桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒及其制备方法和应用 |
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| 申请号 | CN202311416069.8 | 申请日 | 2023-10-30 | 公开(公告)号 | CN117732439A | 公开(公告)日 | 2024-03-22 |
| 申请人 | 南京林业大学; | 发明人 | 李婷婷; 王磊; 段一凡; 吴彩娥; 范龚健; 李晓静; 周丹丹; | ||||
| 摘要 | 桂花多酚靶向 吸附 磁性 纳米颗粒及其制备方法和应用，步骤包括磨粉、醇提、超声、改性桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒的制备和磁性固相提取。本 发明 改进了磁性纳米颗粒的修饰成分及制备过程，同时引进了 超 声波 提取作为磁性吸附纳米颗粒进行靶向精准萃取的预处理过程，可以使整个吸附过程更加快速高效准确。本所制备的磁性固相吸附纳米颗粒由功能性成分修饰所得，具有 接触 面积大，表面活性位点多，针对 植物 原料中含量较低的多酚，可以进行特异性靶向结合吸附进而实现多酚富集等的特点，具有更大的吸附容量与吸附效率，且解析方便，材料可以反复使用，具有良好的推广性和应用价值。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）磨粉：将桂花干燥样品通过磨样机磨碎后过60目筛；（2）醇提：将桂花样品与低碳醇溶液混合，置于水浴锅中进行50‑80℃处理30‑60min，低碳醇的体积用量是桂花样品质量的30‑50倍，单位L/kg；（3）超声：将水浴后的样品在超声波条件下处理后过滤，得滤液；（4）改性桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒的制备：取Fe3O4纳米颗粒置于离心管中，在震荡状态下依次加入单宁酸水溶液、去离子水、聚乙烯聚吡咯烷酮溶液、聚丙烯酰胺溶液、交联剂、引发剂、乳化剂，充分混合均匀后，室温下摇床震荡反应0.5‑2h；反应结束后，去除上清液，用无水乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥可得磁性纳米颗粒；（5）磁性固相提取：取制备的磁性纳米颗粒置于步骤（3）所得滤液中吸附15‑30min进行精准萃取。 |
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| 说明书全文 | 桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒及其制备方法和应用技术领域[0001] 本发明属于天然产物分离领域，涉及一种桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒及其制备方法和应用。 背景技术[0002] 桂花中主要富含黄酮类、多酚类、多糖类、可溶性蛋白类、多肽类等生物活性成分，其中多酚类化合物是桂花中主要的功能成分，具有降血糖、降血脂、抗氧化、抗衰老、抑菌抗炎等多种活性功效。桂花多酚类化合物主要包括绿原酸、咖啡酸、毛蕊花糖苷、柚皮苷、芦丁、阿魏酸、槲皮素等。不同的多酚类化合物具有不同或不同程度的生物活性与保健作用，例如：桂花中的绿原酸、咖啡酸、柚皮苷和槲皮素具有显著地抗菌作用，绿原酸、芦丁、阿魏酸和槲皮素可以增加相应酶的活性与含量达到抗氧化的效果，而毛蕊花糖苷和槲皮素还可以分别达到降血脂和降血糖的作用。 [0003] CN103223018A公开了一种从桂花中提取多酚类化合物的方法及其应用，具体就是将桂花与提取剂水溶液混合后进行微波提取，反复重复上述提取后再将所得滤液合并后进行干燥处理，得到桂花的多酚提取物。 [0004] CN112535650A公开了一种从桂花果皮中提取多酚类物质的方法及应用，具体而言，该制备方法包含以下步骤：取桂花果皮，干燥，粉碎，过筛，得桂花果皮干粉，微波辅助乙醇水溶液提取，得到桂花果皮多酚提取物。制得的桂花果皮多酚提取物可用于制备酪氨酸酶抑制剂，用于具有抗老年斑和美白活性的化妆品、食品、保健品以及抑制食品褐变的保鲜剂中。 [0005] CN102206550A公开了一种酶水解技术制备桂花浸膏和桂花总黄酮的方法，该方法包括如下步骤：真空干燥、粉碎处理、用真空干燥冷收集的冷凝水配制成的β‑D‑葡萄糖苷酶溶液进行固态酶水解、石油醚提取桂花浸膏、超声波辅助提取桂花总黄酮粗品、桂花总黄酮的精制。采用该方法制备的桂花浸膏，其产品得率≥7％(按干桂花计)，浸膏中净油含量≥90％，桂花总黄酮粗提物的产品得率提高10％以上，总黄酮含量提高至80％以上，有效提高了产品价值和产品应用范围。 [0006] CN116286195A公开了一种桂花精油连续提取方法，主要步骤为：(1)采用连续吸附装置将新鲜桂花中的精油和水蒸气转移至吸附炭中；然后将新鲜桂花原料与二氧化碳气体从入料接管处匀速送到走料管内，控制走料管内的压力为0.3～0.6个大气压，启动抽气泵和减速电机；根据吸附棒的出料速度连续填装新的吸附棒；(2)将吸附后的吸附棒投入超临界二氧化碳萃取釜内，获得桂花精油与水的混合物；(3)采用高速分离机对混合物进行分离，得到桂花精油。本发明具有能够连续实现桂花精油的提取等优点。 [0007] 现代工业中对于桂花提取物的研究大多集中在对于桂花精油和黄酮的提取和制备中，因为其含量较多，易于获取制备，但是对于桂花中的多酚类化合物的研究还并不多见，没有达到充分利用。 [0008] 然而，目前现有的技术中对于桂花多酚的提取主要集中在传统的有机溶剂提取、超声波辅助提取和酶辅助提取等方面，虽然超声波辅助提取与酶辅助提取在很大程度上避免了有机溶剂在提取过程中可能造成的污染，但是每种方法都有其不可避免的缺陷。超声波提取目前仅适用于实验室小规模操作，超声过程中也会造成许多的能量损失；对于酶辅助提取来说则是其本身存在很大的限制性，酶本身也对反应条件要求很高等。在目前的情况下，开发一种高效、安全、绿色环保的桂花多酚的提取技术正是在桂花的工业化生产应用中需要的。CN201810674418公布了一种绿茶多酚的磁性固相萃取技术，但是在提取过程中需要加入相比于绿茶多酚量3～15倍的提取剂，所耗的萃取剂量较大，同时其主要针对将纯度为74％绿茶多酚溶液纯度提升至91％，对于产业中需要解决从原料中直接高效提取的问题不太合适。 发明内容[0009] 解决的技术问题：克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种溶剂用量少，提取效率高，生产周期短，工艺连贯、简单，可操作性强，生产成低，安全环保无污染，可复用且适合工业化生产的桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒及其制备方法和应用。 [0010] 技术方案：一种桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：(1)磨粉：将桂花干燥样品通过磨样机磨碎后过60目筛；(2)醇提：将桂花样品与低碳醇溶液混合，置于水浴锅中进行50‑80℃处理30‑60min，低碳醇的体积用量是桂花样品质量的30‑50倍，单位L/kg；(3)超声：将水浴后的样品在超声波条件下处理后过滤，得滤液；(4)改性桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒的制备：取Fe3O4纳米颗粒置于离心管中，在震荡状态下依次加入单宁酸水溶液、去离子水、聚乙烯聚吡咯烷酮溶液、聚丙烯酰胺溶液、交联剂、引发剂、乳化剂，充分混合均匀后，室温下摇床震荡反应0.5‑2h；反应结束后，去除上清液，用无水乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥可得磁性纳米颗粒；(5)磁性固相提取：取制备的磁性纳米颗粒置于步骤(3)所得滤液中吸附15‑30min进行精准萃取。 [0011] 优选的，步骤(2)中所述低碳醇选自甲醇、乙醇、丙醇中的至少一种。 [0013] 优选的，步骤(4)中所述单宁酸水溶液的用量为：质量分数1％‑5％的单宁酸水溶液50‑300μL。所述去离子水用量为1‑10mL。所述聚乙烯聚吡咯烷酮和聚丙烯酰胺的用量为：质量分数0.10％‑0.40％的聚乙烯聚吡咯烷酮溶液50‑500μL、质量分数0.10％‑0.30％聚丙烯酰胺溶液400‑1000μL。所述交联剂为二甲基乙二醇丙烯酸酯、引发剂为2’‑2‑偶氮二异丁腈、乳化剂为十二烷基硫酸钠。