白腐菌改性连翘残渣吸附剂的制备、表征以及富集连翘酯苷和连翘脂素的应用研究

摘要

本文利用废弃的天然木质纤维素材料—连翘残渣(FFR)作为原材料，对其进行白腐菌发酵改性处理，制备成一种廉价、安全和有效的新型吸附剂(WMFFR)。采用多种分析方法研究了WMFFR的比表面积、孔容、孔径、表面官能团、显微形态、粒径分布、表面电位等理化性质及结构特征，同时考察了WMFFR在富集连翘提取物中两种特征性酚类化合物—连翘酯苷和连翘脂素的潜在用途。通过吸附动力学模型、吸附等温曲线以及吸附热力学参数的研究，阐明了WMFFR这种新型吸附材料对目标化合物的吸附机制。最终通过在WMFFR柱色谱上进行的动态吸附和洗脱实验，实现了从连翘提取物中富集连翘酯苷和连翘脂素的目的。本论文的主要研究内容及结果如下:
　　1.建立了检测连翘中连翘酯苷和连翘脂素的HPLC分析方法。
　　检测仪器:Agilent1100高效液相色谱仪;色谱柱:Kinetex PFP100A反相色谱柱(100 mm×4.6 mm.i.d.，2.6μm);流动相:甲醇(A)-0.1％甲酸水溶液(B);洗脱梯度:0-10 min20-35％(A),10-20 min35％(A),20-25 min35-40％(A).,25-40 min40-65％(A);流速:1 mL·min-1;柱温:25℃;进样量:10μL;检测波长:270nm。本方法重复性好、准确度高、稳定性强，适用于连翘中连翘酯苷和连翘脂素的分析检测。
　　2.优化白腐菌改性连翘残渣吸附剂(WMFFR)的制备过程。以所制备的吸附材料对目标化合物的吸附和解吸附能力为考察指标，优化了发酵改性过程中的三个主要影响因素（白腐菌种类、发酵温度和发酵时间）。最终得到最佳发酵改性条件如下:
　　白腐菌种类:Echinodontium taxodii2538
　　发酵温度:28℃
　　发酵时间:20 day
　　在上述最佳条件下制备得到的WMFFR对连翘酯苷和连翘脂素的吸附量较未改性的连翘残渣(FFR)分别增加了176.23％和189.99％，解吸量也分别相应增加了188.32％和132.22％。此外，WMFFR对这两种目标化合物的吸附能力和D101大孔吸附树脂相当，但WMFFR对目标化合物的解吸能力要优于D101大孔吸附树脂。
　　3.WMFFR和FFR理化性质和结构特征的比较。WMFFR的比表面积(SBET)，孔容(Vt)和孔径(Dp)的大小分别为31.32 m2·g-1，0.285 m3·g-1和26.40 nm，所有这些值都明显高于未改性的FFR所对应的值(8.82 m2·g-1，0.018 m3·g-1和8.16 nm)。扫描电镜结果显示WMFFR的整体结构较FFR更为疏松，同时表面具有更多的孔隙。红外图谱分析结果表明WMFFR表面具有更多的羰基官能团。WMFFR在水溶液中的粒径分布在32.33-33.04μm之间以及它的表面电位值为-36.26 mV，表明WMFFR在水溶液中分散均一性好，颗粒之间相对稳定，不会聚集成团。
　　4.WMFFR对连翘提取物中连翘酯苷和连翘脂素的富集。从吸附动力学，吸附等温模型和吸附热力学角度，阐明了WMFFR这一新型吸附剂对目标成分的吸附机制。吸附过程符合二级动力学模型和内扩散模型，吸附过程同时符合Langmuir和Freundlich吸附等温模型，WMFFR在对连翘酯苷和连翘脂素的吸附过程中吉布斯自由能变化(△G°)均为负值，焓变(△H°)分别为-40.50 kJ·mol-1和-36.02 kJ·mol-1，熵变(△S°)分别为55.01 J·mol-1·K-1和46.03 J·mol-1·K-1，由此判断WMFFR对目标化合物的吸附为自发、放热的物理吸附过程。最后由WMFFR填充制备成柱色谱，进行系统的动态吸附和洗脱实验，确定了富集分离这两种目标化合物的最佳操作条件:
　　上样浓度:连翘酯苷1.648 mg·mL-1，连翘脂素0.424 mg·mL-1
　　样品溶液pH值:4.5
　　上样体积:6BV
　　梯度洗脱程序:10％乙醇溶液2 BV，60％乙醇溶液4 BV
　　上样和洗脱流速:1 mL·min-1
　　在上述优化条件下，经过一次WMFFR柱色谱的富集处理，连翘酯苷的含量从最初的4.12％增加到富集后的23.91％，提高了5.80倍;连翘脂素的含量从最初的1.06％增加到富集后的7.44％，提高了7.02倍;连翘酯苷和连翘脂素的回收率分别为67.41％和81.52％。本研究结果表明，WMFFR作为一种廉价、安全和有效的吸附材料能够实现对连翘粗提物中连翘酯苷和连翘脂素这两种活性成分的有效富集。

