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    硒化蒲公英多糖的制備工藝及硒含量測定的研究

    2014-02-27 06:37:48葛明明孫麗娜李建惠高金波
    食品工業(yè)科技 2014年18期
    關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)

    葛明明,胡 北,孫麗娜,李建惠,侯 巍,高金波,*

    (1.黑龍江省教育廳生物藥制劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,佳木斯大學(xué)藥學(xué)院,黑龍江佳木斯154007;2.黑河學(xué)院,物理化學(xué)系,黑龍江黑河164300)

    硒化蒲公英多糖的制備工藝及硒含量測定的研究

    葛明明1,胡 北1,孫麗娜2,李建惠1,侯 巍1,高金波1,*

    (1.黑龍江省教育廳生物藥制劑重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,佳木斯大學(xué)藥學(xué)院,黑龍江佳木斯154007;2.黑河學(xué)院,物理化學(xué)系,黑龍江黑河164300)

    根據(jù)有機(jī)硒化合物的合成原理,以蒲公英多糖與亞硒酸鈉為原料制備蒲公英硒多糖。利用單因素和正交實(shí)驗(yàn)探討最佳工藝條件;利用HPLC法測定蒲公英硒多糖中的硒含量,并通過紅外光譜和差示掃描量熱法對硒多糖進(jìn)行了初步表征。結(jié)果表明,最佳工藝條件為蒲公英多糖與亞硒酸鈉質(zhì)量比為1∶1.2,硝酸體積分?jǐn)?shù)為0.3%,反應(yīng)溫度70℃,反應(yīng)時(shí)間8h。蒲公英硒多糖的平均硒含量為3.79mg/g,平均收率為33.58%。紅外光譜顯示:蒲公英硒多糖中含有Se=O鍵和Se-C鍵,實(shí)現(xiàn)了蒲公英多糖的硒化,可為進(jìn)一步的開發(fā)和利用提供良好的條件。

    蒲公英多糖,亞硒酸鈉,制備,結(jié)構(gòu)表征

    蒲公英(Taraxacum mongolicum)又名黃花地丁、婆婆丁、黃花三七等,為菊科多年生草本植物[1],具有清熱消腫、抗菌、利尿通淋等功效[2]。近年來的研究發(fā)現(xiàn),蒲公英多糖具有免疫調(diào)節(jié)[3]、抗腫瘤[4]、抗疲勞[5]、抗氧化[6]、降血糖[7]等作用。硒是人體所必需的微量元素[8],可延緩衰老,防治癌癥和心血管疾病。人體若硒含量失調(diào)會導(dǎo)致糖尿病、克山病和大骨節(jié)病等[9],適量補(bǔ)硒對提高機(jī)體免疫力、解毒、抑制衰老、預(yù)防疾病有重要意義[10-12]。因此,將硒與多糖結(jié)合使之成為有機(jī)硒化合物—硒多糖,不僅保持了多糖的基本構(gòu)型和活性,還很大程度提高了生物可利用度,降低了毒性和副作用,與無機(jī)硒相比,還具有生物活性強(qiáng),環(huán)境污染小等特點(diǎn)[13-14]。近幾年,國外主要研究有機(jī)硒藥物的合成及其生物體內(nèi)的作用機(jī)制,但對于硒多糖的研究尚未成熟[15]。硒多糖主要來源于天然硒多糖和合成硒多糖[16],國內(nèi)外已有學(xué)者通過化學(xué)手段合成硒多糖[17-20]。目前,中國營養(yǎng)學(xué)會推薦的成人攝入量為每日50~250μg,而我國2/3地區(qū)硒攝入量低于最低推薦值[21-22],因此,本實(shí)驗(yàn)以蒲公英多糖和亞硒酸鈉為原料,硝酸為催化劑,制備了蒲公英硒多糖,并考察了合成工藝的條件,結(jié)果該合成工藝簡單、安全、對環(huán)境污染較小、合成產(chǎn)物得率較高,為蒲公英硒多糖作為食品添加劑補(bǔ)充食物硒的缺乏奠定了基礎(chǔ)。

    1 材料與方法

    1.1 材料與儀器

    蒲公英多糖 自制,多次純化所得均一多糖[23];Se元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;亞硒酸鈉 分析純,上海新寶精細(xì)化工廠;硝酸 分析純,北京化工廠;鹽酸、高氯酸 分析純,固安縣金榮化工有限公司。