所述各试剂用量分别为：2’‑2‑偶氮二异丁腈1‑100mg、二甲基乙二醇丙烯酸酯10‑200μL、质量分数1％‑15％的十二烷基苯磺酸钠10‑300μL。 [0014] 上述制备方法制得的桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒。 [0015] 上述桂花多酚靶向吸附磁性纳米颗粒在提取桂花多酚中的应用。 [0016] 有益效果：本发明改进了磁性纳米颗粒的修饰成分及制备过程，同时引进了超声波提取作为磁性吸附纳米颗粒进行靶向精准萃取的预处理过程，可以使整个吸附过程更加快速高效准确。另外与诸多传统的提取方法相比，磁性固相吸附最主要的特点就是吸附纳米颗粒具有磁性，能够在只使用外磁场的条件下便轻松地将吸附纳米颗粒与吸附溶液分离开来。本发明最为显著的一点就是所制备的磁性固相吸附纳米颗粒由功能性成分修饰所得，具有接触面积大，表面活性位点多，针对植物原料中含量较低的多酚，可以进行特异性靶向结合吸附进而实现多酚富集等的特点，具有更大的吸附容量与吸附效率，且解析方便，材料可以反复使用，具有良好的推广性和应用价值。附图说明 [0017] 图1为实施例1所制备的靶向吸附磁性纳米颗粒的TEM图。 [0018] 图2为实施例1‑实施例4所制备的靶向吸附磁性纳米颗粒对桂花多酚的平均吸附率。 [0019] 图3为Fe3O4纳米颗粒粒径对所制备靶向吸附磁性纳米颗粒吸附性能的影响。 [0020] 图4为聚丙烯酰胺浓度对所制备靶向吸附磁性纳米颗粒吸附性能的影响。 [0021] 图5为反应时间对靶向吸附磁性纳米颗粒吸附桂花多酚的影响。 具体实施方式[0022] 下面将结合具体实施方式进一步说明本发明，但本发明要求保护的范围并不局限于下列实施例。 [0023] 实施例1 [0024] 取50mg Fe3O4纳米颗粒置于10mL离心管中，在震荡状态下加入30μL单宁酸水溶液，充分震荡60s使其分散均匀。然后在震荡状态下依次加入4mL去离子水、200μL质量分数为0.20％的聚乙烯聚吡咯烷酮溶液、500μL质量分数为0.15％的聚丙烯酰胺溶液、20μL二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液、20mg 2’‑2‑偶氮二异丁腈、100μL十二烷基硫酸钠，在样品溶液充分混合均匀后，室温下摇床震荡反应0.5‑1h。反应结束后，去除上清液，用无水乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥可得功能化微球。 [0025] 实施例2 [0026] 取50mg Fe3O4纳米颗粒置于10mL离心管中，在震荡状态下加入30μL单宁酸水溶液，充分震荡60s使其分散均匀。然后在震荡状态下依次加入4mL去离子水、200μL质量分数为0.20％聚乙烯聚吡咯烷酮溶液、250μL质量分数为0.15％的聚丙烯酰胺溶液、20μL二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液、20mg 2’‑2‑偶氮二异丁腈、100μL十二烷基硫酸钠，在样品溶液充分混合均匀后，室温下摇床震荡反应0.5‑1h。反应结束后，去除上清液，用无水乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥可得功能化微球。 [0027] 实施例3 [0028] 取50mg Fe3O4纳米颗粒置于10mL离心管中，在震荡状态下加入15μL单宁酸水溶液，充分震荡60s使其分散均匀。然后在震荡状态下依次加入4mL去离子水、200μL质量分数为0.20％聚乙烯聚吡咯烷酮溶液、500μL质量分数为0.15％的聚丙烯酰胺溶液、20μL二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液、20mg 2’‑2‑偶氮二异丁腈、100μL十二烷基硫酸钠，在样品溶液充分混合均匀后，室温下摇床震荡反应0.5‑1h。反应结束后，去除上清液，用无水乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥可得功能化微球。 [0029] 表1靶向吸附磁性纳米颗粒与别种提取方式的提取效率对照表 [0030] [0031] 表1所示的几种植物多酚的提取方式中既有传统溶剂提取方式，也有新兴的深共熔溶剂与磁性固相萃取方式，但是相比于实施例3所制备的靶向吸附磁性纳米颗粒却各有劣势。