Hoe Acteoside te scheiden van Cistanche Tubulosa?
Mar 24, 2022
Helin Xu a, Xueqin Li a,⇑, Yanyan Hao a, Xiaobin Zhao a, Yun Cheng a, Jinli Zhang a,b
een School of Chemistry and Chemical Engineering / Key Laboratory for Green Processing of Chemical Engineering van Xinjiang Bingtuan, Shihezi University, Shihezi 832003, China
b Key Laboratory for Green Chemical Technology van het Ministerie van Onderwijs, School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China
Contact:joanna.jia@wecistanche.com/ WhatsApp: 008618081934791
Abstract
Om een eenvoudige en efficiënte scheiding vanacteoside(ACT), extractie van ACT uit ruwe extracten vanCistanchetubulosavia ionische vloeistof (IL) op basis van een waterig tweefasensysteem (ATPS) wordt onderzocht. De IL-ATPS die [C4mim]BF4 en (NH4)2SO4 omvat, vertoont uitstekende extractieprestaties en extraheert bijna alle ACT(Acteoside)in de [C4mim]BF4-rijke fase. De hoge polariteit van [C4mim]BF4 met multi-waterstofbindingsreceptoren is bevorderlijk voor het extraheren van ACT(Acteoside)in de IL-rijke fase, en (NH4)2SO4 zorgt niet alleen voor een zwak zure micro-omgeving voor het verhogen van de ACT-stabiliteit in de IL-rijke fase, maar vermindert ook de oplosbaarheid van ACT(Acteoside)in de zoutrijke fase via het uitzouteffect. Bovendien laten moleculaire simulatieresultaten zien dat wordt geëxtraheerd in de [C4mim]BF4-rijke fase via multi-interacties, waaronder waterstofbinding, van der Waals-krachten en pp-stapeling. Deze studie zal naar verwachting een waardevolle referentie opleveren voor de scheiding van bioactieve bestanddelen van natuurlijke producten.
trefwoorden:Ionische vloeistoffen, Zout, Waterig tweefasensysteem, Extractie,Acteoside
Invoering
Cistanchetubulosa(Orobanchaceae) is een parasitaire plant die groeit op de wortels van Tamarix en Salvadora en voornamelijk voorkomt in de dorre landen en woestijnen van Noordwest-China [1-3]. De stengels van Cistanche tubulosa, bekend als 'ginseng van de woestijn', zijn officieel opgenomen in de Chinese Farmacopee (editie 2015) [4,5], en naar verluidt zijn de belangrijkste componenten fenylethanoïde glycosiden (PhG), polysachariden en iridoïden.
PhG-verbindingen, een groep van in water oplosbare bioactieve bestanddelen inCistanchetubulosa, hebben een gemeenschappelijke structuur die bestaat uit kaneelzuur en hydroxyfenylethylgroepen die aan een b-glucopyranosegroep zijn bevestigd via respectievelijk ester- en glycosidische bindingen [6].Acteoside(ACT) is de hoofdcomponent van PhG-verbindingen en is de indexcomponent voor de gehaltebepaling vanCistanchetubulosa[7]. Moderne chemische en farmacologische studies hebben aangetoond dat ACT(Acteoside)vertoont meerdere farmacologische activiteiten, zoals antioxidatie, antivermoeidheid, neuroprotectie en hepatoprotectie [8-10]. ACT heeft dus een breed toepassingsperspectief op het gebied van geneeskunde, gezondheidszorg, voeding, enz. Echter, de scheiding en zuivering van ACT(Acteoside)zijn moeilijk vanwege de complexe samenstelling van PhG-verbindingen, die een vergelijkbare structuur, polariteit en oplosbaarheid hebben. Op dit moment zijn de belangrijkste methoden voor de scheiding en zuivering van ACT moleculaire imprinting, macroporeuze adsorptieharsscheiding, snelle tegenstroomchromatografie en membraanscheiding. Liu et al. gebruikten bijvoorbeeld macroporeuze harsen om PhG te scheiden van Cistanche deserticola, en Xu et al. gebruikte mesoporeuze koolstofadsorbentia om PhG te adsorberen, en de adsorptiecapaciteit bereikte 358,09 mg/g. Deze methoden hebben echter tal van nadelen, zoals tijdverbruik, complexe procedure en lage selectiviteit. Daarom is de ontwikkeling van een eenvoudige en effectieve methode voor de selectieve scheiding van bioactieve bestanddelen uit natuurlijke producten zeer gewenst.
gemicroniseerde gezuiverde flavonoïde fractie
In de afgelopen jaren is het waterige tweefasensysteem (ATPS), dat in een milde omgeving kan worden uitgevoerd en gemakkelijk schaalbaar is [11-15], naar voren gekomen als een nieuwe vloeistof-vloeistofextractietechniek voor de scheiding van bioactieve bestanddelen [16] -19]. Afhankelijk van de samenstelling kan ATPS worden onderverdeeld in drie typen, namelijk twee of meer polymeren, een polymeer en een zout, of twee oppervlakteactieve stoffen [20–23]. Bijna alle fasevormende polymeren hebben echter een hoge viscositeit en een smal polariteitsbereik dat niet bevorderlijk is voor massaoverdracht en de selectiviteit beperkt. In deze context worden ionische vloeistoffen (IL's) gekenmerkt door een verwaarloosbare vluchtigheid, chemische stabiliteit, uitgebreide oplosbaarheid voor organische verbindingen, en de meeste IL's zijn milieuvriendelijk [24-28]. Deze functies zorgen ervoor dat IL-APTS's betere prestaties leveren dan andere ATPS's voor de scheiding van bioactieve bestanddelen. Vergeleken met de traditionele ATPS, verzamelt de IL-ATPS de voordelen van zowel IL als ATPS, zoals snelle fasescheiding, hoge extractieprestaties en biocompatibiliteit in de omgeving [12,29,30]. Op dit moment is IL-ATPS niet toegepast op de scheiding en zuivering van ACT(Acteoside), maar er is vastgesteld dat IL-ATPS kan worden toegepast bij de extractie en scheiding van polysachariden [31], vanilline [32], aloë-polysachariden [33], ginseng-saponinen [11], enz. He et al. geëxtraheerde bioactieve ginseng-saponinen met behulp van IL-ATPS, wat werd aangetoond als een eenvoudige en effectieve methode voor de extractie van ginsenosiden met een hoge extractie-efficiëntie van 99,5 procent en een verdelingscoëfficiënt van 651. Gao et al. geëxtraheerde astaxanthine in de [P4448]Br-rijke fase met behulp van een IL ATPS bestaande uit [P4448]Br en K3PO4 met een extractie-efficiëntie tot 93,08 procent [34]. Deze resultaten laten zien dat IL-ATPS potentiële toepassingsmogelijkheden heeft voor het scheiden van bioactieve bestanddelen van natuurlijke producten, en het kan worden verwacht dat het een zeer selectieve scheiding van ACT vanCistanchetubulosa.