    Agilent1100型高效液相色譜儀 美國Agilent公司;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 武漢科爾儀器設(shè)備有限公司;傅里葉紅外光譜儀 塞莫爾飛式科技;透析袋MD10 上海歐韋達(dá)儀器科技有限公司。

    1.2 硒化蒲公英多糖的制備

    1.2.1 硒化反應(yīng) 準(zhǔn)確稱取0.5g一定質(zhì)量的蒲公英多糖放入三頸瓶中,加入一定體積分?jǐn)?shù)0.5%硝酸溶液,加熱攪拌使多糖全部溶解,加入一定質(zhì)量比亞硒酸鈉,70℃攪拌反應(yīng)8h,待反應(yīng)完畢,將反應(yīng)液降至室溫。

    1.2.2 除去未反應(yīng)的亞硒酸根離子 將降溫后的反應(yīng)液用無水碳酸鈉調(diào)pH 5~6,離心(7000r/m in,15m in),抽濾,濾液經(jīng)流水透析,取透析液少量,加入抗壞血酸檢測,無紅色時(shí)停止透析。

    1.2.3 乙醇沉淀硒多糖[24]用3倍體積無水乙醇沉淀,-4℃冰箱中放置過夜,0.22μm微孔濾膜過濾,用無水乙醇洗滌沉淀數(shù)3次,在-0.8kPa,30℃下真空干燥,得硒多糖。

    1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn)

    1.2.4.1 原料配比對硒含量及收率影響 蒲公英多糖和亞硒酸鈉的質(zhì)量比分別為1∶0.6、1∶0.8、1∶1.0、1∶1.2、1∶1.4,加入的硝酸體積分?jǐn)?shù)為0.5%,加熱時(shí)間8h、反應(yīng)溫度70℃,測其硒含量及收率。

    1.2.4.2 催化劑質(zhì)量對硒含量及收率的影響 其他反應(yīng)條件不變按照以上方法合成硒多糖,即硝酸體積分?jǐn)?shù)分別為:0.1%、0.3%、0.5%、0.8%、1.0%,蒲公英多糖與亞硒酸鈉質(zhì)量比為1∶1.2、反應(yīng)時(shí)間為8h、反應(yīng)溫度為70℃,測其硒含量及收率。

    1.2.4.3 反應(yīng)溫度對硒化修飾結(jié)果的的影響 改變反應(yīng)溫度,使其分別在50、60、70、80、90℃時(shí)攪拌,此時(shí),蒲公英多糖與亞硒酸鈉質(zhì)量比為1∶1.2、硝酸體積分?jǐn)?shù)為0.3%、反應(yīng)時(shí)間為8h,測其硒含量及收率。

    1.2.4.4 反應(yīng)時(shí)間對硒化修飾結(jié)果的的影響 改變反應(yīng)時(shí)間,使其反應(yīng)時(shí)間分別為4、6、8、10、12h,此時(shí),硝酸體積分?jǐn)?shù)0.3%,蒲公英多糖與亞硒酸鈉質(zhì)量比為1∶1.2,反應(yīng)溫度為70℃,測其硒含量及收率,其收率公式為:收率(%)=(蒲公英硒多糖的質(zhì)量/蒲公英多糖的質(zhì)量)×100

    1.2.5 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選用原料質(zhì)量配比(蒲公英多糖∶亞硒酸鈉)(A)、硝酸體積分?jǐn)?shù)(B)、反應(yīng)溫度(C)、反應(yīng)時(shí)間(D)4個(gè)因素進(jìn)行L9(34)正交實(shí)驗(yàn),因素水平見表1。

    表1 正交實(shí)驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal test

    1.3 HPLC法測定硒化蒲公英多糖中硒含量

    1.3.1 色譜條件 色譜柱為:ZORBAX Eclipse XDBC18,520mm×4.6mm i.d;流動相:甲醇∶水=45∶55;檢測波長:330nm;流速是1.0m L/m in;柱溫:室溫。

    1.3.2 樣品消解的處理方法

    1.3.2.1 消解液的優(yōu)化 考察比較HNO3-HC1O4(4∶1)、HNO3-H2O2(1∶1)、HNO3-H2SO4(1∶1)體系對消解結(jié)果的影響。

