苦味酸-羧甲基纖維素酯的穩(wěn)定性及其對維生素B6的吸附性能

戴曉峰，方桂珍

（東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

苦味酸-羧甲基纖維素酯的穩(wěn)定性及其對維生素B6的吸附性能

戴曉峰，方桂珍*

（東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

苦味酸羧甲基纖維素酯（CMC-PA）是一種對肌酐具有良好吸附性能的新型纖維素衍生物，在前期苦味酸羧甲基纖維素酯（CMC-PA）合成和對肌酐的吸附性能分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其穩(wěn)定性以及對維生素B6的吸附性能。在模擬人體生理介質(zhì)的條件下，采用紫外分光光度法（UV），以358nm為測定波長，分析了pH、水解時間以及放置時間對CMC-PA穩(wěn)定性的影響；以303nm為測定波長，測定了在不同吸附時間下CMC-PA對維生素B6的吸附性能。研究結(jié)果表明，4～6h在pH分別為1、2、8的緩沖溶液中，CMC-PA的水解率分別為0.47%～0.69%、0.213%～0.226%、1.318%～ 1.418%，室溫下放置2、4、6、8個月后，37℃時對肌酐的吸附容量與新制CMC-PA相比沒有發(fā)生明顯的變化。另外，CMC-PA在不同時間條件下，對維生素B6沒有明顯的吸附。

苦味酸羧甲基纖維素酯，水解率，苦味酸，維生素B6吸附

羧甲基纖維素鈉（CMC）是一類重要的離子型纖維素的衍生物，具有獨(dú)特增稠性、懸浮性、黏合性及水分保持特性等，被應(yīng)用于食品、石油、日用化工等領(lǐng)域[1]。歐盟食品標(biāo)準(zhǔn)局已經(jīng)批準(zhǔn)羧甲基纖維素為添加劑，作為E466標(biāo)記的乳化劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、膠凝劑類[2-3]。在我國也被用于冷飲、冷食、方便面、酸奶、果汁、酸性乳飲料等眾多食品[4]。慢性腎功能衰竭病因主要是體內(nèi)積蓄了大量的毒素，因此去除體內(nèi)過量的毒素是治療慢性腎衰竭的關(guān)鍵，其中尿素和肌酐是患者體內(nèi)積聚的兩種重要毒素。有研究者進(jìn)行了氧化纖維素、包覆包醛氧淀粉和酶制劑等吸附作用研究[5-9]，取得了很好的進(jìn)展，但是，目前具有較高吸附容量的吸附劑和吸附材料還很少。而對多糖進(jìn)行化學(xué)改性是將天然的大分子聚合物變成可再生資源的另一種重要途徑。作者以羧甲基纖維素（CMC）為骨架物質(zhì)，依據(jù)肌酐在高溫下及堿性條件下可與硝基苯衍生物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)[10-11]的特性，采用條件溫和的酰氯化合成的方法，設(shè)計合成一種新型的、對慢性腎衰竭具有輔助治療作用和具備膳食纖維特性的纖維素衍生物-苦味酸-羧甲基纖維素酯（CMC-PA）。在模擬人體生理介質(zhì)的條件下，測定了CMC-PA對肌酐的吸附性能，分析了吸附動力學(xué)曲線和吸附等溫曲線。研究結(jié)果表明，CMC-PA對肌酐有較好的吸附性能，吸附平衡時間為10h，對肌酐的最大吸附量為1.75mg/g。肌酐在CMC-PA上的吸附平衡符合Freundich方程，說明主要是化學(xué)吸附，且吸附指數(shù)（1/n）小于1，表明吸附為“優(yōu)惠吸附”[12]，但是也存在著物理吸附。盡管苦味酸羧甲基纖維素酯對肌酐具有良好的吸附性，但是CMC-PA降解的產(chǎn)物苦味酸為酸性物質(zhì)，會刺激胃腸黏膜，對人體健康產(chǎn)生副作用。另外，做為一種口服吸附劑，其對體內(nèi)的重要物質(zhì)維生素B6（維生素B6為人體內(nèi)某些輔酶的組成成分，參與多種代謝反應(yīng)）是否也具有吸附性有待研究。因此本論文在前期研究基礎(chǔ)上，模擬人體生理介質(zhì)的條件下，分析pH、水解時間以及放置時間對CMC-PA穩(wěn)定性的影響，并且測定在不同條件下對維生素B6的吸附性能，為其做為吸附材料應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羧甲基纖維素鈉（CMC） 宜興市通達(dá)化學(xué)有限公司；苦味酸（分析純，PA）、高碘酸鈉 天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；維生素B6惠世生化試劑有限公司；肌酐、吡啶、氯化亞砜 均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心。