In deze studie is een eenvoudige, efficiënte en groene techniek gebaseerd op-ATPS-extractie voor de zeer selectieve scheiding van ACT(Acteoside)van ruwe extracten vanCistanchetubulosawordt verkend. Verschillende IL's ([C4mim][CF3SO3], [C4mim]Cl, [C4mim]BF4, [C2mim]Br, [C4mim]Br, [C6mim]Br en [C8mim]Br) en zouttypes (NaCl, Na2SO4,Na3C6H5O7 , (NH4)2SO4 en NaH2PO4) werden onderzocht om de optimale IL-ATPS te bepalen voor het extraheren van ACT(Acteoside). Bovendien werden de extractieomstandigheden aangepast om een zeer selectieve scheiding van ACT in de IL-rijke fase te bereiken. Het effect van verschillende extractieomstandigheden (bijv. extractietemperatuur, IL-concentratie, monsteroplossingconcentratie, zoutconcentratie, pH en extractie-evenwichtstijd) op de ACT-extractieprestaties wordt in detail besproken. Verder werden moleculaire simulaties uitgevoerd op de ACT, [C4mim]BF4 en H2O om het extractiemechanisme te onthullen.
cistanche tubulosa vs deserticola
2. experimenteel
2.1. Materialen
de stengels vanCistanchetubulosawerden geleverd door Cong Rongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang, China). De normen van ACT(Acteoside)(zuiverheid - 98 procent, afb. 1a) en echinacoside (zuiverheid - 98 procent, afb. 1b) werden geleverd door Sunny Biotech Co., Ltd. (Shanghai, China). 1-Butyl-3-methylimidazoliumtrifluormethaansulfonaat ([C4mim][CF3SO3]), 1-butyl-3-methylimidazoliumchloride ([C4mim]Cl), 1-butyl{ {13}}methylimidazoliumtetrafluorboraat ([C4mim]BF4), 1-ethyl-3-methylimidazoliumbromide ([C2mim]Br), 1-butyl-3-methylimidazoliumbromide ([C4mim] Br), 1-hexyl-3-methylimidazoliumbromide ([C6mim]Br) en 1-octyl-3-methylimidazoliumbromide ([C8mim]Br) werden geleverd door Chengjie Chemical Co. , Ltd. (Shanghai, China). Ammoniumsulfaat van analytische kwaliteit ((NH4)2SO4), natriumdiwaterstoffosfaat (NaH2PO4), natriumsulfaat (Na2SO4), dibasisch natriumfosfaat (Na2HPO4), dikaliumwaterstoffosfaat (K2HPO4), natriumchloride (NaCl) en watervrij trinatriumcitraat (Na3C6H5O7 ) werden geleverd door Shengao Chemical Reagent Co., Ltd. (Tianjin, China). Methanol, azijnzuur en acetonitril van chromatografische kwaliteit werden geleverd door Aladdin Chemical Co., Ltd. (Shanghai, China). Ethanol van analytische kwaliteit werd geleverd door Fuyu Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin, China).
Fig. 1. Chemische structuren van (a)acteoside(ACT), en (b) enchinacoside.
2.2. Bereiding van ruwe extracten van Cistanche tubulosa
Een poedervormig monster vanCistanchetubulosa(20 mg) werd 2 uur gedrenkt in 500 ml van een 50 procent ethanoloplossing met ultrageluid. Het residu in de oplossing werd gescheiden door centrifugatie bij een snelheid van 5000 rpm gedurende 10 minuten. Het supernatant na centrifugeren werd achtereenvolgens gefiltreerd met behulp van 0,45 en 0,22 lm filters. Vervolgens werd het filtraat geconcentreerd en bij 323 K in een vacuümoven gedroogd. Ten slotte werd het gedroogde product opgelost in water en een roodbruin extract vanCistanchetubulosawerd verkregen.
2.3. Extractie van ACT(Acteoside)door IL-ATPS
Een schema voor de efficiënte extractie van ACT(Acteoside)door IL-ATPS wordt getoond in Fig. 2. Dienovereenkomstig werden 3,75 ml [C4mim]BF4, 3,5 ml gedestilleerd water, 11,11 gew.% zout en 1,0 ml monsteroplossing met dezelfde concentratie ACT en echinacoside toegevoegd aan een centrifugebuis van 50 ml. Een ander IL-ATPS met dezelfde componenten behalve de monsteroplossing werd bereid als een contrastsysteem. Het zout van IL-ATPS werd volledig opgelost door ultrasone trillingen en de vorming van twee heldere fasen werd versneld door centrifugeren bij 8000 rpm gedurende 8 minuten. De onderste fase van IL-ATPS was de IL-rijke fase en de bovenste fase was de zoutrijke fase. De componenten van beide fasen werden kwantitatief geanalyseerd door middel van hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC).
