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荷花花色苷的分离、纯化及鉴定

2020-07-17蔡为荣闻志莹

安徽工程大学学报 2020年3期
关键词:大孔乙酸乙酯花色

许 永,蔡为荣,闻志莹,祝 晗

(安徽工程大学 生物与化学工程学院,安徽 芜湖 241000)

荷花(Nelumbo Nucifera)是药食同源植物,其性温和,味微苦,可以活血止血、祛湿消风寒、清热凉血、美容、解暑等,且能治疗疱疮、湿疹、跌打损伤、出血等症。荷花原产于中国,至今已有3000多年,资源丰富。目前,已有学者[1-3]研究了荷花中黄酮类、荷花碱、挥发性油等一些活性物质,但相关文献较少,鲜有见到这些活性物质的开发和利用,关于荷花的产品也仅仅只有荷花酒、荷花茶[4]等,其营养价值并没有得到充分利用。

花青素是一种重要的天然水溶性黄酮类色素,广泛分布于各种植物中,使得不同植物的根、茎、叶、花、果实和种子等具有不同的紫色和蓝色[5]。花色苷具有独特的生物活性,包括抗氧化、抗肿瘤和抗炎活性[6]等,这种化合物在许多研究中都引起了人们的广泛关注[7-8]。然而,尽管它们在自然界中具有多样性和广泛分布性,但在市场上能买到的花色苷数量有限,而且价格昂贵。据文献[9]报道,荷花中含有多种花色苷,但是目前,还没有文献对荷花中花色苷的制备进行研究。

一般来说,花青素的制备生产需要3个主要步骤,即提取、纯化和分离。大孔吸附树脂作为一种低成本、易获得的分离材料,已被广泛应用于多种植物花色苷的纯化。然而,只使用大孔树脂纯化,不能制备出高纯度的花色苷,还需要继续结合其他的分离纯化方法。而高速逆流色谱(HSCCC)作为一种新兴的分离技术,具有操作简便、制备量大、无不可逆吸附等特点,被广泛用于花色苷色素类的分离。

研究拟利用AB-8大孔树脂、聚酰胺柱层析、高速逆流色谱等技术手段对荷花色苷进行分离和纯化,旨在AB-8大孔树脂和聚酰胺纯化的基础上,再利用高速逆流色谱技术进一步探讨荷花花色苷分离纯化工艺,以期对花色苷进行有效分离,提高其纯度,并通过液相色谱-质谱联用法(LC-MS)对花色苷鉴定。这不仅能为扩大荷花花色苷应用范围提供技术参考,同时也有助于今后进一步对荷花花色苷单体进行分离研究。

物流企业按照不同的作业划分为:运输中心、仓储中心、包装中心、配送中心及物流信息中心。现以包装作业中心发生的人力费用为例,包装作业中耗费的资源包括人力费用、折旧费、维修费、水电费、物料费等。对水费来说资源动因是水的吨位数,包装中心的成本动因是人工工时。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

(3)花色苷的质量浓度和纯度的测定。采用pH示差法,参考Denev P[10]等的方法略作改动。称取质量m(mg)花色苷粉末用蒸馏水溶解,定容到体积V(mL),然后取1 mL用pH为1.0的氯化钾缓冲液稀释至10 mL,另取1 mL用pH为4.5的乙酸钠缓冲液稀释至10 mL,分别在520 nm下和700 nm下测吸光值。花色苷质量浓度c(g/L)和纯度α按式(1)、式(2)计算。

1.2 试验设备

HH-6恒温水浴锅(国华电器有限公司);RE-85Z旋转蒸发仪(上海青浦沪西仪器厂);SHB循环真空泵(郑州市上街华科仪器厂);UVmini-1280紫外可见分光光度计(日本岛津公司);DHL电脑数显恒流泵、冷冻干燥机(美国SIM公司);高速逆流色谱仪(上海同田生物技术有限公司);Agilent 1100高效液相色谱、Agilent 1290高效液相色谱-G6545四级杆飞行时间质谱联用仪(美国Agilent公司)。

1.3 方法

所渭摘录词句的习惯就是说在读书过程中,随时记录自己喜欢的名言警句以及优美词句、精彩片段;所谓圈圈点点的习惯是指小学生在读书的过程中,积极思考,用笔在书上圈画批注,圈记读书过程中的生字生词,记下自己读某段时的观点和想法;所谓写读后感的习惯是指读一篇文章或一本书以后,把自己心中的感悟写出来。这一点很重要,读后感写多了写作素材的积累也就越来越多,自己写文章时就可以信手拈来。只要学生在读书后心有感悟,写成片段或者整篇都行,学生在写读书体会时必然经过思考,细心揣摩自己的感悟与作者要表达的感情,这样边想边写,不但增长了知识,而且积累了深厚的语言功底,从而能够提高写作能力。

