芒果葉提取物的光譜和TG—DTG—DSC熱分析

摘要：為綜合開發(fā)利用芒果（Mangifera indica L.）葉資源，對經(jīng)D101大孔樹脂純化的芒果葉提取物進(jìn)行紫外-可見光譜掃描（UV-VIS）、傅立葉紅外光譜掃描（FT-IR）和熱重（TG-DTG-DSC）分析。結(jié)果表明，經(jīng)大孔樹脂純化后的芒果葉提取物含有芒果苷、芒果葉綠素等成分，且芒果葉綠素是決定顏色性狀的主要天然色素；220.80～505.04 ℃是芒果葉提取物的主要失重溫度范圍，其重量從94.42%急劇減少到17.45%，最大失重速率溫度為418.00 ℃；芒果葉提取物的著火點(diǎn)Tb、最大失重溫度Tm和燃盡溫度Tf值分別為393.3、417.9和450.3 ℃。

關(guān)鍵詞：芒果（Mangifera indica L.）葉；光譜分析；熱分析

中圖分類號：S132 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）07-1677-04

中國是芒果（Mangifera indica L.）種植大國，2010年種植面積已達(dá)12.90萬hm2 [1]。近年來，廣西百色右江河谷等主要產(chǎn)地不斷擴(kuò)大種植規(guī)模，芒果葉資源豐富。芒果葉味酸、甘，性涼，可用于治療熱滯腹痛、氣脹、小兒疳積等病癥[2]。芒果葉藥材中含有芒果苷、葉綠素、沒食子酸等多種成分[3]。據(jù)報(bào)道，芒果苷、沒食子酸等芒果葉提取物能起到抗脂質(zhì)過氧化、免疫調(diào)節(jié)、抗炎、鎮(zhèn)痛等作用，還具有抗菌、抗病毒等多種藥理活性[4-6]。臨床應(yīng)用已表明，芒果葉提取物對呼吸道炎癥及感冒咳嗽有較好的療效[7]。因此，芒果葉在制藥、食品、保健品和飲料等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景。但目前我國芒果葉的綜合利用水平不高，僅有少部分芒果葉作為草藥原料用于生產(chǎn)芒果止咳片、芒果止咳膠囊和銀花芒果顆粒等中成藥，絕大部分因嫁接、修枝剪葉等果樹管理被棄于果園或當(dāng)成垃圾焚燒，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境。對芒果葉的提取物進(jìn)行光譜分析和熱分析，獲取相關(guān)圖譜和熱分析數(shù)據(jù)，對開發(fā)芒果葉新產(chǎn)品有一定現(xiàn)實(shí)意義。

本試驗(yàn)在利用D101大孔樹脂對芒果葉的乙醇提取物進(jìn)行純化的基礎(chǔ)上，對其進(jìn)行紫外-可見光譜掃描（UV-VIS）、傅立葉紅外光譜掃描（FT-IR）和熱重（TG-DTG-DSC）分析，為提高芒果葉資源的綜合利用提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

芒果葉采自廣西壯族自治區(qū)百色地區(qū)林業(yè)科學(xué)研究所，選取無蟲、無病害，處于生長旺期，色澤油亮的新鮮葉子，洗凈后晾干，低溫烘干，粉碎并過40目篩，放于棕色瓶中避光保存?zhèn)溆谩?/p>

主要儀器：IRPRESTIGE-21型傅立葉變換紅外光譜儀、UV-2700型紫外-可見分光光度計(jì)（日本島津公司）；HSC-2型熱重分析儀（北京恒久科學(xué)儀器廠）；LD-100型手提式實(shí)驗(yàn)室粉碎機(jī)（長沙市常宏制藥機(jī)械設(shè)備廠）；TGL-16M型高速臺式冷凍離心機(jī)（湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開發(fā)有限公司）。

主要試劑：芒果苷標(biāo)準(zhǔn)對照品（純度≥98%），KBr粉末為光譜純，95%乙醇等其他試劑為國產(chǎn)AR級。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 芒果葉提取物的制備 稱取80 g芒果葉粉末，按料液比1∶6（m∶V，下同）的比例加入95%乙醇，浸泡6 h后分離，濾渣加入95%乙醇240 mL，浸泡6 h后分離，兩次所得濾液定容至1 L容量瓶中，作為芒果葉提取物的儲(chǔ)備液。用大孔樹脂D101靜態(tài)吸附芒果葉提取物儲(chǔ)備液，用乙酸乙酯進(jìn)行靜態(tài)解析，干燥解析液，得到黏稠狀綠色的芒果葉提取物。