De concentratie van ACT(Acteoside)en echinacoside in de twee fasen werd bepaald door HPLC en de extractieprestatie werd geëvalueerd door de extractie-efficiëntie (E, procent), partitiecoëfficiënt (K) en selectiviteit (S). De volgende vgl. (1) vergelijking werd gebruikt om K . te berekenen
K=Cb/Ct (1)
waarbij Cb en Ct (mg/ml) de ACT . zijn(Acteoside)concentratie in respectievelijk de onderste en bovenste fase. Vergelijkingen (2) en (3) werden gebruikt om respectievelijk E en S te berekenen.
E=Cb*Vb/Mv*100 procent (2)
S=K/Kt=Cb*Cet / Ct*Ceb (3)
waarbij mv (mg) het gewicht is van ACT(Acteoside)in de monsteroplossing is Vb (ml) het volume in de onderste fase en de Cet- en Ceb-echinacosideconcentraties in respectievelijk de bovenste en onderste fasen (mg/ml).
Fig. 2. Schema voor de efficiënte extractie van ACT door IL-ATPS
2.4. Selectieve experimenten
HANDELEN(Acteoside)en echinacoside worden beschouwd als concurrenten voor het evalueren van de selectiviteit van IL-ATPS voor ACT(Acteoside)vanwege de vergelijkbare moleculaire structuur en chemische eigenschappen van ACT(Acteoside)en echinacoside. 3,75 ml [C4mim]BF4, 3,5 ml gedestilleerd water, 11,11 gew.% zout en 1.0 ml monsteroplossing met dezelfde concentratie ACT en echinacoside werden toegevoegd aan een centrifugebuis van 50 ml. Het zout van IL-ATPS werd volledig opgelost door ultrasone trillingen en de vorming van twee heldere fasen werd versneld door centrifugeren bij 8000 rpm gedurende 8 minuten. De onderste fase van IL-ATPS was de IL-rijke fase en de bovenste fase was de zoutrijke fase. De componenten van beide fasen werden kwantitatief geanalyseerd met HPLC.
2.5. HPLC-analyse
De concentratie van de monsteroplossing in de twee fasen werd geanalyseerd met HPLC (2695, Waters Co., VS) met een C18-kolom bij 330 nm met behulp van een ultraviolette detector. De gradiëntelutiemethode werd toegepast om monsters te scheiden en te detecteren bij een kolomtemperatuur van 303 K. De mobiele fasen waren (a) acetonitril en (b) azijnzuur/water (1:44, v/v), en de stroomsnelheid was ingesteld op 1 ml/min. De mobiele fase en monsters werden vóór injectie door een filter van 0,22 lm gefilterd. Alle experimenten werden drie keer uitgevoerd en de foutbalk wordt in alle figuren gegeven.
2.6. Karakteriseren
ACT, [C4mim]BF4 en de [C4mim]BF4-rijke fase werden geanalyseerd met Fourier-transformatie-infraroodspectroscopie (FTIR) met Bruker Vertex 70 (Bruker Optics, Ltd., Duitsland). De FTIR-spectra van ACT, [C4mim]BF4 en de [C4mim]BF4-rijke fase werden verkregen van 4000 tot 500 cm 1 met een resolutie van 2 cm 1 met kaliumbromide als referentie.
2.7. Moleculaire simulatie
Om inzicht te krijgen in het extractiemechanisme van IL-ATPS en de interactiemodi tussen ACT en [C4mim]BF4 in IL ATPS, werden eerste-principe berekeningen uitgevoerd op basis van de dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT). Optimalisaties en energieberekeningen op één punt werden uitgevoerd met behulp van de M06-2X-functionaliteit [35,36], en de basisset 6-31 plus G (d) werd gebruikt om C-, H-, F-, B-, N- en O-atomen te beschrijven [37]. Om zwakke interacties nauwkeurig te simuleren, werd de DFT-D3-methode gebruikt voor de adequate beschrijving van dispersieve interacties [38]. Volgens eerdere rapporten [39] werden moleculaire simulaties uitgevoerd op de ACT, [C4mim]BF4 en H2O. Eerst werden de individuele conformaties van ACT- en [C4mim]BF4-modellen geoptimaliseerd, en vervolgens werd de bindingsconformatie van [C4mim]BF4 en ACT geoptimaliseerd op basis van hun optimale individuele configuratie.
De bindende energieën (DE) van ACT(Acteoside)en [C4mim]BF4 en bindingsenergieën (DE) van ACT en H2O werden geëvalueerd met behulp van vergelijkingen. (4) en (5) respectievelijk.
△E = Ecom- (EHANDELENplus EIL)
△E = Ecom - (EH2O plus EHANDELEN)
waarbij EH2O, EACT, EIL en Ecom de potentiële energieën van ACT . zijn(Acteoside), [C4mim]BF4, H2O en hun complexen, respectievelijk. Alle berekeningen zijn uitgevoerd met het Gaussian16-programma [40] en alle moleculen zijn getekend met de VMD v.1.9.3-software. Ondertussen werd een onafhankelijk gradiëntmodel (IGM) opgezet om de netto-elektronendichtheidsgradiëntverzwakking in Multiwfn v.3.5-software te identificeren en te kwantificeren.
ActeosideinCistanche tubulosa
3. Resultaten en discussie
3.1. Optimalisatie van IL-ATPS
3.1.1. Screening van IL's
Om het effect van het type IL op de extractieprestaties in IL-ATPS te evalueren, werden zeven soorten IL's met verschillende kationen en anionen geselecteerd als fasevormende componenten voor het extraheren van ACT(Acteoside). Zoals getoond in Fig. 3 (a), werd de interactie tussen ACT- en IL-anionen onderzocht door de combinatie van [C4mim] plus als kation met verschillende anionen te onderzoeken, waaronder Br-, Cl-, [CF3SO3] - en BF{{7 }}. De resultaten toonden aan dat de IL-anionen de ACT . versterkten(Acteoside)extractieprestaties in de volgorde BF4- > [CF3SO3] - > Br- > Cl- . Het optimale IL-anion was BF4, wat kan worden toegeschreven aan het feit dat de overeenkomstige IL meer waterstofbrugreceptoren kan leveren voor de hydroxylgroepen van ACT(Acteoside)dan andere IL-anionen [21]. Dit suggereert dat waterstofbinding de belangrijkste interactie is tussen IL-anionen en ACT.