SHZ-82A興恒溫振蕩器 常州國華電器有限公司；Tu-1800PC紫外分光光度計 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；XS205電子精密天平 梅特勒-托力多儀器上海有限公司。

1.2 苦味酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

用不同pH的緩沖溶液分配制苦味酸溶液，在200～400nm范圍內(nèi)進(jìn)行吸光度-波長掃描，選定其最大吸收波長。配制不同濃度的苦味酸溶液，分別測定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3 維生素B6標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

用pH=7.3的緩沖溶液配制維生素B6溶液，緩沖溶液是由分析純的磷酸二氫鉀和氯化鈉（其濃度分別為0.01mol/L和0.14mol/L）配制而成，在250～400nm范圍內(nèi)測定其最大吸收波長。配制不同濃度的維生素B6溶液，分別測定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 苦味酸羧甲基纖維素酯的合成

按照文獻(xiàn)[13]的合成方法。

1.5 苦味酸羧甲基纖維素酯穩(wěn)定性分析測定方法

1.5.1 苦味酸氧化羧甲基纖維素酯在模擬人體生理?xiàng)l件下的水解穩(wěn)定性分析 按照文獻(xiàn)[14]分別配制pH1、2、8的緩沖溶液待用，在5個50mL的錐形瓶中，分別加入50mg CMC-PA試樣和10mL pH為1的緩沖溶液，在37℃的恒溫振蕩水浴中分別溶解2、4、6、8、24h，過濾。以pH1的緩沖溶液為空白，用紫外分光光度計法測定溶液中苦味酸的濃度，根據(jù)下式計算不同水解時間CMC-PA的水解率：

式中，Ci—第i次取樣測得苦味酸的濃度，g/L；Vi—第i次取樣時溶液的體積，L；M0—苦味酸的分子質(zhì)量，g/mol；m-稱取CMC-PA的干基質(zhì)量，g；M-苦味酸羧甲基纖維素酯的分子質(zhì)量，g/mol。

CMC-PA在pH2、8的緩沖溶液中水解率的測定方法同上。

1.5.2 苦味酸-羧甲基纖維素酯放置穩(wěn)定性分析 將CMC-PA在空氣中放置2、4、6、8個月，再次測量其對肌酐的吸附容量[15]的變化。

1.6 苦味酸-羧甲基纖維素酯對維生素B6的吸附測定方法

用蒸餾水配制透析液，各組成的濃度為：Na+132.5mmol/L，K+1.0mmol/L，Ca2+1.75mmol/L，Mg2+0.50mmol/L，Cl-98.0mmol/L和Ac-40.0mmol/L，再用透析液配制成含維生素B6濃度為100mg/L的維生素B6的透析液。

精確稱取0.050g CMC-PA試樣，稱取10mL的100mg/L的維生素B6溶液，在37℃的振蕩水浴上分別吸附2、4、6、8h后，過濾，濾液用紫外分光光度法測定殘余的維生素B6濃度。按下式計算CMC-PA對維生素B6的吸附容量：

式中：C0為吸附前溶液中維生素B6的濃度，mg/L；C為吸附后溶液中維生素B6的濃度，mg/L；W為稱取吸附劑的干基質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 苦味酸羧甲基纖維素酯穩(wěn)定性分析原理

苦味酸羧甲基纖維素酯的不穩(wěn)定性主要是在酸或堿的催化作用下發(fā)生酯水解生成羧甲基纖維素和苦味酸；另一方面，苦味酸羧甲基纖維素酯在室溫下放置一段時間，也有可能發(fā)生一系列的斷鍵反應(yīng)。反應(yīng)方程式如圖1。

圖1 苦味酸-羧甲基纖維素酯的水解反應(yīng)方程Fig.1 Equation of hydrolysis reaction of CMC-PA

因此苦味酸-羧甲基纖維素酯的穩(wěn)定性可以通過水解后苦味酸濃度的變化進(jìn)行分析。

2.2 苦味酸-羧甲基纖維素的穩(wěn)定性分析

2.2.1 苦味酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 以蒸餾水為空白，在250～600nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，紫外光譜如圖2所示。其中1、2、3曲線分別為25、20、10mg/L的苦味酸溶液的紫外吸收曲線，可以看出苦味酸溶液在358nm處最大吸收峰，吸光度隨濃度的變化而變化。圖3為不同pH條件下22mg/L苦味酸溶液的紫外吸收峰。其中1、2、3曲線分別為pH1、2、8緩沖溶液下的紫外吸收曲線。從圖3中可以看出，358nm處的吸收峰不受pH的影響，故可以選擇358nm為測定波長。