    1.3.2.2 樣品溶液的制備 準(zhǔn)確稱取20.00mg蒲公英硒多糖置入試管中,加入混合消解液(濃硝酸、高氯酸按體積比4∶1混合)1m L,冷消化至過夜。然后將試管置于100℃水浴鍋中加熱6h。當(dāng)試管內(nèi)黃褐色氣體排盡后,取出試管冷卻,加入6mol/L HCl 2.5m L,置于沸水浴中,至溶液呈現(xiàn)無色或淡黃色,即達(dá)到終點(diǎn)。取出試管,冷卻,再將溶液移入10m L容量瓶,定容至刻度,待測。

    1.3.3 硒標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 取pH2.8的檸檬酸-磷酸氫二鈉的緩沖溶液3m L置于試管中,準(zhǔn)確量取消解后的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(1.0mg/m L)一定體積和鄰苯二胺溶液(1.0mg/m L)1m L,40℃反應(yīng)100m in后加磷酸氫二鈉溶液調(diào)pH至中性,然后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入10m L容量瓶,定容,使其硒的終濃度分別為0、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0μg/m L,進(jìn)樣量為20μL,以硒濃度為橫坐標(biāo)X,色譜峰面積為縱坐標(biāo)Y,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

    1.4 硒化蒲公英多糖的表征

    紅外光譜:采用KBr壓片法,在4000~400cm-1范圍內(nèi)掃描。

    差示掃描量熱法:采用DE-6300型綜合熱分析儀對樣品進(jìn)行熱分析,升溫速率10℃·m in-1,升溫范圍25~600℃。氣氛為靜態(tài)氮?dú)?;參比物為A l2O3,分別對蒲公英硒多糖、蒲公英多糖、亞硒酸鈉和蒲公英多糖與亞硒酸鈉物理混合樣品進(jìn)行熱譜掃描。

    1.5 數(shù)據(jù)處理

    運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,Excel作圖。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

    2.1.1 原料配比對硒含量及收率的影響 結(jié)果如圖1所示,蒲公英多糖和亞硒酸鈉的質(zhì)量比分別為1∶0.8、1∶1.0、1∶1.2時(shí),硒含量及收率是隨亞硒酸鈉的增大而增大,當(dāng)1∶1.2時(shí),硒含量及收率達(dá)到最高;而后,隨著亞硒酸鈉質(zhì)量的增加,硒含量及收率反而降低,這說明多糖與亞硒酸鈉之間的反應(yīng)存在著相互依存的關(guān)系。

    圖1 原料配比對硒含量及收率的影響Fig.1 Effecton contentand yield of Se by rawmaterial ratio

    2.1.2 催化劑質(zhì)量對硒含量及收率的影響 結(jié)果如圖2所示,當(dāng)硝酸體積分?jǐn)?shù)由0.1%~0.3%時(shí),硒多糖中硒含量及收率呈上升趨勢;而后,隨著硝酸體積分?jǐn)?shù)的增加,硒含量及收率開始降低,可能是由于硝酸的氧化性增強(qiáng),使某些多糖鏈斷裂的結(jié)果。

    圖2 硝酸體積分?jǐn)?shù)對硒含量及收率的影響Fig.2 Effecton contentand yield of Se by volume fraction of HNO3

    2.1.3 反應(yīng)溫度對硒含量及收率的影響 結(jié)果如圖3所示,溫度增加反應(yīng)速度加快,在50~70℃的范圍內(nèi),硒多糖的硒含量及收率均隨溫度的升高而增加,當(dāng)反應(yīng)溫度為70℃時(shí),硒含量及收率達(dá)到最大;70℃以后溫度雖然升高,但硒含量及收率均有所下降,可能與有機(jī)硒的穩(wěn)定性相關(guān),所以溫度不能過高,以50~ 70℃為宜。

    圖3 反應(yīng)溫度對硒含量及收率的影響Fig.3 Effecton contentand yield of Se by reaction temperature

    2.1.4 反應(yīng)時(shí)間對硒含量及收率的影響 結(jié)果如圖4所示,在反應(yīng)時(shí)間4~6h時(shí),硒多糖的硒含量及收率隨著時(shí)間的延長而增加,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為8h時(shí),硒多糖的硒含量與收率交于一點(diǎn),而后硒含量及收率明顯下降,可能反應(yīng)時(shí)間過長會降解多糖,使其收率大幅降低。

    圖4 反應(yīng)時(shí)間對硒含量及收率的影響Fig.4 Effecton contentand yield of Se by reaction time

    2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

    正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析見表2,方差分析見表3。

    表2 正交實(shí)驗(yàn)及結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experiment