Vervolgens werd de combinatie van Br met verschillende kationen, waaronder [C2mim] plus , [C4mim] plus , [C6mim] plus en [C8mim] plus onderzocht om de optimale sterische configuratie tussen ACT(Acteoside)en de ILscations. De resultaten toonden aan dat de ACT(Acteoside)extractieprestaties namen toe met afnemende alkylketenlengte van [C8mim] plus tot [C2mim] plus. Aangezien [C2mim] plus niet de overeenkomstige ATPS met BF4 vormde, werd [C4mim] plus geselecteerd als het optimale IL-kation
Dit kan worden toegeschreven aan de hoge polariteit van de korte alkylketen van [C4mim] plus , wat gunstig was voor het oplossen van ACT(Acteoside)en het extraheren ervan in de IL-rijke fase. Bovendien heeft het imidazoolkation van [C4mim] plus een aromatisch p-systeem, dat pp-interacties kan vormen met de benzeenring van ACT om de optimale stereoconfiguratie te bereiken. Daarom werd [C4mim]BF4 gekozen als optimaal voor de volgende experimenten.
3.1.2. Screening van zouten
Om het effect van het zouttype op ACT . te evalueren(Acteoside)extractieprestaties werden vijf soorten zouten (NaH2PO4, (NH4) 2SO4, Na2SO4, NaCl en Na3C6H5O7) geselecteerd om een IL-ATPS's te vormen met [C4mim]BF4, en de resultaten worden getoond in Fig. 3 (b). Het zout kan worden onderverdeeld in zure (NaH2PO4 en (NH4)2SO4), neutrale (Na2SO4 en NaCl) en basische (Na3C6H5O7) zouten. Uit Fig. 3 (b) blijkt dat (NH4)2SO4 een IL-ATPS verschaft met uitstekende ACT-extractieprestaties. Het resultaat geeft aan dat het verschil in extractie-efficiëntie, partitiecoëfficiënt en selectiviteit geassocieerd is met de stabiliteit van ACT(Acteoside)in de verschillende extractiemicro-omgevingen.
Fig. 3. Screening van ATPS'en. (a) Soorten IL's, en (b) soorten zouten
De glycosiden van zure fenolen van ACT zijn stabiel in zwak zure systemen. Aangezien (NH4)2SO4 een zuur zout is, kan het zorgen voor een zwak zure micro-omgeving voor IL-ATPS'en. Dit is bevorderlijk voor het verhogen van de extractie-efficiëntie en het handhaven van de stabiliteit van ACT(Acteoside)in de IL-rijke fase. Bovendien was het uitzoutingsvermogen van verschillende soorten zout anders dan dat van (NH4)2SO4 was sterker dan dat van NaH2PO4 [24,41]. Het (NH4)2SO4-zout concurreert met ACT(Acteoside)voor H2O-moleculen in de zoutrijke fase, waardoor de oplosbaarheid van ACT in de zoutrijke fase wordt verminderd, en de ACT kan effectief worden geëxtraheerd in de IL-rijke fase. Daarom werd (NH4)2SO4 gekozen als het optimale zout in de volgende experimenten.
3.2. Optimalisatie van extractieomstandigheden in IL-ATPS
3.2.1. Effect van extractietemperatuur
Volgens eerdere studies [42] heeft de extractietemperatuur een significante invloed op de extractieprestaties voor bioactieve bestanddelen in IL-ATPS, een lage temperatuur is gunstiger voor de vorming van IL-ATPS. Fig. 4 (a) geeft het effect weer van [C4mim] BF4-(NH4)2SO4 als IL-ATPS met een extractietemperatuur in het bereik van 278-318 K op de extractieprestaties van ACT(Acteoside). Fig. 4 (a) laat zien dat de extractie-efficiëntie, partitiecoëfficiënt en selectiviteit afnamen met toenemende extractietemperatuur, wat aangeeft dat een hoge temperatuurconditie ongeschikt was voor ACT-extractie in IL-ATPS.
De reden hiervoor was dat het uitzoutingseffect verzwakt was en het gevolg was van het feit dat het water in de IL-rijke fase bij hoge extractietemperaturen werd overgebracht naar de zoutrijke fase in IL-ATPS [42]. Bovendien toonde de experimentenstudie aan dat een hoge extractietemperatuur niet bevorderlijk was voor het stabiele bestaan van ACT(Acteoside). Zo werd de optimale extractietemperatuur vastgesteld op 278 K
3.2.2. Effect van [C4mim]BF4-concentratie
Fig. 4 (b) toont het effect van [C4mim]BF4-concentratie van 20 tot 60 gew.% op de extractieprestaties voor ACT(Acteoside)in IL-ATPS. Zoals getoond in Fig. 4 (b), nam de ACT-extractieprestatie duidelijk toe wanneer de [C4mim]BF4-concentratie toenam van 20 tot 50 gew.%. De extractieprestaties namen echter iets af wanneer de [C4mim]BF4-concentratie werd verhoogd van 50 naar 60 gew.%. Een hoge [C4mim]BF4-concentratie was dus bevorderlijk voor het extraheren van ACT in de [C4mim]BF4-rijke fase, maar een overmatige [C4mim]BF4-concentratie boven 50 gew.% resulteerde in een afname van de ACT-extractieprestaties.
Dit is hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de toename van de oplosbaarheid van ACT in de [C4mim]BF4-rijke fase bij hoge [C4mim]BF4-concentratie als gevolg van de hoge affiniteit tussen ACT en [C4mim]BF4. ACT werd dus gemakkelijk geëxtraheerd in de [C4mim]BF4-rijke fase door de [C4mim]BF4-concentratie te verhogen. Boven een [C4mim]BF4-concentratie van 50 gew.% nam de viscositeit van het IL-ATPS echter toe, wat resulteerde in een slechte massaoverdracht voor extractie. De optimale [C4mim]BF4-concentratie voor het extraheren van ACT was dus 50 gew.%.
