Bahagian Ⅰ:Cistanche:Penjerapan Glikosida Phenylethanoid Yang Sangat Cekap Pada Karbon Mesoporus
Mar 04, 2022
Hubungi: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 E-mel:audrey.hu@wecistanche.com
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li, dan Jinli Zhang
Glikosida phenylethanoidadalah sebatian aktif utamaCistanche tubulosa（Klik untuk produk）, dan sangat diingini untuk mendapatkan penulenan tinggi glikosida Phenylethanoid melalui penjerapan daripada ekstraknya. Untuk meneroka penjerapan glikosida Phenylethanoid yang sangat cekap, bahan penjerapan baru untuk pemisahan dan penulenan glikosida phenylethanoid yang cekap (Phenylethanoid glycosides) daripadaCistanche tubulosatelah diterokai. Tiga karbon mesoporous karbon mesoporus tersusun (CMK-3), karbon mesopous tidak teratur (DMC) dan karbon mesoporus padu tiga dimensi (CMK-8) telah dibandingkan untuk penjerapan glikosida Phenylethanoid. Sementara itu, isoterma penjerapan, kinetik penjerapan, dan pengoptimuman keadaan penjerapan telah disiasat. Keputusan menunjukkan bahawa CMK-3 menunjukkan kapasiti penjerapan tertinggi iaitu 358.09 ± 4.13 mg/g disebabkan oleh luas permukaan khusus yang tinggi, isipadu liang yang besar dan kumpulan berfungsi yang mengandungi oksigen. Data eksperimen boleh diterangkan dengan tepat menggunakan model Langmuir dan model pseudo-second-order. Model resapan intra-zarah mencadangkan bahawa langkah-langkah menghadkan kadar penjerapan adalah resapan intra-zarah.
PENGENALAN
Cistanche tubulosa merupakan tumbuhan parasit Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), dan ia tumbuh terutamanya pada akar tumbuhan Tamarix dan spesies Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa pada asalnya direkodkan dalam Materia Medica Cina Shen Nong di ca. 100 SM Pertumbuhan dan penanaman Cistanche tubulosa memerlukan keadaan persekitaran yang teruk, dan ia ditanam secara meluas di tanah gersang dan padang pasir di hemisfera utara, seperti wilayah Xinjiang, Mongolia Dalam, Gansu, Qinghai, dan Wilayah Autonomi Ningxia di China. (Anda et al., 2016).Cistanche tubulosaadalah herba tonik Cina yang berharga yang mempunyai fungsi menyuburkan buah pinggang, anti-penuaan, meningkatkan intipati darah, dan melembabkan usus besar untuk membebaskan najis (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et. al., 2018), dan ia telah menjadi reputasi sebagai"Ginseng of the Deserts"(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa secara rasmi direkodkan dalam Pharmacopeia Cina sebagai sumber asli Cistanches Herba (nama Cina: Rou cong rong) dari edisi 2005 (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
Kajian terdahulu telah mendedahkan beberapa konstituen kimia utama Cistanche tubulosa, termasuk PhG, iridoid, dan polisakarida (Li et al., 2018a). Struktur PhGs terutamanya terdiri daripada asid sinamat dan alkohol polisakarida yang dilekatkan pada a -glucopyranose melalui ikatan ester dan glikosidik (Luo et al., 2010), dan glikosida phenylethanoid telah dianggap sebagai komponen aktif utama Cistanche tubulosa yang mempunyai pelbagai aktiviti farmakologi (Liao et al., 2018). Kajian menunjukkan bahawa PhGs mempunyai pelbagai sifat perubatan, seperti neuroprotection, peraturan imun, anti-radang, perlindungan hati, dan antioksidan (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018, 2019). Menurut penilaian fitokimia, PhG seperti echinacoside, acteoside dianggap sebagai komponen aktif utama dan penanda Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), yang biasanya dipilih sebagai sebatian penanda untuk penilaian kualiti Cistanche tubulosa dan spesies. Cistanche dibezakan melalui sebatian ini. PhG ialah sebatian larut air secara semula jadi kerana ia mempunyai banyak kumpulan hidroksil dan kumpulan hidroksil fenolik dalam molekul. Oleh itu, fenilethanoid boleh diasingkan daripada Cistanche tubulosa dalam larutan akueus.
