大孔吸附樹脂對橡膠乳清中白堅木皮醇靜態吸附的研究

董鐵山　陳默　王建龍　曾日中　黃茂芳　桂紅星

摘 要 通過靜態吸附、靜態解吸及吸附動力學研究，對比分析了ADS-7、ADS-17、聚酰胺樹脂、超高交聯樹脂和酚醛型樹脂等5種大孔吸附樹脂對橡膠乳清中白堅木皮醇的分離效果，同時探討了ADS-17樹脂在25 ℃下的等溫吸附過程，并用Langmuir吸附等溫線模型和Freundlich模型分別對吸附數據進行擬合。結果表明：5種樹脂中，中極性的大孔吸附樹脂ADS-17對白堅木皮醇的吸附效果最佳，吸附平衡時間約4 h，吸附量可達5.8 mg/g干樹脂；且白堅木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附符合Langmuir吸附等溫線模型，為單分子層吸附。

關鍵詞 大孔吸附樹脂；白堅木皮醇；橡膠乳清；靜態吸附；等溫吸附

中圖分類號 R284.2 文獻標識碼 A

白堅木皮醇（2-甲氧基-L-（-）-肌醇）是一種具有左旋結構的藥物和制藥原料，在活體生物代謝中起著控制細胞生長過程和細胞內部信息傳導的重要作用，可用于治療胃損傷、癌癥、糖尿病和艾滋病等[1-4]，受到生化、藥物和醫學界的廣泛關注[5]。白堅木皮醇在天然橡膠乳清中的含量為0.2%～1.9%[6]，傳統的分離、提取多采用加熱濃縮、分離純化的方法[7-9]，但工藝復雜，產品純度低，且能耗過高，不利于產業化。

大孔吸附樹脂是20世紀60年代末發展起來的一種人工合成的有機高聚物吸附劑，具有良好的大孔網狀結構和較大的比表面積，可以通過物理吸附從水溶液中有選擇性地吸附目標物，交換速度快，使用周期長，易于再生，成本費用低，已在環保、食品、醫藥領域得到廣泛應用，在天然藥物的分離、富集、純化中的應用也越來越受到人們的重視[10-11]。但迄今為止，很少用于橡膠乳清中白堅木皮醇的分離純化。

本研究選擇了5種大孔吸附樹脂，分別比較其對乳清中白堅木皮醇的吸附、解吸附和吸附動力學特性，從中篩選出選擇性好、吸附率高、易解吸的樹脂，并對其靜態吸附進行系統研究分析，探索易于產業化的白堅木皮醇初產品分離提取方法。

1 材料與方法

1.1 材料

橡膠乳清（鮮乳經離心得到），取自廣東農墾橡膠集團有限公司茂名分公司；ADS-7、ADS-17、超高交聯樹脂、聚酰胺樹脂、酚醛型交換樹脂及陰、陽離子交換樹脂，均購自河北滄州寶恩吸附樹脂材料科技有限公司；氧化鈣，化學純；95%乙醇、乙酸、濃鹽酸、氫氧化鈉，分析純；乙腈，色譜純；去離子水。

1.2 方法

1.2.1 乳清前處理 取一定量的乳清，加0.6%～0.8%乙酸凝膠，濾去凝膠，加入0.6%氧化鈣煮沸15 min，再次去除凝固物后，抽濾得清液，清液依次通過陰、陽離子交換樹脂，流速1 BV/h，流出清液作前處理液冷藏備用。

1.2.2 樹脂預處理 樹脂用去離子水漂洗5次，95%乙醇浸泡24 h，95%乙醇淋洗至流出乙醇加水不顯渾濁，然后大量水洗凈乙醇至無醇味，用2～3倍樹脂體積的3%～5%鹽酸處理，水洗到接近中性后用2～4倍樹脂體積的3%～5%氫氧化鈉處理，然后大量水洗至中性備用。

1.2.3 樹脂含水量的測定 考察樹脂吸附、解吸附時需要以樹脂的干重為參照，實驗中所使用的樹脂為濕樹脂，故需要測定樹脂含水量。分別稱取預處理好的各種濕樹脂3份適量，放置于105 ℃烘箱中烘至恒重，根據干燥前（W1）和干燥后（W2）樹脂質量變化，取平均值并計算樹脂的含水率，從而計算出所用樹脂的干重[12]。樹脂的物理性質和含水率見表1。