3.2.3. Effect van de concentratie van de monsteroplossing
De concentratie van de monsteroplossing was een belangrijke voorwaarde voor ACT(Acteoside)extractie. Fig. 4 (c) toont het effect van de concentratie van de monsteroplossing op de extractie-efficiëntie, verdelingscoëfficiënt en selectiviteit, die het migratievermogen van ACT tussen de bovenste en onderste fasen kan weerspiegelen. Fig. 4 (c) laat zien dat de extractie-efficiëntie, partitiecoëfficiënt en selectiviteit van ACT(Acteoside)nam toe met toenemende concentratie van de monsteroplossing van {{0}},5 tot 2,5 mg/ml. De prestatie van de ACT-extractie nam echter licht af met een verdere verhoging van de concentratie van de monsteroplossing van 2,5 tot 3,0 mg/ml. Een hoge concentratie van de monsteroplossing bevorderde de oplosbaarheid van ACT(Acteoside)in de [C4mim]BF4-rijke fase vanwege de sterke affiniteit tussen ACT en [C4mim]BF4.
De afname in extractieprestaties kan worden toegeschreven aan de volgende redenen: Aan de ene kant verbeterde een overmatige toename van de concentratie van de monsteroplossing de extractieprestaties van IL-ATPS niet toen de [C4mim]BF4-rijke fase al was verzadigd in de ACT. Aan de andere kant veroorzaakte een toename van de concentratie van de monsteroplossing een versterking van de intramoleculaire waterstofbinding en aggregatie van ACT(Acteoside)moleculen, wat niet bevorderlijk was voor massaoverdracht. Zo werd de optimale concentratie van de monsteroplossing bepaald op 2,5 mg/ml.
3.2.4. Effect van (NH4)2SO4-concentratie
Het effect van verschillende (NH4)2SO4-concentraties op de extractie-efficiëntie, verdelingscoëfficiënt en selectiviteit wordt getoond in Fig. 4 (d). Het experimentele resultaat toonde aan dat de drie parameters toenamen met toenemende (NH4)2SO4-concentratie van 2,22 tot 11,11 gew.%. De prestatie van de ACT-extractie nam echter af met een verdere toename van de concentratie van de monsteroplossing van 11,11 tot 16,66 gew.%.
Dit kan worden toegeschreven aan het uitzoutingseffect, wat een belangrijk kenmerk is voor het extraheren van ACT(Acteoside)in the [C4mim]BF4-rich phase. The increase in (NH4)2SO4 concentration can increase the salting-out effect, resulting in a decrease in the solubility of ACT in the(NH4)2SO4–rich phase, which favors ACT extraction in the [C4mim]BF4-rich phase. However, an excessive increase in the(NH4)2SO4 concentration (>11,11 gew.%) resulteerde in een afname van het watergehalte van de [C4mim]BF4-rijke fase, wat de affiniteit voor de ACT zou verzwakken. Dit veroorzaakte een afname in extractie-efficiëntie, partitiecoëfficiënt en selectiviteit. Daarom was de optimale (NH4)2S04-concentratie 11,11 gew.%.
3.2.5. Effect van pH
Het effect van pH op ACT(Acteoside)extractie-efficiëntie, partitiecoëfficiënt en selectiviteit in IL-ATPS werden onderzocht in het 2.0-7.0 pH-bereik. Zoals waargenomen in Fig. 4 (e), namen de drie extractieparameters toe naarmate de pH toenam van 2.0 tot 6.0. De extractieprestaties namen echter af bij een pH van 7.0.
Aan de ene kant zijn de glycosiden van zure fenolen van ACT(Acteoside)stabiel zou zijn in een zure omgeving, terwijl het zou worden gedissocieerd in alkalische oplossingen [6]. Aan de andere kant kan ACT ionisatie ondergaan volgens het evenwicht HA $ H plus plus A bij verschillende pH-waarden [33], omdat het de niet-geïoniseerde vorm is die de neiging heeft om de IL-rijke fase binnen te gaan die de voorkeur heeft onder zure omstandigheden. Het extractie-experiment moet dus worden uitgevoerd in een matig zure omgeving bij de optimale pH van 6.
3.2.6. Effect van extractietijd
Het effect van extractietijd op de ACT(Acteoside) extraction efficiency, partition coefficient, and selectivity were explored in the range of 10–200 min. As can be seen from Fig. 4 (f), the ACT extraction performance increased with the extraction time, and the maximum extraction efficiency (>99%), partition coeffificient (>35), and selectivity (>225) werden verkregen na 130 min. Daarnaast is ACT(Acteoside)bleek lange tijd stabiel te zijn in een zwak zure micro-omgeving. Daarom werd 130 min gekozen als de optimale extractietijd.
3.3. Mechanisme van ACT-extractie met [C4mim]BF4-(NH4)2SO4 ATPS
3.3.1. FTIR-analyse
Fig. 5 toont de FTIR-spectra van ACT(Acteoside), [C4mim]BF4 en de [C4mim]BF4-rijke fase. Zoals getoond in het FTIR-spectrum van [C4mim] BF4, kunnen de pieken bij 3162 en 3122 cm 1 worden toegeschreven aan respectievelijk de symmetrische rektrilling van CAH en de asymmetrische rektrilling van CAH van het imidazool. De band bij 1012 cm 1 kan worden toegeschreven aan de rektrilling van BF4-.
In het FTIR-spectrum van de [C4mim]BF4-rijke fase verschenen geen nieuwe pieken in vergelijking met de FTIR-spectra van ACT(Acteoside)en [C4mim]BF4. De karakteristieke piek van BF4- op 1012 cm- 1 verschoof echter naar een hogere frequentie vanwege de waterstofbinding tussen ACT en de F-atomen. Bovendien verschoven de karakteristieke pieken van CAH bij 3162 en 3122 cm 1 naar lagere frequenties. Dit kan worden toegeschreven aan twee redenen: (1) de vorming van een waterstofbinding tussen ACT en het N-atoom in [C4mim] plus , en (2) de vorming van p–p-stapeling tussen de benzeenring van ACT en de imidazoolring van [C4mim] plus . Dit resultaat was consistent met de moleculaire simulatieresultaten.