Banyak kaedah untuk pengasingan dan penulenan produk semula jadi telah dibangunkan termasuk penjerapan (Liu et al., 2016), pemisahan membran (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) dan pengekstrakan pelarut, dan sebagainya (Li et al., 2015a,b; Wang S. et al., 2016; Zhang H. et al., 2016). Walau bagaimanapun, pengasingan membran dan pengekstrakan pelarut tidak sesuai untuk penyediaan berskala besar dan ia sukar untuk mencapai pemulihan tinggi produk (Zhang et al., 2018a). Penjerapan merupakan salah satu kaedah yang paling meluas digunakan untuk pengasingan produk semula jadi (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Disebabkan oleh struktur liang yang unik dan boleh disesuaikan, kawasan permukaan yang tinggi, dan kestabilan mekanikal, karbon mesopous (saiz liang antara 2 dan 50 nm) telah terbukti sebagai sejenis penjerap yang cekap untuk produk semula jadi penjerap. Kajian telah menunjukkan bahawa karbon mesoporus lebih sesuai untuk menjerap makromolekul, seperti karbon mesoporus telah digunakan oleh Qin et al. kepada pengayaan asid klorogenik daripada daun eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). Li et al. mensintesis dua karbon mesoporous melalui pendekatan rawatan hidroterma dan menilai prestasi penjerapan dua karbon mesoporous untuk hidroklorida berberin dan matrin daripada air (Li et al., 2018b). Ia dianggap sebagai sejenis bahan yang menjanjikan sebagai penjerap yang sangat cekap (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Selain itu, karbon mesoporus juga telah digunakan pada penyingkiran penjerap sebatian aromatik, pewarna, dan logam berat daripada air sisa (Kong et al., 2016). Dalam karya yang diterbitkan sebelum ini, Liu et al. menggunakan resin makroporous untuk menjerap PhG daripada Cistanche tubulosa, dan ketulenan PhG meningkat tetapi kapasiti penjerapan dan kadar nyahjerapan adalah rendah. Berbanding dengan resin makroporous, karbon mesopori mempunyai ciri-ciri luas permukaan spesifik yang besar, saiz liang yang sesuai, dan isipadu liang yang tinggi. Oleh itu, karbon mesoporus dianggap sebagai penjerap yang sangat cekap untuk PhG. Dalam kajian ini, tiga jenis karbon mesoporus telah dipilih sebagai penjerap untuk pengasingan dan penulenan glikosida phenylethanoid daripada Cistanche tubulosa.
Objektif utama kerja ini adalah untuk meneroka prestasi penjerapan CMK-3 untuk pengasingan dan penulenan glikosida phenylethanoid daripada Cistanche tubulosa. Kesan kepekatan, pH dan suhu yang berbeza pada prestasi penjerapan CMK- 3 telah disiasat dan keadaan penjerapan optimum PhG telah disaring. Karbon mesoporous dicirikan oleh FT-IR, BET, TEM, dan TGA, isoterma penjerapan, dan kinetik telah dilakukan dan dianalisis secara terperinci.
Cistanche tubulosa
EKSPERIMEN
Bahan dan Reagen
Cistanche tubulosabatang telah dibeli daripada Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Piawaian echinacoside (ketulenan Lebih daripada atau sama dengan 98 peratus ) dan acteoside (ketulenan Lebih daripada atau sama dengan 98 peratus ) telah dibeli daripada Sunny Biotech Co., Ltd. (Shanghai). Acetonitrile, metanol dan asid asetik HLPC telah dibeli daripada Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Shanghai). Etanol gred analitik telah dibeli daripada Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Karbon mesopous yang dipesan (CMK-3), karbon mesopous tidak teratur (DMC) dan karbon mesopous pesanan kubik tiga dimensi (CMK-8) telah dibeli daripada Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing) .
Perwatakan
Morfologi dan mikrostruktur sampel yang disediakan telah disiasat menggunakan mikroskop elektron Transmisi (TEM, Tecnai G2 F20) dikendalikan pada 200 kV. Sampel TEM disediakan di bawah keadaan ambien dengan mendepositkan titisan larutan etanol dengan bahan mesoporous ke atas filem karbon yang disokong oleh grid Cu. Secara amnya, sumber cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek telah dipilih untuk meningkatkan resolusi mikroskop, dan struktur karbon mesoporus boleh diperhatikan dengan jelas. Kumpulan berfungsi permukaan diukur secara kualitatif oleh spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FT-IR, AVATAR360) menggunakan interaksi antara sinaran inframerah dan molekul jirim. FT-IR menggunakan ujian kaedah pantulan jumlah yang dilemahkan, syaratnya ialah saiz langkah 2 cm−1 dan julat imbasan ialah 4,000–400 cm−1. Data struktur fizikal seperti kawasan permukaan tertentu, saiz liang dan isipadu liang karbon mesoporus telah dikira oleh Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Prosedur untuk penjerap adalah seperti berikut: karbon mesoporus dinyahgas pada 60◦C selama 12 jam, dan lengkung penjerapan-penyahjerapan N2 telah diuji pada −196◦C untuk mengira luas permukaan tertentu, saiz liang, dan isipadu liang karbon mesoporous. Penganalisis termogravimetrik (TGA, STA 449 F3) ialah instrumen yang menggunakan termogravimetrik untuk mengesan hubungan suhu-jisim bahan, dan TGA mengukur jisim bahan sebagai fungsi suhu di bawah kawalan suhu program. Data TGA diperolehi menggunakan TGA dalam suhu antara 30 hingga 800◦C pada kadar pemanasan 10◦C/min di bawah suasana udara.