式中,A=(ApH 1-ApH 4.5)520 nm-(ApH 1-ApH 4.5)700 nm;484.82是矢车菊-3-葡萄糖苷氯化物的相对分子量;24 825是矢车菊-3-葡萄糖苷氯化物在pH为1.0的缓冲液中520 nm下的摩尔吸光系数;V是花色苷溶液体积;DF为稀释倍数。

材料:干荷花(山东济宁)。试剂:聚酰胺(100~200目);AB-8大孔树脂;无水乙醇(AR);盐酸(AR);氯化钾(AR);冰醋酸(AR);醋酸钠(AR);甲醇(AR);乙酸乙酯(AR);甲基叔丁基醚(AR);正丁醇(AR);乙腈(HPLC);TFA(HPLC);甲酸(HPLC)。所有试剂皆购买于国药集团化学试剂有限公司。

(1)

(2)

(2)荷花花色苷的提取。将荷花花瓣于35 ℃烘干,然后粉碎,过80目筛。称取荷花粉末,按照料液比1∶25加入pH为2的60%乙醇溶液(盐酸调节),常温下避光搅拌浸提60 min。然后抽滤,滤渣再次浸提,合并两次滤液,真空浓缩。将浓缩液加入4倍体积的无水乙醇,静置12 h,进行醇沉,除去浓缩液中的多糖成分。

2.2.2 FPG 绘制ROC曲线,FPG对2型糖尿病进行诊断的最佳切点为6.44 mmol/L,特异度为86.3%,灵敏度为89.0%;在43例FPG<6.44 mmol/L患者中,IGT7例,NGT18例,IFG5例,IFG+IGT5例,DM7例;而在 FPG≥4.44 mmol/L61例患者中,IFG、IGT与NGT均为0例,IFG+IGT6例,DM56例。

(4)乙酸乙酯萃取。醇沉结束,滤去沉淀的多糖,滤液低温浓缩除掉乙醇,将浓缩液倒入萃取瓶中,加3倍体积的乙酸乙酯,震荡充分,避光静置4 h,萃取完毕后保留水相,以除去浓缩液中的脂溶性成分。对乙酸乙酯相全波长扫描,考察萃取次数对萃取效果的影响。

(5)AB-8大孔树脂纯化花色苷。参照李颖畅[11]等,选择AB-8大孔树脂纯化荷花花色苷(规格2.6 cm×60 cm)。将预处理过的大孔树脂湿法装住,上样时考察了花色苷样品溶液pH(1、2、3、4、5)、质量浓度(0.5 mg/mL、1 mg/mL、2 mg/mL、3 mg/mL、4 mg/mL、5 mg/mL)、上样流速(0.5 mL/min、1 mL/min、2 mL/min、3 mL/min)对大孔树脂吸附的影响,并测定了泄漏曲线;洗脱时考察了洗脱液pH(1、2、3、4、5)、流速(0.5 mL/min、1 mL/min、2 mL/min、3 mL/min)、乙醇体积分数(10%、20%、30%、60%)对洗脱效果的影响。通过测定洗脱液的吸光度来计算花色苷的吸附解析率,绘制吸附解吸曲线,确定最佳工艺参数,获得纯化后的花色苷样品1,测定纯度。吸附率E和解析率D按式(3)、式(4)计算。

随着新课程改革的不断推进,初中体育教学的现状相较于以往有了很大的改善,教学水平有了显著提高,学生的身体素质和心理素质有了显著增强。但是从目前初中体育教学的开展现状来看,在教学实践中仍旧存在一定的问题,而学生主动参与性较低便是其中之一。学生作为体育教学的主体,一旦主动参与性不足,则会直接对教学质量造成影响,也就导致无法实现既定的教学目标。因此,必须要采取有效手段加以解决。

(3)

(4)

式中,c0为花色苷样液质量浓度;c1为上样完毕流出液质量浓度;c2为花色苷洗脱液质量浓度;V0为花色苷样液体积;V2为花色苷洗脱液体积。

(6)HSCCC分离荷花花色苷。将大孔树脂柱纯化后的样品1用聚酰胺柱进行纯化,50%甲醇-水(0.1%乙酸)反相洗脱,除去鞣质和低极性杂质,浓缩冻干得纯化后样品2,测定纯度。参考刘雪辉[12]方法以水∶甲基叔丁基醚∶正丁醇∶乙腈(6∶1∶3∶1)含0.1%TFA配置溶剂体系,于分液漏斗中静置1 h分层,固定相为上相,流动相为下相,超声脱气25 min。将上相以30 mL/min泵入管路,直至泵满。再以2 mL/min的流速泵入下相,温度25 ℃,转速850 r/min,检测波长280 nm。待整个体系平衡时,称取100 mg花色苷样品2于10 mL流动相溶解,进行上样。根据色谱图的出峰情况,收集每个组分,以获得高纯度的花色苷。

