91.89%。

3.2 在本研究给定的条件下，D101、NKA和HPD300树脂对布渣叶总黄酮的吸附属于单分子层吸附；Langmuir方程能较好地描述其吸附过程。

【参考文献】 ［1］ FU Boqiang，LIU Jie，LI Huan，et al. The application of macroporous resins in the separation of licorice flavonoids and glycyrrhizic acid［J］. J Chromatography A, 2005, 1089: 18-24.

［2］ ZHA NG Ying，LI Shufen，WU Xiwen，et al. Macroporous resin adsorption for purification of flavonoids in Houttuynia cordata Thunb.［J］. Chin J Chem Eng，2007,15（6）:872-876.

［3］ 广东省食品药品监督管理局.广东省中药材标准（第1册）［M］ .广州：广东科技出版社，2004.66-67.

［4］ 罗集鹏，杨世林，MARGARET F R，等.布渣叶黄酮类成分的分离与鉴定［J］.中草药，1993，24（9）：455-456

［5］ 冯世秀，刘梅芳，林立东，等.布渣叶中三萜和黄酮类成分的研究［J］.热带亚热带植物学报，2008，16（1）：51-56.

［6］ 毕和平，韩长日，王芳.分光光度法测定破布叶中总黄酮［J］.广东化工，2006，33（3）：43-45.

［7］ 潘天玲，李坤平，贲永光，等.正交试验法优化布渣叶总黄酮提取工艺的研究［J］.广东药学院学报，2008，24（5）：454-456.

［8］ 朱洪梅，韩永斌，顾振新，等.大孔树脂对紫甘薯色素的吸附与解吸特性研究［J］.农业工程学报，2006, 22(5): 153-156.

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