传统溶剂法提取多酚效率低且耗时较长，超声辅助低共熔溶剂法提取虽然提取当量较高，但是相比于本发明所使用的方法溶剂消耗量较大，提取剂制备复杂且无法高效回收使用。同时，现有的磁性固相萃取技术虽然可以较好的提取到绿茶多酚，但主要针对高纯度多酚的纯化，而非原料中的直接靶向提取，且无法做到解析后重复使用，还需有进一步的提升与改进。 [0032] 实施例4 [0033] 取50mg Fe3O4纳米颗粒置于10mL离心管中，在震荡状态下加入15μL单宁酸水溶液，充分震荡60s使其分散均匀。然后在震荡状态下依次加入4mL去离子水、200μL质量分数为0.20％聚乙烯聚吡咯烷酮溶液、250μL质量分数为0.15％的聚丙烯酰胺溶液、20μL二甲基丙烯酸乙二醇酯溶液、20mg 2’‑2‑偶氮二异丁腈、100μL十二烷基硫酸钠，在样品溶液充分混合均匀后，室温下摇床震荡反应0.5‑1h。反应结束后，去除上清液，用无水乙醇和去离子水反复洗涤，冷冻干燥可得功能化微球。 [0034] 实施例1‑实施例4所制备的靶向吸附磁性纳米颗粒对桂花多酚的平均提取率如图2所示，表明所制备的磁性颗粒具有较好的多酚吸附与富集性能。 [0035] 实施例5、实施例6与实施例1的区别在于制备靶向吸附磁性纳米颗粒所使用的Fe3O4的粒径分别为50和100nm。 [0036] 由图2可知，Fe3O4粒径的增加会使制备的靶向吸附磁性纳米颗粒的吸附比表面积降低，从而减少与溶液中桂花多酚的有效接触面积，降低其吸附率。粒径20nm以下的Fe3O4颗粒较难制备，为简便处理故选择Fe3O4粒径为20nm。 [0037] 实施例7、实施例8与实施例3的区别在于制备靶向吸附磁性纳米颗粒所使用的聚丙烯酰胺溶液的浓度分别为0.10％与0.20％。 [0038] 由图3可知，聚丙烯酰胺浓度在一定范围内增加可以提高靶向吸附磁性纳米颗粒对桂花多酚的吸附能力，但当其质量分数到达0.20％以后，吸附能力开始降低，分析可能是由于浓度过高，而是吸附纳米颗粒表面的有效吸附成分黏聚，进而降低其吸附效率，故选择聚丙烯酰胺溶液浓度为0.15％。 [0039] 实施例9、实施例10与实施例1的区别在于制备靶向吸附磁性纳米颗粒的反应时间分别为1‑2和2‑3h。 [0040] 由图4可知，反应时间延长会使结合在Fe3O4颗粒表面的聚合物分子发生不同程度的聚合与脱落，从而降低吸附纳米颗粒的吸附能力。故选择反应时间为1h。 [0041] 实施例1～10所得靶向吸附磁性纳米颗粒的FT‑IR测试数据显示在1650cm‑1左右均‑1出现了酰胺键的伸缩振动，在3300‑3500cm 的N‑H伸缩振动峰；吸附后的FT‑IR测试数据则‑1 显示在3434cm 左右均有强而宽的峰出现，这是酚羟基相关的宽带，证明有酚类化合物被微球结合吸附。 [0042] 多酚吸附能力测试：称取10g制备所得的靶向吸附磁性纳米颗粒对桂花多酚提取液进行吸附，实施例1制备的磁性吸附纳米颗粒多酚吸附能力可以达到101.85mg/g，展现了良好的多酚吸附性能，在强磁场的外加作用力下可以快速分离、方便快捷。 [0043] 本发明所使用的桂花品种为四季桂。 [0044] 本发明实施例对桂花多酚的吸附率按照福林‑酚法进行测定。吸附率与解吸附率按下列公式进行计算： [0045] [0046] [0047] 式中：A0：靶向吸附磁性纳米颗粒使用量(g)；A1：靶向吸附磁性纳米颗粒吸附的多酚含量(mg)；A2：靶向吸附磁性纳米颗粒解吸附的多酚含量。 [0048] 表2实施例1‑4制备的靶向吸附磁性纳米颗粒吸附前后多酚含量 [0049] [0050] 多酚解吸附能力测试：本发明所制备的靶向吸附磁性纳米颗粒通过70％乙醇解吸附30min，简单干燥处理即可反复使用。 [0051] 表3实施例5‑7制备的靶向吸附磁性纳米颗粒解吸附前后多酚含量 [0052] [0053] 靶向吸附磁性纳米颗粒可复用能力测试：经过试验，如表3所示，复用后的吸附纳米颗粒吸附能力并不会明显降低。 [0054] 表4实施例8‑10制备的靶向吸附磁性纳米颗粒超声处理对照试验 [0055] [0056] 表5靶向吸附磁性纳米颗粒可复用性测试 [0057] |
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