Analisis HPLC
Kandungan echinacoside dan acteoside telah dikesan oleh kromatografi cecair berprestasi tinggi (HPLC, Waters Co., USA). Sistem ini termasuk autosampler, pam tekanan tinggi dan pengesan ultraviolet (UV). Analisis dijalankan pada lajur asimetri C18 (100Å, 5µm, 4.6 × 250 mm). HPLC menggunakan kaedah elusi kecerunan untuk memisahkan dan mengesan sampel. Isipadu gelung suntikan ialah 10µm, suhu lajur ialah 30◦C, panjang gelombang pengesanan spektrofotometer UV ialah 330 nm, kadar alir ialah 1 ml/min dan fasa bergerak ialah (A) asetonitril dan (B) asid asetik /air (1:44, v/v).
Keseimbangan Penjerapan
Percubaan pengoptimuman keadaan penjerapan untuk CMK- 3 telah dijalankan menggunakan campuran acteoside dan echinacoside dan di bawah keadaan optimum, minyak mentahekstrak Cistanche tubulosatelah dijalankan pada percubaan kitaran penjerapan dan semua eksperimen penjerapan telah berulang kali dijalankan sekurang-kurangnya 3. Dalam kumpulan eksperimen yang sama, karbon mesoporous CMK-8 dan DMC dijalankan selari dengan CMK-3. Tiga jenis karbon mesoporus (CMK- 3, DMC dan CMK-8) setiap 10 mg telah ditambahkan pada tiga botol, masing-masing. Kemudian 15 mL larutan sampel dengan kepekatan awal C{11}} (mg/mL) telah ditambahkan pada botol. Botol diletakkan dalam penggoncang suhu malar 30◦C selama 24 jam sehingga keseimbangan penjerapan dicapai. Kemudian 1 ml larutan penjerapan ditapis melalui penapis 0.22µm dan kepekatan keseimbangan Ce (mg/mL) larutan sampel ditentukan oleh HPLC.
Eksperimen Desorpsi
Kemudian eksperimen desorpsi karbon mesoporus dijalankan. Karbon mesopori terjerap di bawah 15 mL metanol/asid asetik (9:1, v/v) larutan campuran, yang diletakkan di dalam tab mandi air ultrasonik selama 1 jam pada suhu 30◦C. Larutan desorpsi yang diperolehi telah ditapis oleh penapis 0.22 sebelum dianalisis oleh HPLC. Kapasiti penjerapan QE (mg/ml) dinilai seperti berikut:
QE {{0}} (C0 − Ce) · v/w (1)
(1) dengan V ialah isipadu larutan (mL) dan W ialah berat karbon mesoporus (g)
KEPUTUSAN DAN PERBINCANGAN
Perwatakan
Rajah 1 menunjukkan TEM bagi tiga jenis karbon mesoporus. DMC ialah rangkaian berliang bercelaru, CMK-8 ialah struktur rangkaian berliang tiga dimensi dan CMK-3 ialah struktur berjalur jelas dengan liang satu dimensi tersusun, yang serupa dengan hasil yang dilaporkan ( Wang et al., 2006; Luo et al., 2010).
Rajah 2 menunjukkan spektrum FT-IR bagi karbon mesopori (CMK-3, DMC dan CMK-8) dan spektrum FT-IR sebelum dan selepas penjerapan CMK-3. Ia boleh dilihat daripada Rajah 2A bahawa kumpulan berfungsi pada permukaan karbon mesoporus kebanyakannya adalah kumpulan yang mengandungi oksigen. Bentuk keseluruhan spektrum untuk tiga jenis karbon mesoporus adalah serupa. Karbon mesoporous menunjukkan jalur puncak pada 3,423 cm−1 merujuk kepada jalur getaran regangan OH. Jalur dalam rantau 1,580 dan 1,629 cm−1 sepadan dengan getaran regangan karbonil dan karboksil C=O. Selain itu, puncak yang berlaku pada 1,384 cm−1 didapati sebagai getaran regangan CO alkohol dan getaran tegangan pada 2,922 dan 2,852 cm−1 masing-masing sepadan dengan CH pada kumpulan metilena dan metil. Ini menunjukkan bahawa kumpulan yang mengandungi oksigen yang wujud pada permukaan karbon mesoporous mungkin membawa kepada interaksi kimia yang lemah antara molekul PhGs dan karbon mesoporous.