目录

摘要

1 绪论

1．1 连翘的研究现状

1．2 连翘酯苷和连翘脂素的药理作用

1．3 吸附富集技术的研究进展

1．3．1 活性炭和矿物质吸附剂

1．3．2 大孔吸附树脂

1．3．3 天然高分子吸附材料

1．4 木质纤维素基吸附材料的研究进展

1．4．1 木质纤维素材料的结构和特征

1．4．2 木质纤维素材料的物理改性

1．4．3 木质纤维素材料的化学改性

1．4．4 木质纤维素材料的生物改性

1．5 本研究的目的和意义

2 连翘中连翘酯苷和连翘脂素分析方法的建立

2．1 实验部分

2．1．1 实验材料、仪器与试剂

2．1．2 标准品溶液的配制

2，1．3 样品溶液的制备

2．1．4 高效液相色谱条件

2．1．5 方法学的考察

2．2 结果与讨论

2．2．1 色谱条件的优化

2．2．2 方法学的验证

2．2．3 样品溶液的测定

2．3 本章小结

3 白腐菌改性连翘残渣吸附剂(WMFFR)的制备研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验材料、仪器与试剂

3．1．2 样品溶液的制备

3．1．3 连翘残渣吸附剂(FFR)的制备

3．1．4 白腐菌改性连翘残渣吸附剂(WMFFR)的制备

3．1．5 D101大孔吸附树脂的预处理

3．1．6 不同吸附剂对连翘酯苷和连翘脂素吸附和解吸附能力测试

3．1．7 HPLC分析方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 WMFFR制备条件的优化

3．2．2 不同吸附剂对连翘酯苷和连翘脂素吸附和解吸附能力比较

3．3 本章小结

4 WMFFR和FFR理化性质及结构特征的比较研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验材料、仪器与试剂

4．1．2 FFR和WMFFR的制备

4．1．3 比表面积、孔容及孔径的检测方法

4．1．4 扫描电子显微镜(SEM)观察

4．1．5 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析

4．1．6 粒径分布和表面电位分析

4．2 结果与讨论

4．2．1 生物改性前后材料的比表面积、孔容及孔径的变化

4．2．2 生物改性前后材料的SEM的变化

4．2．3 生物改性前后材料的FT-IR的变化

4．2．4 粒径分布和表面电位结果

4．3 本章小结

5 WMFFR富集连翘酯苷和连翘脂素的研究

5．1 实验部分

5．1．1 实验材料与仪器

5．1．2 样品溶液的制备

5．1．3 HPLC分析方法

5．1．4 样品溶液pH值对目标化合物吸附能力测试

5．1．5 吸附动力学实验

5．1．6 吸附等温模型实验

5．1．7 吸附热力学实验

5．1．8 柱色谱分离富集实验

5．2 结果与讨论

5．2．1 样品溶液pH值对目标化合物吸附能力的影响

5．2．2 吸附动力学曲线

5．2．3 吸附等温曲线

5．2．4 吸附热力学参数

5．2．5 柱色谱分离富集效果

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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