1.2.4 樹脂靜態吸附實驗 準確稱取經真空抽濾的預處理好的樹脂1.0 g（通過含水率換算為干基），置于100 mL具塞三角瓶中，加入前處理好的乳清10 mL，放入搖床，在120 r/min和25 ℃條件下震蕩12 h，后靜置12 h，真空抽濾，濾液用HPLC測定白堅木皮醇含量，真空抽濾后的樹脂倒回原來的三角瓶中，加入100 mL 60%甲醇溶液，相同條件下震蕩12 h，后靜置12 h，解吸后的溶液真空抽濾，相同條件下測定濾液中白堅木皮醇含量，并計算吸附量Qe與解析率E。

1.2.5 樹脂吸附動力學實驗 按1.2.4中方法上樣后，在120 r/min和25 ℃條件下震蕩，定時取樣測定溶液中白堅木皮醇的質量濃度，并計算樹脂吸附量Qe。

1.2.6 樹脂靜態等溫吸附實驗 配制6個梯度的白堅木皮醇溶液，分別加入1.0 g（通過含水率換算為干基）ADS-17樹脂，在120 r/min和25 ℃條件下震蕩12 h，后靜置12 h，真空抽濾，檢測濾液中白堅木皮醇平衡濃度Ce，并計算樹脂吸附量Qe。

1.2.7 白堅木皮醇初產品的表征 傅里葉紅外光譜儀，Spectrum GXI（美國PERKIN ELMER公司）；用溴化鉀壓片法制備樣品，紅外光譜儀掃描檢測，掃描范圍4 000～400 cm-1。差示掃描量熱儀，TA Q2000（美國沃特斯公司）；條件：氮氣氛圍，升溫速率10 K/min，溫度范圍40～400 ℃。

1.2.8 HPLC儀器、試劑及條件 Alliance2695型高效液相色譜儀，美國沃特斯公司；蒸發光散射檢測器，美國沃特斯公司；色譜柱為C18柱（4.6 μm×250.0 mm）；流動相：乙腈-水（體積比75 ∶ 25[13]，過濾脫氣后使用）；流速1.0 mL/min；進樣量：20 μL；柱溫25 ℃；漂移管溫度40 ℃，N2壓力3.5 Bar。

1.2.9 標準曲線的繪制 準確稱取白堅木皮醇標準樣品10 mg置于5 mL容量瓶中，加流動相定容，搖勻后得到白堅木皮醇標準樣品儲備液。分別取適量該標準儲備液，用流動相稀釋，得到質量濃度為0.064、0.16、0.40、0.80、1.0、1.5、2.0 mg/mL系列標準溶液。各標液按照上述的色譜條件進行檢測，以進樣質量濃度（X，mg/mL）為橫坐標，峰面積（Y）為縱坐標，進行線性回歸，得回歸方程為：Y=6E+06X+141 601，R2=0.999 8。

2 結果與分析

2.1 樹脂靜態吸附、解吸附與解吸率

分別測定各樹脂在吸附、解吸附前后溶液中白堅木皮醇的質量濃度，根據式（1）、（2）計算各樹脂對白堅木皮醇的吸附量（Qe）解吸附量（Qd）；根據式（3）計算解吸率（E）。計算所得結果見表2。

Qe= （1）

Qd= （2）

E= （3）

式中：Qe為吸附平衡時樹脂的吸附量，mg/g；ρo為前處理好的乳清中起始白堅木皮醇的濃度，mg/mL；ρe為吸附平衡時乳清中白堅木皮醇的濃度，mg/mL；Vo為乳清的起始體積，mL；W為吸附樹脂干重，g；Qd為解吸附平衡時吸附樹脂的解吸附量，mg/g；ρd為解吸液中白堅木皮醇濃度，mg/mL；Vd解吸液體積，mL；E為解吸率。

結果發現，吸附量與解吸率是考察樹脂吸附性能的重要指標。不同型號的樹脂初篩實驗結果見表2。從表2中可以看出，ADS-17、ADS-7兩種樹脂的吸附量分別為5.8 mg/g和5.6 mg/g，解吸率分別為75.9%和64.3%，ADS-17、ADS-7的吸附性能明顯高于聚酰胺樹脂、超高交聯樹脂和酚醛樹脂。另外，ADS-17的吸附量、解吸率比ADS-7分別高出3.6%、11.6%。綜合分析，本文選擇ADS-17、ADS-7 2種樹脂做吸附動力學研究。

2.2 2種樹脂的吸附動力學曲線

2種樹脂對白堅木皮醇的吸附動力學曲線見圖2。由圖2 可以看出，隨著吸附時間的增加，2種樹脂對白堅木皮醇的吸附量逐漸增加，起始速率較快，后趨于平緩，吸附進行到4 h時，基本達到平衡，且ADS-17的飽和吸附量大于ADS-7的飽和吸附量。因此，需要對ADS-17樹脂對白堅木皮醇的靜態等溫吸附特性作進一步的研究。