1.2.2 芒果葉提取物的紫外-可見光譜掃描（UV-VIS） 用95%乙醇稀釋芒果葉提取物，在200～400 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行中速掃描，得到芒果葉提取物的紫外光譜圖；適當(dāng)調(diào)節(jié)芒果葉提取物濃度后，在350～800 nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行中速光譜掃描，得到芒果葉提取物的紫外-可見光譜圖。

1.2.3 芒果葉提取物的傅立葉紅外光譜掃描（FT-IR） 在干燥保護(hù)室內(nèi)，取芒果葉提取物樣品與KBr混合研磨、壓片，在400～4 000 cm-1波長范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，得到芒果葉提取物的傅立葉紅外光譜圖（FT-IR）。

1.2.4 芒果葉提取物的熱重（TG-DTG-DSC）分析

準(zhǔn)確稱取15 mg芒果葉提取物樣品放入裝樣坩堝。在空氣氛中，以10 ℃/min的程序升溫速率加熱至600 ℃。采用熱重分析儀自動(dòng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，之后利用Origin 8.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行分析和計(jì)算，得到相關(guān)化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 芒果葉提取物的紫外-可見光譜掃描結(jié)果

由圖1可知，芒果葉提取物在350～800 nm范圍內(nèi)，有403、473、502、535、609、666 nm 6個(gè)吸收峰，其中403、666 nm是強(qiáng)吸收峰。666、609、535、403 nm處的4個(gè)吸收峰與葉綠素a的特征吸收峰相近[8]。吸收強(qiáng)度主要由分子濃度決定[9]，403和666 nm處的吸收峰最強(qiáng)，表明葉綠素的含量比較高。結(jié)合樣品呈現(xiàn)的綠色色澤，說明葉綠素是決定芒果葉提取物顏色性狀的主要天然色素。由圖2可知，芒果葉提取物在258.5 nm處有一特征吸收峰，該吸收峰與圖3芒果苷標(biāo)準(zhǔn)對照品258.5 nm處的特征吸收峰一致，說明經(jīng)大孔樹脂D101純化的芒果葉提取物仍然含有其主要藥效成分芒果苷。圖4和圖5分別為芒果葉提取物和芒果苷對照品的1階導(dǎo)數(shù)吸收光譜圖，紫外光的1階導(dǎo)數(shù)光譜圖可一定程度地排除共存物的干擾，兩者在紫外光部分的212、254、326 nm處均有特征吸收波谷或波峰，進(jìn)一步驗(yàn)證了純化后的芒果葉提取物中仍含有芒果苷。

2.2 芒果葉提取物傅立葉紅外光譜（FT-IR）掃描結(jié)果

芒果葉提取物的紅外光譜如圖6所示，2 926 cm-1處有尖銳的強(qiáng)吸收波谷，是CH3典型的反對稱伸縮振動(dòng)峰，其對稱彎曲振動(dòng)峰出現(xiàn)在1 373 cm-1處，可能由葉綠素分子式中與卟啉環(huán)骨架連接的CH3貢獻(xiàn)，且葉綠素的分子結(jié)構(gòu)中C7和C10位均含有酯羰基，1 743 cm-1處的峰可能是由C7和C10位的C=O特征伸縮振動(dòng)峰所貢獻(xiàn)；而1 458 cm-1處的峰可能來自葉綠素卟啉環(huán)骨架上C=C的伸縮振動(dòng)峰。