配制不同濃度梯度的苦味酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，以蒸餾

圖2 不同濃度的苦味酸溶液的紫外吸收光譜Fig.2 UV spectra of PA solution in different concentrations

圖3 不同pH條件下苦味酸溶液的紫外吸收光譜Fig.3 UV spectra of PA solution in different pH buffer solution

水為空白，在358nm處測其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖4所示。當(dāng)苦味酸質(zhì)量濃度在0～30mg/L時，吸光度與濃度之間存在良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：y=0.0586x，線性相關(guān)系數(shù)R2＝0.9984，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法可以測定苦味酸的濃度。

圖4 苦味酸溶液的標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線Fig.4 The standard curve of PA solution

圖5 CMC-PA在pH1緩沖溶液中的水解率Fig.5 Hydrolysis rate curves of CMC-PA in buffer solution of pH1

2.2.2 CMC-PA在不同pH條件下的穩(wěn)定性 作為肌酐等有害物質(zhì)的吸附劑，其使用過程中的穩(wěn)定性是很重要的，依據(jù)CMC-PA作為吸附劑主要在腸道吸收肌酐，分析了在胃的酸性環(huán)境中（pH1～2）和在腸的偏堿性環(huán)境中（pH8）的不同pH透析液中CMC-PA穩(wěn)定性，圖5是在37℃時，CMC-PA在pH1的緩沖溶液中的水解作用曲線?？梢钥闯鲈谒嵝詶l件下，CMCPA的水解率隨時間的增加而緩慢增加，24h仍然沒有達(dá)到平衡，水解率可達(dá)到1.75%。而食物在胃中的停留時間大約在4～6h，CMC-PA的水解率在這段時間內(nèi)最高值僅為0.69%，CMC-PA水解率很低，所水解產(chǎn)生的苦味酸的濃度很低，對胃的刺激作用很小。

圖6是在37℃時，CMC-PA在pH2的緩沖溶液中的水解作用曲線。從圖中可以看出，隨著時間的增加其水解率緩慢增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)6h后迅速增加，24h基本達(dá)到平衡。水解率在4～6h為0.213%～0.226%，與圖5相比其水解的趨勢大致相同，最大水解率略低，主要是由于酸度對酯的水解具有催化作用，酸性越強(qiáng)，其水解越明顯。而CMC-PA做為口服吸附劑，在模擬胃中的酸性條件下，其水解率很低，而且穩(wěn)定性比較好，可以通過胃的酸性環(huán)境到達(dá)腸道。

圖6 CMC-PA在pH2緩沖溶液中的水解率Fig.6 Hydrolysis rate curves of CMC-PAin buffer solution of pH2

圖7是37℃時，CMC-PA在pH8的緩沖溶液中的水解曲線。隨時間的增加其水解率逐漸增加，24h仍沒有達(dá)到平衡，此時水解率為3.629%。而食物在腸中的停留時間約為4～6h，這段時間CMC-PA的水解率為1.318%～1.418%。與酸性條件下相比，堿性條件下其水解率更高，主要由于堿性條件下對酯水解的催化效果更好，使平衡向水解方向移動。另外，水解的苦味酸在堿性條件下可以生成醇鈉，進(jìn)一步使平衡向著水解方向移動。人體的消化周期大約在10h左右，在這段時間內(nèi)CMC-PA水解率很低，穩(wěn)定性較好。

圖7 CMC-PA在pH8緩沖溶液中的水解率Fig.7 Hydrolysis rate curves of CMC-PA in buffer solution of pH8

2.2.3 CMC-PA的放置穩(wěn)定性分析 CMC-PA在空氣中分別放置2、4、6、8個月后，在37℃條件下分別對肌酐的吸附容量進(jìn)行測定[16]，從表1中可以看出，其吸附容量并沒有太大的變化，可以推斷出CMC-PA在室溫下放置穩(wěn)定性較好。

表1 不同放置時間下CMC-PA對肌酐的吸附容量Table 1 The adsorption capacity of creatinine on CMC-PA in different time

2.3 CMC-PA對維生素B6的吸附性能分析

2.3.1 維生素B6溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 圖8為用pH7.3的緩沖溶液配制的濃度為100mg/L的維生素B6溶液的紫外吸收曲線，在303nm處有最大的吸收波長，故選擇此波長為最終測定波長。配制不同濃度的維生素B6標(biāo)準(zhǔn)溶液，以緩沖液為空白，在303nm處測其吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖9所示。當(dāng)維生素質(zhì)量濃度在0～100mg/L時，吸光度與濃度之間存在良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：y=0.0235x，線性相關(guān)系數(shù)R2＝0.9681。