Fig. 5. FTIR-spectra van ACT, [C4mim]BF4 en de [C4mim]BF4-rijke fase.
3.3.2. Moleculaire simulatie
Om het extractiemechanisme te onderzoeken, mogelijke interactiemodi tussen ACT(Acteoside)en [C4min] plus , BF4- en H2O werden onderzocht met behulp van moleculaire simulaties. Fig. 6 toont de optimale interactiemodi en bindingsconformatie van ACT-[C4min] plus, ACT-BF4 en ACT-H2O. Zoals getoond in Fig. 6a–h, hadden ACT en [C4mim] plus twee optimale bindingsconformaties, dwz ACT–[C4mim] plus –1 en ACT–[C4mim] plus –2, ACT en BF4 hadden één optimale bindingsconformatie , ACT-BF4-, en ACT en H2O hadden de vijf optimale bindingsconformaties ACT-H2O-1, ACT-H2O-2, ACT-H2O-3, ACT-H2O-4 en ACT-H2O-5.
Bovendien kan de bindingsenergie worden aangeroepen om de interacties tussen twee moleculen te verklaren. Volgens de moleculaire simulatieresultaten zijn de bindingsenergieën van ACT–[C4mim] plus –1, ACT–[C4mim] plus –2, ACT–BF4 , ACT–H2O–1, ACT–H2O–2, ACT–H2O–3 , WERKING–H2O–4 en WERKING–H2O–5 waren - 129.71, - 136.53,-130.82, - 60.78, - 53 .00, - 76,76, -66,55 en -53,49 kJ/mol respectievelijk. Deze waarden suggereren dat de bindingsenergie van met [C4mim]BF4 sterker was dan die van H2O-moleculen. ACT had dus een hoge affiniteit voor [C4mim]BF4 en ging gemakkelijk de [C4mim]BF4-rijke fase in.
Om de interacties tussen de verschillende moleculen verder te onderzoeken, werden de interactiemodi van ACT–[C4min] plus , ACT–BF4- en ACT–H2O geïllustreerd met behulp van IGM-analyse. Zoals getoond in Fig. 6a en b, is de interactie tussen ACT(Acteoside)en [C4mim] plus bestonden voornamelijk uit waterstofbruggen en van der Waals-krachten. Bovendien vertoonden ACT–[C4mim] plus –1 en ACT–[C4mim] plus –2 vergelijkbare conformatiekenmerken, waarbij de benzeenring van ACT en de imidazoolring van [C4mim] plus evenwijdig aan elkaar waren en zich op een afstand van elkaar bevonden. van ongeveer 4 . Dit duidt op het bestaan van app-stacking-interactie tussen ACT(Acteoside)en [C4mim] plus [43]. Fig. 6c onthult de aanwezigheid van sterke waterstofbruggen en van der Waals-interacties tussen ACT en BF4-. Bovendien, zoals getoond in Fig. 6d-h, toen ACT werd opgelost in H2O, werden ACT- en H2O-moleculen voornamelijk gebonden door waterstofbinding en van der Waals. Op basis van de conformationele kenmerken en bindingsenergiewaarden kan dus worden geconcludeerd dat ACT werd geëxtraheerd in de [C4mim]BF4-rijke fase door waterstofbinding, van der Waals-interacties en p - p-stapeling.
Fig. 6. IGM-analyse van de interacties ACT–[C4min] plus, ACT–BF4- en ACT–H2O: (a) ACT–[C4mim] plus –1, (b) ACT–[C4mim] plus –2, (c) WERK–BF4 , (d) WERK–H2O–1, (e) WERK–H2O–2, (f) WERK–H2O–3, (g) WERK–H2O–4, en (h ) ACT–H2O–5.
3.4. Extractie van ruw extract
Onder optimale extractieomstandigheden werd de IL-ATPS gebruikt om de extractie van ruw extract te onderzoeken. Zoals weergegeven in tabel 1, kan IL-ATPS ACT . effectief extraheren(Acteoside)van ruw extract vanCistanchetubulosanaar de IL-rijke fase, en IL-ATPS heeft bijna geen verandering in de extractieprestaties van ACT(Acteoside)van het ruwe extract vergeleken met de extractieprestaties van de standaardoplossing. Daarom kan deze methode ACT . effectief extraheren(Acteoside)uit het ruwe extract vanCistanchetubulosa, die in de toekomst een referentie kan bieden voor de extractie van bioactieve bestanddelen.
3.5. Scheiding van ACT van IL-rijke fase
Oplosmiddelextractie- en adsorptiemethoden voor het terugwinnen van ACT(Acteoside)en het hergebruik van IL worden in deze sectie onderzocht. Ten eerste werden organische oplosmiddelen overwogen voor terugextractie, zoals n-butanol (NBA), ethylacetaat (EA), isopentenyl (IPA) en chloroform (CR). De terugwinningsefficiëntie van organische extractiemiddelen was echter laag, zoals weergegeven in Fig. 7. Bovendien werd een groot aantal vluchtige organische extractiemiddelen gebruikt voor terugextractie, wat de ''groene'' eigenschap van het scheidingsproces zal beïnvloeden.
Voor de scheiding van de ACT . is gekozen voor de adsorptiemethode(Acteoside)uit de IL-rijke fase, zoals geordende mesoporeuze koolstof (CMK-3), grafeen (GR) en enkelwandige koolstofnanobuisjes (SWCNT). De IL-rijke fase na IL-ATPS-extractie werd 10 keer verdund met gedeïoniseerd water. De terugwinningsefficiëntie van de bovengenoemde drie adsorbentia werd als volgt vergeleken voor ACT onder dezelfde adsorptie-omstandigheden: vast-vloeistofverhouding van 1:1 (mg/ml), 303 K en 12 uur.