2.3 芒果葉提取物的熱重分析

圖7是芒果葉提取物樣品在10 ℃/min的程序升溫速率時(shí)的熱失重曲線（TG）和熱失重速率曲線（DTG）。分析這兩條曲線的趨勢，可以了解熱解產(chǎn)物在氣固兩相之間的分配過程。在計(jì)算機(jī)精確控制下，樣品坩堝得到的熱量不斷增加，體系溫度等速提升。樣品吸收了大量的熱量后，開始發(fā)生一系列的物理和化學(xué)反應(yīng)，釋放出氣體并產(chǎn)生燃燒殘?jiān)?。芒果葉提取物樣品熱解過程可分為4個(gè)部分：第1部分是失水過程，TG曲線有輕微而平緩的下降，DTG線反映出熱失重速率并不大；第2部分是樣品預(yù)熱過程，這是一個(gè)內(nèi)部組織出現(xiàn)解聚等反應(yīng)的緩慢過程，可能有少量揮發(fā)分氣體逸出，之后DTG曲線又開始平緩變化；第3部分是主要熱解過程，兩種曲線都急劇下降，樣品發(fā)生劇烈的熱解過程，可能伴隨著燃燒。從圖7可知，220.80～505.04 ℃是樣品的主要失重溫度范圍，芒果葉提取物重量從94.42%急劇減少到17.45%。從圖7的失重速率曲線可以看出，最大失重速率對應(yīng)的溫度為418.00 ℃；第4部分是殘留物緩慢分解過程，主要是難以熱解的物質(zhì)繼續(xù)受熱失重的過程，該過程產(chǎn)生灰分等殘留物。

圖8是芒果葉提取物樣品在10 ℃/min的程序升溫速率時(shí)的掃描量熱曲線（DSC）圖。通常來說，可通過TG曲線考察樣品受熱分解時(shí)質(zhì)量的變化情況，可通過DSC曲線考察樣品受熱分解過程中能量的變化情況。質(zhì)量變化和能量變化在樣品熱分解過程中往往是同時(shí)存在的，但晶型轉(zhuǎn)變、熔融等卻只有能量變化，沒有質(zhì)量變化[10]。因此，通過考察DSC曲線，可以得到更全面的信息。由圖8可知，芒果葉提取物樣品在220 ℃之前的升溫過程中，有一個(gè)小的放熱峰，而這一階段失重較少（圖7），可能是提取物中一些易揮發(fā)的成分燃燒放熱所致；在220～350 ℃階段，樣品的放熱峰變得相對寬大，而這一階段樣品的失重速率增快，可能是由于樣品中的葉綠素等有機(jī)物開始燃燒放熱，并伴有CO2釋放，質(zhì)量下降所致。總體上看，在室溫至600 ℃范圍內(nèi)，芒果葉藥材提取物的放熱峰并不尖銳，說明熱解反應(yīng)進(jìn)行得較為平穩(wěn)。

2.4 芒果葉提取物的熱燃燒特性分析

著火點(diǎn)（Tb）、最大失重溫度（Tm）和燃盡溫度（Tf）是表征有機(jī)物燃燒特性和熱解過程的重要指標(biāo)，有助于生產(chǎn)過程中控制相關(guān)工藝條件。根據(jù)TD-DTG法可以通過作圖等方式算出著火點(diǎn)和燃盡溫度[11]，作圖過程如下：從DTG圖的最低點(diǎn)A作垂線，交TG線于M點(diǎn)，并通過M點(diǎn)作TG線的切線，分別交TG線失重起始時(shí)的平行線和失重結(jié)束時(shí)的TG曲線，切線相交于點(diǎn)B和點(diǎn)F。B、M和F點(diǎn)對應(yīng)的X軸溫度讀數(shù)分別為Tb、Tm和Tf。如圖9所示，芒果提取物樣品的Tb、Tm和Tf值分別為393.3、417.9和450.3 ℃。

3 小結(jié)

UV-VIS和FT-IR的光譜圖表明，經(jīng)D101大孔樹脂純化后的芒果葉提取物含有芒果苷和芒果葉綠素等主要藥效成分，且芒果葉綠素是決定顏色性狀的主要天然色素。由于大孔樹脂可以用于工業(yè)化生產(chǎn)，又能保留主要藥效成分，這為芒果葉提取物規(guī)?；a(chǎn)面臨的純化問題提供了可行的初步純化路徑。TG-DTG-DSC熱分析結(jié)果表明，芒果葉提取物樣品熱解過程可分為4個(gè)部分，其中220.80～505.04 ℃是樣品的主要失重溫度范圍，芒果葉提取物重量從94.42%急劇減少到17.45%，最大失重速率對應(yīng)的溫度為418.00 ℃。樣品在熱分解過程中伴隨有燃燒現(xiàn)象，可能有CO2等氣體釋放。芒果提取物樣品的Tb、Tm和Tf值分別為393.3、417.9和450.3 ℃，這為芒果葉提取物的工業(yè)化加工提供了熱分析參考數(shù)據(jù)。

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