Rajah 2B menunjukkan spektrum FT-IR CMK-3 sebelum dan selepas penjerapan, acteoside dan echinacoside. Puncak ciri pada 1,697 cm−1 diperolehi daripada C=C olefin dalam acteoside dan echinacoside, manakala jalur dalam kawasan 1,519–1,423 cm−1 sepadan dengan puncak getaran regangan bagi gelang aromatik C{{ 12}}C dalam acteoside dan echinacoside. Getaran tegangan pada 1,604 cm−1 ialah ikatan C=O dan puncak pada 1,157 cm−1 disebabkan oleh getaran regangan ikatan eter dalam acteoside dan echinacoside. Berbanding dengan spektrum FT-IR CMK-3 sebelum penjerapan, spektrum FT-IR CMK-3 selepas penjerapan muncul puncak baharu, yang tergolong dalam puncak ciri acteoside dan echinacoside.
Isoterma penjerapan-desorpsi N2 ialah parameter penting untuk penjerapan PhG pada CMK-3 dan perbandingan struktur penjerap. Rajah 3 menunjukkan isoterma penjerapan-penyahsorpsi N2 masing-masing bagi CMK-3, CMK-8, DMC dan CMK-3 selepas penjerapan PhGs. Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 3, isoterma karbon mesoporus adalah serupa dengan isoterma jenis-IV kerana jenis isoterma ini kebanyakannya mesopous, di mana julat saiz liang adalah antara 2 dan 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). Jurang antara penjerapan dan isoterma desorpsi dirujuk sebagai gelung histerisis yang disebabkan oleh tindak balas pemeluwapan kapilari. Untuk tindak balas pemeluwapan kapilari, pemeluwapan kapilari berlaku terlebih dahulu di liang terkecil (Barsotti et al., 2016). Ini menunjukkan bahawa CMK-3 mempunyai mesopore yang lebih kecil daripada DMC dan CMK-8, yang konsisten dengan keputusan Jadual 1. Isoterma CMK-3 mempamerkan gelung histerisis H1 yang menunjukkan pengisian liang pesat yang dikaitkan dengan pemeluwapan kapilari dan struktur liang CMK-3 adalah teratur. Isoterma DMC mempamerkan gelung histerisis H3, histerisis jenis ini mempunyai liang yang tidak teratur disebabkan oleh rangkaian liang yang menyebabkan struktur penjerap berliang yang tidak ditentukan. CMK-8 isoterma mempamerkan gelung histerisis H2, menunjukkan bahawa struktur liang adalah rumit dan taburan saiz liang adalah tidak sekata.
Isoterma penjerapan-desorpsi N2 CMK-3 dibandingkan sebelum dan selepas penjerapan PhG. Isoterma CMK-3 selepas penjerapan juga serupa dengan isoterma jenis-IV dalam Rajah 3B. Ia menunjukkan bahawa CMK-3 mengekalkan struktur mesoporinya selepas penjerapan. Seperti yang dapat dilihat daripada Jadual 1, permukaan khusus dan isipadu liang CMK-3 selepas penjerapan menunjukkan penurunan yang ketara, luas permukaan khusus CMK-3 sebelum dan selepas penjerapan menurun daripada 1,{{18 }}98.02 hingga 227.75 m2 /g, dan isipadu liang yang berkurangan daripada 1.32 kepada 0.42 cm3 /g. Ia menunjukkan bahawa molekul PhG telah terserap pada CMK-3
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-3.
Rajah 4 menunjukkan lengkung TGA bagi tiga jenis karbon mesopori (CMK-3, CMK-8 dan DMC). Seperti yang dapat dilihat daripada Rajah 4, ketiga-tiga jenis karbon mesoporus semuanya mempunyai dua peringkat kehilangan jisim yang berbeza: peringkat pertama kehilangan jisim adalah disebabkan oleh penyejatan lembapan dalam karbon mesoporus sebelum 100◦C, peringkat kehilangan jisim kedua CMK- 3, DMC dan CMK-8 lebih kurang berlaku pada 660, 427, dan 615◦C, masing-masing, yang sepadan dengan penguraian terma oksidatif bahan karbon mesopous. Dapat dilihat bahawa suhu penguraian terma CMK-3 lebih tinggi daripada CMK-3 dan CMK-8, kestabilan terma CMK-3 lebih baik daripada CMK{ {14}} dan DMC.