Zoals getoond in Fig. 7 was het herstel van SWCNT beter dan dat van CMK-3 en GR. Bovendien is de desorptie-efficiëntie van ACT(Acteoside)kan 95,3 procent bereiken met methanol, azijnzuur en ultrazuiver water met een volumeverhouding van 1: 1: 8 bij 318 K. Daarom kan SWCNT worden gebruikt voor het herstel van ACT uit de IL-rijke fase.
Fig. 7. Het effect van type met verschillende extractiemiddelen en adsorbentia voor de scheiding van ACT(Acteoside)uit de IL-rijke fase.
4. Conclusies
In deze studie is een eenvoudige en efficiënte methode gebaseerd op IL-ATPS voor de extractie van ACT(Acteoside)uit de ruwe extracten vanCistanche tubulosasuccesvol is ontwikkeld. De optimale IL-ATPS bleek [C4mim]BF4-(NH4)2SO4 te zijn, en de optimale extractieomstandigheden waren een extractietemperatuur van 278 K, een IL-concentratie van 50 gew.%, een monsteroplossingconcentratie van 2,5 mg/ml, een zoutconcentratie van 11,11 gew.%, een pH van 6,0 en een extractie-evenwichtstijd van 130 min. Onder de optimale extractieomstandigheden, de extractie-efficiëntie, partitiecoëfficiënt en selectiviteit van ACT(Acteoside)bleken respectievelijk 99,78 procent ± 0,84 procent, 33,82 ± 1,82 en 230,51 ± 8,26 te zijn. Concluderend biedt het [C4mim]BF4-(NH4)2SO4-systeem een eenvoudige en efficiënte methode voor de zeer selectieve scheiding van ACT uit de ruwe extracten vanCistanchetubulosa. Het zure zout (NH4)2SO4 zorgt voor een zwak zure micro-omgeving om de stabiliteit van ACT te garanderen(Acteoside)in de [C4mim]BF4-rijke fase. Bovendien is de hoge polariteit van [C4mim]BF4 met multi-waterstofbindingsreceptoren bevorderlijk voor het extraheren van ACT in de [C4mim]BF4-rijke fase. Ten slotte werd aangetoond dat de ACT- en [C4mim]BF4-interacties waterstofbinding, van der Waals-krachten en pp-stapeling omvatten. Deze studie biedt inzichten voor toekomstig onderzoek naar de zeer selectieve scheiding van fenolische verbindingen van natuurlijke planten.
CrediT auteursbijdrage verklaring
Helin Xu: Conceptualisering, Methodologie, Onderzoek, Datacuratie, Schrijven - origineel concept, Schrijven - review & redactie. Xue qin Li: Conceptualisering, Projectadministratie, Schrijven - review & redactie, Supervisie. Yanyan Hao: gegevensbeheer, schrijven, recensie en bewerken. Xiaobin Zhao: bronnen, formele analyse. YunCheng: bronnen, formele analyse. Jinli Zhang: Projectadministratie, Schrijven - review & redactie.
Verklaring van concurrerend belang
De auteurs verklaren dat ze geen bekende concurrerende financiële belangen of persoonlijke relaties hebben die van invloed zouden kunnen zijn op het werk dat in dit artikel wordt gerapporteerd.
Dankbetuigingen
Dit werk werd ondersteund door de Regional Science Found van de National Natural Science Foundation of China [subsidienummer 22068032]; National Natural Science Foundation for Young Scientists of China [subsidienummer 21706166]; Programma voor leiders op het gebied van wetenschappelijke en technologische innovatie van jonge en middelbare leeftijd in Bingtuan [subsidienummer 2019CB024]; het programma voor jonge innovatieve talenten van Shihezi University [subsidienummer CXRC201802] en het Major Science and Technology Project van Xinjiang Bingtuan [subsidienummer 2017AA007/01]. We willen het analyse- en testcentrum van de Shihezi University bedanken voor de microscopie en microanalyse van onze monsters.
anthocyanine
Referenties
[1] X. Wang, X. Wang, Y. Guo, Snel gelijktijdige bepaling van zes effectieve componenten inCistanchetubulosadoor nabij-infraroodspectroscopie, Molecules 22 (2017) 843, https://doi.org/10.3390/molecules22050843.