圖8 維生素B6溶液的紫外吸收光譜Fig.8 UV spectra of vitamin B6

圖9 維生素B6溶液的標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線Fig.9 The standard curve of vitamin B6

2.3.2 CMC-PA對維生素B6的吸附性能 維生素B6為人體內(nèi)某些輔酶的組成成分，參與多種代謝反應(yīng)，可作為蛋白質(zhì)代謝中轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶、消旋酶和脫水酶的輔酶而參與所有氨基酸的生物合成和分解代謝，缺少它，人吃下去的蛋白質(zhì)就無法分解轉(zhuǎn)化為人體自身的蛋白質(zhì)，會出現(xiàn)抽筋、嘔吐等病癥。當(dāng)維生素B6含量過低時，脂類代謝能力會下降，從而出現(xiàn)動脈粥樣硬化等不良反應(yīng)[17]。

CMC-PA對維生素B6的吸附性能見表2，從表2中可以看出CMC-PA對維生素B6的吸附性能非常小，而且吸附量隨吸附時間的增加并沒有發(fā)生任何趨勢性的變化，表明由于CMC-PA是高分子結(jié)構(gòu)，具有卷曲結(jié)構(gòu)。而且從圖10中可以看出維生素B6具有的主要官能團(tuán)為羥基，與CMC-PA的主要官能團(tuán)硝基和羥基不易發(fā)生化學(xué)作用。因此CMC-PA對維生素B6之間主要是存在一定量的物理吸附，使維生素B6附著在纖維素衍生物的表面上，但是其量很少，不會對維生素B6的人體吸收產(chǎn)生影響。

表2 不同吸附時間條件下CMC-PA對維生素B6的吸附容量Table 2 The adsorption capacity of vitamin B6on CMC-PA in the condition of different adsorption time

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)在苦味酸-羧甲基纖維素酯合成以及對肌酐吸附性能研究的基礎(chǔ)上，模擬人體生理介質(zhì)的條件下，分析pH、水解時間以及放置時間對CMC-PA穩(wěn)定性的影響，并且測定在不同條件下對維生素B6的吸附性能，研究結(jié)果表明：

CMC-PA是一種性能穩(wěn)定的吸附劑，CMC-PA在pH分別為1、2、8的緩沖溶液中水解4～6h的水解率分別為0.47%～0.69%、0.213%～0.226%、1.318%～1.418%。室溫下放置2、4、6、8個月后，37℃時對肌酐的吸附性能相比新制的CMC-PA沒有發(fā)生明顯的變化，證明其具有良好的穩(wěn)定性。

CMC-PA不影響維生素B6的吸收：CMC-PA對維生素B6的吸附容量很小，并且沒有任何趨勢性的變化，可能是由于CMC-PA對維生素B6存在一定量的物理吸附，使維生素B6附著在纖維素衍生物的表面上。

CMC-PA是一種新型的纖維素衍生物，具有作為功能性食品與藥品原料開發(fā)的價值，今后將進(jìn)一步加強(qiáng)其使用安全性、對尿素類物質(zhì)吸附等方面的研究。

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Stability of carboxymethylcellulose picric acid ester and adsorption property of vitamin B6

DAI Xiao-feng，F(xiàn)ANG Gui-zhen*（College of Material Science and Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

Carboxymethylcellulose picric acid ester（CMC-PA）was a new type of cellulose derivatives with good adsorption performance for creatinine，on the basis of the early synthesis of CMC-PA and the adsorption properties for creatinine analysis，its stability and the absorption performance of vitamin B6were further studied. The stability properties of CMC-PA were studied under simulated body conditions，determined at 358nm by UV spectrum.The influence of pH，hydrolysis time and storage period to stability of CMC-PA was studied.At different times，CMC-PA on the adsorption properties of vitamin B6was measured for the determination of the wavelength to 303nm.The results showed that in the buffer solution of pH1，2，8，the hydrolysis rate of CMC-PA was 0.47%～0.69%，0.213%～0.226%，1.318%～1.418%between 4 to 6 hours respectively.When CMC-PA was exposured at room temperature for 2，4，6，8 months，the saturated adsorption capacity of CMC-PA for creatinine didn't change obviously compared with new-made CMC-PA.In addition，CMC-PA had no obvious adsorption of vitamin B6at different time conditions.

carboxymethylcellulose picric acid ester；hydrolysis rate；picric acid；adsorption property of vitamin B6

TS201.2

A

1002-0306（2012）05-0101-05

2011－01－11 *通訊聯(lián)系人

戴曉峰（1985-），男，碩士研究生，研究方向：纖維素功能材料。

東北林業(yè)大學(xué)論文資助項(xiàng)目（j2am02）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20060225008）。