更重要的是,有时我们的耳朵告诉我们“这是极弱音”,但这只是我们的错觉。实际上,在多数作品中,“极弱”的往往并非旋律声部,而是旋律以下的伴奏声部。如果演奏者无法把伴奏声部(通常有较多音符)控制在极弱的层面,那就必须在旋律声部上多加力量,那么整首作品就显得过于粗暴。另外,旋律与伴奏声部都弹成“极弱”也是常见谬误。而控制伴奏声部的极弱则要求我们将重心保持在肘关节,并将肘关节相应抬高,此时,我们即可自如地通过紧贴琴键的指尖第一关节,以极其微小的动作控制声音。

液相条件:采用C18柱(4.6 mm×150 mm),粒径为3.5 μm,流速为0.6 mL/min,柱温为30 ℃。溶剂集体采用二元流动相。流动相A:含有0.5%甲酸的水溶液,流动相B:含有0.1%甲酸的乙腈溶液。采用现行洗脱模式,0~5 min,10%B;5~10 min,10%~20%B;10~14 min,20%~30%B;14~16 min,30%~60%B;18 min,60%~10%B;18~20 min,10%B。检测波长为520 nm。

质谱条件:使用的质量检测器是安捷伦飞行时间(TOF)质量分析仪,配备安捷伦喷射流电喷雾电离源。在以下条件下,干燥气体温度300 ℃,流量6.0 L/min;喷雾器压力35 psi;护套气体温度350 ℃,流量11.0 L/min;毛细管电压3 500 V;喷嘴电压1 000 V;碎片器电压175 V;撇渣器电压65 V;扫描范围从m/z100到m/z1 500。

2 结果与分析

2.1 乙酸乙酯萃取结果分析

花色苷萃取乙酸乙酯相紫外扫描图如图1所示。由图1可以看出,乙酸乙酯相紫外光区280 nm和340 nm附近有吸收峰,而在可见光区520 nm附近没有吸收峰,说明乙酸乙酯对除去黄酮类化合物有较好的效果,并且不会造成花色苷的损失。随着萃取次数的增加,吸收峰越来越小,第1次萃取乙酸乙酯相最大吸收峰为1.906 A,第3次只有0.113 A,表明乙酸乙酯所能萃取出来的黄酮越来越少,第3次虽还含有少量黄酮,但吸收峰值接近于0,再增加萃取次数效果不明显,选择萃取3次。

图1 花色苷萃取乙酸乙酯相紫外扫描图

2.2 AB-8大孔树脂动态吸附试验

根据商务部公布的数据,中国煤炭使用补偿费为5元/吨,二氧化硫完全治理费为485元/吨,以这些数据为基础进行计算,计算公式如下:

由图2b可知,大孔树脂对花色苷的吸附率会随着样液质量浓度的增加而减小,在上样质量浓度为0.5 g/L时,吸附率最高,为89.9%;上样质量浓度为5 g/L时,吸附率最低,为67.2%。这可能是因为树脂吸附过程是一个动态平衡的过程,平衡需要一定的时间。如果流速固定,大孔树脂与样品接触的时间就固定,增大了上样质量浓度,所需要的平衡时间就会增加。固定了接触时间,样品质量浓度增大,使得树脂没有吸附平衡,导致吸附率下降。图2B中样液质量浓度为0.5 mg/mL、1 mg/mL、2 mg/mL时,吸附率分别为89.9%、88.6%、87.3%,差别不大,但是2 mg/mL上样质量浓度会缩短大量的上样时间,所以选择样液质量浓度为2 mg/mL。

由图2c可知,大孔树脂对花色苷的吸附率随着上样流速的增加而呈下降的趋势,流速在0.5 mL/min时吸附率最高,为90.7%,在3 mL/min时吸附率最低,为77.9%。可能是由于固定上样质量浓度,增大了上样流速,缩短了接触时间,导致吸附率下降。流速为1 mL/min时吸附率为88.9%,与0.5 mL/min时的吸附率差别较小,为节约上样时间,选择1 mL/min。