[2] Y. Yan, Q. Song, X. Chen, J. Li, P. Li, Y. Wang, T. Liu, Y. Song, P. Tu, Gelijktijdige bepaling van componenten met brede polariteit en inhoudsbereiken inCistanchetubulosamet behulp van serieel gekoppelde omgekeerde fase-hydrofiele interactiechromatografie-tandem massaspectrometrie, J. Chromatogr. 1501 (2017) 39-50
[3] W. Zhang, J. Huang, W. Wang, Q. Li, Y. Chen, W. Feng, D. Zheng, T. Zhao, G. Mao, L. Yang, X. Wu, Extractie, zuivering , karakterisering en antioxiderende activiteiten van polysachariden uitCistanchetubulosa, Int. J. Biol. Macromol. 93 (2016) 448-458,
[4] Y. Song, Q. Song, J. Li, N. Zhang, Y. Zhao, X. Liu, Y. Jiang, P. Tu, een geïntegreerde strategie om chemoom kwantitatief te differentiëren tussen Cistanche deserticola en C. tubulosa met behulp van high-performance vloeistofchromatografie-hybride triple quadrupool-lineaire ion trap massaspectrometrie, J. Chromatogr. 1429 (2016) 238-247
[5] W. Pei, R. Guo, J. Zhang, X. Li, extractie van fenylethanoïde glycosiden uitCistanche tubulosadoor homogenisatie-extractie met hoge snelheid, J. AOAC Int. 102 (2019) 63-68
[6] H. Xu, W. Pei, X. Li, J. Zhang, Zeer efficiënte adsorptie van fenylethanoïde glycosiden op mesoporeuze koolstof, Front. Chem. 7 (2019)
[7] PL Liao, CH Li, LS Tse, JJ Kang, YW Cheng, Veiligheidsbeoordeling van deCistanchetubulosagezondheidsvoedingsproduct onthouden: genotoxiciteit en 28-dag toxiciteitstest bij herhaalde toediening, Food Chem. Toxicol. 118 (2018) 581-588
[8] YJ Shiao, MH Su, HC Lin, CR Wu, Echinacoside verbetert de geheugenstoornis en het cholinerge tekort veroorzaakt door amyloïde-bèta-peptiden via de remming van amyloïde-afzetting en toxicologie, Food Funct. 8 (2017) 2283– 2294
[9] H. Shimada, Y. Urabe, Y. Okamoto, Z. Li, A. Kawase, T. Morikawa, P. Tu, O. Muraoka, M. Iwaki, Hoofdbestanddelen vanCistanchetubulosa, echinacoside enacteoside, remt natriumafhankelijke glucose-cotransporter 1-gemedieerde glucoseopname door darmepitheelcellen, J. Funct. Voedsel 39 (2017) 91-95
[10] W. Li, R. Deng, X. Jing, J. Chen, D. Yang, J. Shen,Acteosideverbetert experimentele auto-immuun encefalomyelitis door remming van peroxynitriet-gemedieerde mitofagie-activering, vrije radicalen Biol. Med. 146 (2020) 79-91,
[11] A. He, B. Dong, X. Feng, S. Yao, Extractie van bioactieve ginseng-saponinen met behulp van waterige tweefasensystemen van ionische vloeistoffen en zouten, Sep. Purif. technologie. 196 (2018) 270-280
[12] E. Suarez Garcia, CA Suarez Ruiz, T. Tilaye, MHM Eppink, RH Wijffels, C. van den Berg, Fractionering van eiwitten en koolhydraten uit ruwe microalgenextracten met behulp van een op ionische vloeistof gebaseerd waterig tweefasensysteem, sep Purif. technologie. 204 (2018) 56-65,
[13] L. Wang, W. Li, Y. Liu, W. Zhi, J. Han, Y. Wang, L. Ni, Groene scheiding van bromelaïne in voedselmonster met hoge retentie van enzymactiviteit met behulp van een recyclebare waterige twee- fasesysteem dat een nieuw gesynthetiseerd thermoresponsief copolymeer en zout bevat, Food Chem. 282 (2019) 48-57
[14] A. Tighrine, Y. Amir, P. Alfaro, M. Mamou, C. Nerín, Gelijktijdige extractie en analyse van conserveermiddelen en kunstmatige zoetstoffen in sappen door vloeistof-vloeistofextractiemethode uit te zouten voorafgaand aan ultrahoge prestatievloeistofchromatografie , Voedselchem. 277 (2019) 586-594
[15] H. Shaker Shiran, M. Baghbanbashi, F. Ghazizadeh Ahsaie, G. Pazuki, Studie van curcumine-partitionering in polymeer-zout waterige tweefasensystemen, J. Mol. lik. 303 (2020) 112629
[16] X. Wu, R. Li, Y. Zhao, Y. Liu, Scheiding van polysachariden van Spirulina platensis door HSCCC met ethanol-ammoniumsulfaat ATPS en hun antioxiderende activiteiten, Carbohydr. Polym. 173 (2017) 465-472
[17] VP Priyanka, RL Gardas, op mono- en dicationische ionische vloeistoffen gebaseerde waterige bifasische systemen voor de extractie van diclofenac-natrium, Sep. Purif. technologie. 234 (2020) 116048
[18] J. Flieger, A. Czajkowska-Zelazko, Waterig tweefasensysteem op basis van ionische vloeistof voor isolatie van kinine uit menselijk plasmamonster, Food Chem. 166 (2015) 150-157
[19] X. Zhang, G. Teng, J. Zhang, Ethanol/zout waterig tweefasensysteem op basis van ultrasoon geassisteerde extractie van polysachariden uit Lilium David Ivar. unicolor Salisb: fysisch-chemische karakterisering en antiglycatie-eigenschappen, J. Mol. lik. 256 (2018) 497-506,
[20] Q. Liu, X. Chen, Y. Guo, C. Han, J. Li, L. Jia, J. Liu, X. Wei, Thermodynamische studie van de waterige tweefasensystemen van 1- butyl-3-methylimidazoliumtetrafluorboraat en natriumdodecylbenzeensulfonaat, J. Mol. lik. 279 (2019) 18-22,
[21] DCV Belchior, MV Quental, MM Pereira, CMN Mendonça, IF Duarte, MG Freire, Prestaties van op tetra-alkylammonium gebaseerde ionische vloeistoffen als bestanddelen van waterige bifasische systemen bij de extractie van ovalbumine en lysozyme, Sep. Purif. technologie. 233 (2020)
[22] CA Suarez Ruiz, J. Kwaijtaal, OC Peinado, C. van den Berg, RH Wijffels, MHM Eppink, Multistep fractionering van microalgenbiomoleculen met behulp van selectieve waterige tweefasensystemen, ACS Sustainable, Chem. Ing. 8 (2020) 2441– 2452,
[23] AW Vieira, G. Molina, AB Mageste, GD Rodrigues, LR de Lemos, Partitionering van salicyl- en acetylsalicylzuren door waterige tweefasensystemen: mechanismeaspecten en optimalisatiestudie, J. Mol. lik. 296 (2019) 111775
[24] L. Ran, C. Yang, M. Xu, Z. Yi, D. Ren, L. Yi, Verbeterde waterige tweefasenextractie van proanthocyanidinen uit druivenpitten door ionische vloeistoffen als hulpstoffen te gebruiken, Sep. Purif. technologie. 226 (2019) 154-161
[25] LA Mejía-Manzano, BA Barba-Dávila, P. Vázquez-Villegas, SO SernaSaldívar, J. González-Valdez, Verbeterde extractie van de natuurlijke antikankerverwekkende pristimerine uit Mortonia greggii-wortelschors met behulp van groene oplosmiddelen en waterige tweefasensystemen, sep. Purif. technologie. 211 (2019) 667-672