    由表2及表3可知,影響硒含量的四個(gè)因素由大到小為:A>B>C>D,即蒲公英多糖和亞硒酸鈉的質(zhì)量比是影響硒含量的主要因素,其次是硝酸體積分?jǐn)?shù),最佳工藝條件是A3B2C2D3;而影響蒲公英硒多糖收率的四個(gè)因素大小為:A>C>B>D,說明蒲公英多糖和亞硒酸鈉的質(zhì)量比對收率的影響最大,最佳工藝條件是A3B2C2D2。由于在兩者的最佳工藝中,只有D不同,而D又是兩者影響最小的因素,再結(jié)合單因素的考察結(jié)果分析,最終確定其優(yōu)化方案確定為A3B2C2D2。

    表3 方差分析表Table 3 Analysis of variance

    2.3 蒲公英硒多糖的最佳工藝條件的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

    根據(jù)上述優(yōu)化結(jié)果,在蒲公英多糖與亞硒酸鈉的質(zhì)量比為1∶1.2,硝酸體積分?jǐn)?shù)為0.3%,反應(yīng)溫度為70℃,反應(yīng)時(shí)間為8h的優(yōu)化條件下,制備了5批蒲公英硒多糖,測得其平均硒含量為3.79mg/g,平均收率為33.58%,通過驗(yàn)證此條件下制備的蒲公英硒多糖其收率及硒含量均較高。

    2.4 消解液的優(yōu)化結(jié)果

    實(shí)驗(yàn)對三種體系消解液比較的結(jié)果:采用HNO3-HC1O4(4∶1)體系消解時(shí),不但消解時(shí)間短,且消解液澄清,獲得的色譜峰面積較大。而HNO3-H2SO4(1∶1)體系,雖消解時(shí)間短和消解液澄清,但獲得的色譜峰面積較??;HNO3-H2O2(1∶1)體系,不但耗時(shí)長,而且硒的損失最大。因此,本實(shí)驗(yàn)選用HNO3-HC1O4(4∶1)體系對樣品進(jìn)行消解時(shí)的。

    2.5 硒含量的測定與方法驗(yàn)證

    2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制與結(jié)果 按1.3.1項(xiàng)下色譜條件進(jìn)樣20μL,以濃度為橫坐標(biāo)X,吸收峰面積為縱坐標(biāo)Y,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,并進(jìn)行線性回歸。求得回歸方程為:Y=290.49X+6.7044,相關(guān)系數(shù)R=0.9998,線性范圍為0~5.0μg/m L。

    2.5.2 精密度實(shí)驗(yàn) 按1.3.3項(xiàng)下的反應(yīng)操作,以終濃度為0.5μg/m L的含硒溶液,連續(xù)重復(fù)進(jìn)樣6次,測定色譜峰面積,計(jì)算RSD值為1.38%,表明儀器精密度良好。

    2.5.3 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 按1.3.3項(xiàng)下的反應(yīng)操作,以終濃度為0.5μg/m L的含硒溶液,分別于0、2、4、6、12、24h時(shí)測定其色譜峰面積,計(jì)算RSD值為2.10%,表明樣品溶液在24h內(nèi)穩(wěn)定。

    2.5.4 重復(fù)性實(shí)驗(yàn) 精密稱取六份樣品按1.3.2.2項(xiàng)下方法處理,按1.3.3項(xiàng)下反應(yīng)操作,微孔濾膜過濾,20μL進(jìn)樣,測定色譜峰面積,計(jì)算RSD值為1.73%,表明方法重復(fù)性良好。

    2.5.5 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn) 準(zhǔn)確量取已知硒含量的同一樣品9份,3份為一組,將3組樣品分別加入高、中、低濃度的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液,按1.3.2.2項(xiàng)下方法處理,按1.3.3項(xiàng)下反應(yīng)操作,測定色譜峰面積,計(jì)算平均回收率為99.8%,RSD值為1.22%。

    2.6 硒化蒲公英多糖的表征與分析

    2.6.1 紅外掃描圖 采用FTIR-8900紅外光譜儀,用KBr壓片法測定蒲公英多糖和蒲公英硒多糖的紅外譜圖。譜圖如圖5所示。

    圖5 蒲公英硒化多糖和蒲公英多糖的紅外光譜Fig.5 Infrared spectrogram of taraxacum Se polysaccharide and taraxacum polysaccharide