2.3 樹脂對白堅木皮醇的靜態吸附等溫線

25 ℃時ADS-17樹脂對白堅木皮醇的吸附等溫線見圖3。由圖3可以看出，溫度一定時，ADS-17樹脂對白堅木皮醇的吸附量隨著吸附平衡時溶夜中白堅木皮醇濃度的增加而增加，達到吸附平衡時，樹脂的最大吸附量可達5.8 mg/g。根據Langmuir吸附等溫線模型和Freundlich模型并利用最小二乘法分別對實驗吸附平衡數據進行擬合，擬合結果如表3。

通過相關系數R2和誤差SD作比較，確定白堅木皮醇在ADS-17樹脂上的等溫吸附模型，由Langmuir模型擬合得到的相關系數R2=0.992 15優于Freundlich模型的相關系數R2=0.090 28，且誤差SD也較小，所以本研究認為Langmuir模型能夠較好的描述白堅木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附行為，認為白堅木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附是單分子層吸附。

2.4 白堅木皮醇初產品的表征

白堅木皮醇的紅外譜圖見圖4。圖4中a是經實驗提取并純化后的樣品，b是白堅木皮醇標準品，通過對比可以看出，3 336.1 cm-1這個吸收峰寬而強烈，峰形尖銳無其它峰干擾，可能是由于分子間氫鍵締合作用形成的O-H伸縮振動吸收峰；受醚基的影響，2 939.38 cm-1處是-CH3上的C-H反對稱伸縮振動吸收峰；在1 324.08 cm-1，1 269.61 cm-1為中等強度的吸收峰，可能是碳六環上的O-H面內變形振動吸收峰；1 139.54 cm-1和1 085.77 cm-1有較強的吸收峰，可能是碳六環的仲醇上C-O的伸縮振動吸收峰和C-O-C的伸縮振動吸收峰；綜上所述，白堅木皮醇樣品與標準品紅外譜圖的主要特征峰位置一致，可以判斷實驗所得樣品就是白堅木皮醇。

白堅木皮醇的DSC曲線見圖5。圖5中，A是白堅木皮醇初產品，熔融峰對應溫度為187.07 ℃，B是白堅木皮醇標準品，熔融峰對應溫度為191.37 ℃，二者熔點非常接近，可以推斷初產品中白堅木皮醇的含量較高，從圖5中還可以看出，2條曲線均有一個很尖銳的吸收峰，且熔程重合度較高，進一步說明白堅木皮醇初品的純度較高。

3 討論與結論

針對傳統白堅木皮醇分離提取過程中工藝復雜、能耗過高等問題，研究大孔吸附樹脂對橡膠乳清中白堅木皮醇的吸附分離效果、吸附動力學及吸附機理，探索易于產業化的白堅木皮醇初產品分離提取新方法。結果表明：大孔吸附樹脂對乳清中的白堅木皮醇有較好的吸附分離效果，選取的5種不同類型的大孔吸附樹脂中，ADS-17和ADS-7 2種樹脂對白堅木皮醇的吸附性能較佳，吸附進行到4 h時達到平衡，吸附量分別達5.8 mg/g和5.6 mg/g，解吸率分別為75.9%和64.3%。這與樹脂的極性、孔徑以及比表面積有關，作為吸附劑，ADS-17樹脂含有中極性的酯基，ADS-7樹脂含有強極性的氨基和中極性的酯基雙重基團，作為吸附質，白堅木皮醇屬于中極性化合物，因此，兩者之間極性匹配，能夠產生較強的范德華力，利于吸附。另外，孔徑相同的情況下，比表面積較大的ADS-17樹脂對白堅木皮醇的飽和吸附量比ADS-7樹脂略大，這與張英[14]等研究大孔樹脂吸附黃柏總生物堿時的規律一致，且ADS-17樹脂的解吸率也較ADS-7樹脂高11.6%，用于工業生產時具有明顯的優勢。ADS-17樹脂具有三維空間網狀結構，比表面積和吸附點有限，隨著溶液質量濃度的增加，各吸附點逐漸被白堅木皮醇和其他分子所占據，樹脂的吸附容量逐漸趨于平衡，符合靜態等溫吸附規律，對其等溫吸附曲線進行模型擬合，結果表明：Langmuir模型能夠較好的用來描述白堅木皮醇在ADS-17樹脂上的吸附行為，認為ADS-17樹脂對白堅木皮醇的吸附是單分子層吸附，這與王秀芳[15]等研究苯酚在竹炭上的吸附平衡時的規律是一致的。紅外分析表明，樣品各基團特征峰位置與白堅木皮醇標品基本一致。DSC分析結果表明，初產品和標準品的熔點相近，熔融峰整體重合度較高，白堅木皮醇的純度較高。

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