AB-8大孔树脂纯化花色苷动态吸附试验结果如图2所示。从图2a中可以看出,AB-8大孔树脂对花色苷的吸附能力随着样液pH的增加,先增大后减小,在pH为2时吸附率最高,pH为5时吸附率最低。这可能因为当pH为1时,花色苷主要存在形式为黄烊正离子结构,离子化合物不易被大孔树脂吸附,当pH>2且继续增大时,花色苷上的羟基电离氢质子容易与碱结合,导致花色苷与树脂间的吸附能力减弱,使得吸附率下降[11]。所以上样pH选择2。

图2 AB-8大孔树脂纯化花色苷动态吸附试验

AB-8大孔树脂纯化花色苷泄漏曲线的测定如图3所示。由图3可以看出,在收集管数为33管时,为上样泄漏点,即上样终点。随着上样体积的增加,大孔树脂吸附的花色苷越来越多,逐渐达到饱和,再继续增加上样体积,由于树脂的饱和,花色苷不再被吸附,而随着样液流出来。当流出液吸光度为样液吸光度的10%时为泄漏点的判定点即上样终点。按分部收集器每管收集10 mL,即上样体积为330 mL。

定义7 称ftr/tr-1(A(tr)/A(tr-1)),(2≤r≤m)为马尔可夫过程{ξ(t),t∈T},(t1 <…

(7)LC-MS检测鉴定。

图3 AB-8大孔树脂纯化花色苷泄漏曲线的测定

2.3 大孔树脂动态解析试验

洗脱液流速和pH对花色苷洗脱效果的影响如图4所示。由图4a可知,随着乙醇洗脱液流速的增大,花色苷流出液的峰高越来越低,并且峰型变宽,而且洗脱花色苷所需要的洗脱液也相对增加。流速为0.5 mL/min时峰最高,吸光度为1.12 A,完全洗脱所需体积为360 mL;流速为3 mL/min时峰最低,吸光度为0.621 A,完全洗脱所需体积为700 mL,洗脱液的用量约为流速是0.5 mL/min时的一倍。这不仅会造成乙醇浪费,而且还加重了后续花色苷洗脱液的浓缩任务。图4a中,流速为1 mL/min时,峰吸光度为1.04 A,完全洗脱所需洗脱液体积为400 mL,与0.5 mL/min差别较小,从时间考虑,1 mL/min节约了近一半的时间,所以选择洗脱液流速为1 mL/min。

由图4b可知,花色苷解析率随着pH的增大而减小,在pH为1时,解析率最高为88.9%,pH为5时,解析率最小,为66.2%。图4b中pH为2时的解析率为87.7%,与pH为1时的解析率差别较小。但在pH为1时,酸性较大,花色苷在此条件下,可能会使相连的糖基易水解,造成花色苷结构的不稳定[13],所以选择洗脱液pH为2。

图4 洗脱液流速和pH对花色苷洗脱效果的影响

为了去除花色苷提取物中的杂质,并保证花色苷被洗脱下来,选择了10%、20%、30%、60% 4个梯度的乙醇进行洗脱。不同体积分数洗脱液紫外扫描图如图5所示。从图5可以看出,10%和20%的乙醇洗脱液在280 nm和520 nm下有吸收峰值,分别为A280nm=0.771、A520nm=0.437和A280nm=0.863、A520nm=0.452;并且在520 nm下的吸收峰高于30%和60%的乙醇洗脱液。而30%和60%的洗脱液在520 nm处有吸收峰,而在280 nm下却无吸收峰,说明在这两个洗脱液中花色苷含量非常低,甚至可能没有花色苷。这是因为花色苷类物质不仅在可见光区520 nm附近有吸收峰,而且在紫外280 nm附近也有较大的吸收峰,所以通过测定色素的紫外-可见光谱,就可以判断是否含有花色苷类物质[14]。不同体积分数洗脱液对荷花花色苷洗脱效果的影响如表1所示。由表1可知,10%和20%洗脱液中花色苷纯度分别为23.5%和24.1%,远远高于30%和60%洗脱液的2.11%和0.82%,30%和60%洗脱部分杂质较多。且在洗脱液乙醇体积分数为20%时,解析率可以达到85.2%,与30%和60%的解析率相差较小,所以选择20%乙醇体积分数洗脱。既节约了乙醇,又方便后续对花色苷的分离实验。

将花色苷提取物通过AB-8大孔树脂在最佳工艺下纯化,荷花花色苷纯度由4.32%提升到了23.7%,纯度提高了近5.5倍,说明AB-8大孔树脂对花色苷的纯化效果较好。