    由圖5可知,硒化前、后蒲公英多糖的紅外光譜有所變化,但變化不大,這說明蒲公英多糖硒化前、后基本結(jié)構(gòu)沒有大的改變。3433cm-1(O-H)為多糖的特征峰,此處峰強(qiáng)度減弱,說明-OH數(shù)量減少,2927cm-1和2853cm-1處峰強(qiáng)度較大,說明其(C-H)振動偶極矩加大,與多糖相比較,硒多糖在1738cm-1的峰突出有明顯,1634cm-1也隨之加強(qiáng),這可能是Se=O形成的并與C=O相互作用的結(jié)果,經(jīng)紅外光譜數(shù)據(jù)[25]可知:1264cm-1處峰的增強(qiáng)及417cm-1處多出峰都說明Se-C的存在,720cm-1多出的SeO32-特征吸收峰,1099cm-1處多出峰為Se-O-C特征吸收峰。由此推斷:多糖分子中的-OH與H2SeO3分子中的-OH脫去1個(gè)水分子后形成亞硒酸酯的結(jié)果。因此,蒲公英多糖的硒化是成功的。

    圖6 差示掃描量熱曲線Fig.6 Differential scanning calorimetry curve

    2.6.2 差示掃描量熱分析 由蒲公英硒多糖與蒲公英多糖、亞硒酸鈉和蒲公英多糖與亞硒酸鈉物理混合的差示掃描量熱分析曲線(見圖6)比較分析可知,蒲公英硒多糖在25~400℃處仍保持蒲公英多糖的基本特征,亞硒酸鈉在493℃處的峰和蒲公英多糖與亞硒酸鈉物理混合在536℃處的峰消失,說明硒的存在形式發(fā)生了改變,由無機(jī)硒轉(zhuǎn)換成為有機(jī)硒。

    3 結(jié)論

    本文研究表明:以蒲公英多糖和亞硒酸鈉為原料,以硝酸為催化劑,用乙醇進(jìn)行沉淀制備蒲公英硒多糖的工藝路線簡單可行。通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn),確定了最佳工藝條件。最佳工藝條件為原料質(zhì)量配比1∶1.2、硝酸體積分?jǐn)?shù)為0.3%、反應(yīng)時(shí)間8h、反應(yīng)溫度70℃。最佳工藝條件下蒲公英硒多糖中硒含量為3.79mg/g,平均收率為33.58%。紅外光譜顯示:蒲公英硒多糖中含有Se=O鍵和Se-C鍵,實(shí)現(xiàn)了蒲公英多糖的硒化。且實(shí)現(xiàn)了將無機(jī)硒轉(zhuǎn)化為有機(jī)硒,為蒲公英的開發(fā)、蒲公英多糖的再利用奠定基礎(chǔ)。

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    Study on preparation and content determ ination of taraxacum polysaccharide selenide

    GE M ing-m ing1,HU Bei1,SUN Li-na2,LIJian-hui1,HOUWei1,GAO Jin-bo1,*
    (1.The key Laboratory of Biological Drugs,Education the Department of Heilongjiang Province,Pharmacy College of Jiamusi University,Jiamusi154007,China;2.Heihe University,Physical Chemistry Department,Heihe 164300,China)

    The selenide taraxacum polysaccharide was p repared by using taraxacum polysaccharide and sodium selenite as the raw material,accord ing to the synthesis p rincipe of organic selenium compound.The op timal conditions were estab lished by sing le factor and orthogonal design,the content of polysaccharide selenide was determ ined by HPLC,the structure of polysaccharide selenide were characterized by IR and DSC.The results showed that the mass ratio of taraxacum polysaccharide to sodium selenite was 1∶1.2,the volume frac tion of HNO3was 0.3%,the reaction temperature was 70℃ and the reaction time was 8 hours. Under the cond itions,the average contentof selenium in taraxacum polysaccharide was 3.79mg/g and average yield was 33.58%.Infrared Spectrum showed that the selenide taraxacum polysaccharide contained Se=O and Se-C,the selenization of taraxacum polysaccharide was realized,which p rovide a good cond ition for further development and utilization.

    taraxacum polysaccharide;sod ium selenite;p reparation;characterization

    TS241

    B

    1002-0306(2014)18-0276-05

    10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.053

    2013-12-06 *通訊聯(lián)系人

    葛明明(1986-),女,在讀研究生,研究方向:生物藥物分析。

    佳木斯大學(xué)研究生創(chuàng)新課題(YJSCX2012-032JD);黑龍江省衛(wèi)生廳資助項(xiàng)目(2012-258)。

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