表1 不同体积分数洗脱液对荷花花色苷洗脱效果的影响

2.4 HSCCC分离荷花花色苷

HSCCC分离荷花花色苷如图6所示。采用1.3(6)的方法,以水∶正丁醇∶甲基叔丁基醚∶乙腈(6∶3∶1∶1,V/V)含0.1%甲酸作为溶剂体系,通过HSCCC分离,得到4个组分。对收集的4个组分单独进行紫外鉴定,发现组分2和组分4在520 nm附近无特征吸收峰,而组分1和组分3在280 nm和520 nm处都有吸收峰,故推测组分2和组分4为非花色苷类物质,组分1和组分3为花色苷类物质。在该条件下,上样量100 mg干粉,一次性制得组分1干粉16.44 mg,纯度为76.1%,组分3干粉29.16 mg,纯度为83.3%,花色苷回收率为91.1%。

峰会上,中国汽车维修行业协会常务副秘书长王逢铃为峰会致辞。上海钜轩汽车用品有限公司董事长王海霞以“逆向盈利新商业模式”为主题进行培训式演讲。演讲内容涵盖了“什么是汽车服务终端商业模式”、“盈利模式如何打造”、“赋能终端该如何去做”以及“什么是逆向盈利”等。峰会现场气氛活跃,与会嘉宾们热情高涨、收获颇丰。

图5 不同体积分数洗脱液紫外扫描图 图6 HSCCC分离荷花花色苷

2.5 LC-MS检测

HSCCC分离荷花花色苷组分液相检测图如图7所示。由图7可以看出,组分1中含有1种花色苷为色素Ⅲ,出峰时间为10.10 min;组分3中含有两种花色苷为色素Ⅰ和色素Ⅱ,出峰时间分别为4.96 min和6.77 min。荷花花色苷鉴定结果如表2所示。由表2可知,色素Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在520 nm下都有最大吸收峰。且A440nm/Amax百分比分别为29%、31%和27%,接近30%;A310nm/Amax百分比分别为7.5%、9.4%和11%,都小于20%;表明了3种色素糖苷的位置,都为花色素-3-O-糖苷,并且都未发生酰基化[13]。花色苷质谱分析图如图8所示。由图7a和图8a可知,色素Ⅰ保留时间为4.96 min,MS信息表明,其分子离子峰[M+]为597.1,在质谱中检测到碎片离子为m/z 303.1;m/z 303.1是飞燕草色素的特征离子,碎片([M-294]+)对应于花色苷分子中失去一个桑布糖基所得的碎片。该研究结果与Du[15]研究飞燕草素-3-O-桑布双糖苷的质谱信息相一致。因此,推测色素Ⅰ为飞燕草素-3-O-桑布双糖苷。由图7a和图8b可知,色素Ⅱ保留时间为6.77 min,MS信息表明,其分子离子峰[M+]为581.1,碎片离子为m/z 287.1。m/z 287.1是矢车菊色素的特征离子,碎片([M-294]+)对应于脱去一分子桑布糖基后所得的碎片,该研究结果与Du[15]和Zhao[16]的研究中矢车菊-3-桑布双糖苷的质谱信息相一致,因此推测色素Ⅱ为矢车菊素-3-O-桑布双糖苷。从图7b和图8c可以看出,色素Ⅲ的保留时间为10.10 min,MS信息表明,其分子离子峰[M+]为493.1,在质谱中检测到的碎片离子为m/z 331.1。m/z 331.1为锦葵色素的特征离子,碎片([M-162]+)对应脱去一分子葡萄糖所得到的碎片,该研究结果与Deng[9]的研究中锦葵色素-3-O-葡萄糖苷的质谱信息一致,故推测色素Ⅲ为锦葵色素-3-O-葡萄糖苷。

图7 HSCCC分离荷花花色苷组分液相检测图

图8 花色苷质谱分析图

表2 荷花花色苷鉴定结果

3 结论

实验发现用乙酸乙酯萃取,能较好地去除荷花花色苷浸提液中的非花色苷黄酮类物质;在优化后的最佳AB-8大孔树脂纯化条件下纯化荷花花色苷,可以使花色苷的纯度达到23.7%,纯化效果较好;通过HSCCC技术分离花色苷,能够获得两种较高纯度的花色苷组分1和组分3,纯度分别为76.1%和83.3%,经LC-MS对两种花色苷组分鉴定,发现花色苷组分1含有一种花色苷,推测为锦葵色素-3-O-葡萄糖苷,组分3含有两种花色苷,推测为飞燕草素-3-O-桑布双糖苷和矢车菊素-3-O-桑布双糖苷。该方法操作简便,重现性好,适于大量制备荷花高纯度花色苷,为花色苷进一步药理研究及质量控制提供物质基础。

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