大孔吸附树脂对橡胶乳清中白坚木皮醇静态吸附的研究

董铁山　陈默　王建龙　曾日中　黄茂芳　桂红星

摘 要 通过静态吸附、静态解吸及吸附动力学研究，对比分析了ADS-7、ADS-17、聚酰胺树脂、超高交联树脂和酚醛型树脂等5种大孔吸附树脂对橡胶乳清中白坚木皮醇的分离效果，同时探讨了ADS-17树脂在25 ℃下的等温吸附过程，并用Langmuir吸附等温线模型和Freundlich模型分别对吸附数据进行拟合。结果表明：5种树脂中，中极性的大孔吸附树脂ADS-17对白坚木皮醇的吸附效果最佳，吸附平衡时间约4 h，吸附量可达5.8 mg/g干树脂；且白坚木皮醇在ADS-17树脂上的吸附符合Langmuir吸附等温线模型，为单分子层吸附。

关键词 大孔吸附树脂；白坚木皮醇；橡胶乳清；静态吸附；等温吸附

中图分类号 R284.2 文献标识码 A

白坚木皮醇（2-甲氧基-L-（-）-肌醇）是一种具有左旋结构的药物和制药原料，在活体生物代谢中起着控制细胞生长过程和细胞内部信息传导的重要作用，可用于治疗胃损伤、癌症、糖尿病和艾滋病等[1-4]，受到生化、药物和医学界的广泛关注[5]。白坚木皮醇在天然橡胶乳清中的含量为0.2%～1.9%[6]，传统的分离、提取多采用加热浓缩、分离纯化的方法[7-9]，但工艺复杂，产品纯度低，且能耗过高，不利于产业化。

大孔吸附树脂是20世纪60年代末发展起来的一种人工合成的有机高聚物吸附剂，具有良好的大孔网状结构和较大的比表面积，可以通过物理吸附从水溶液中有选择性地吸附目标物，交换速度快，使用周期长，易于再生，成本费用低，已在环保、食品、医药领域得到广泛应用，在天然药物的分离、富集、纯化中的应用也越来越受到人们的重视[10-11]。但迄今为止，很少用于橡胶乳清中白坚木皮醇的分离纯化。

本研究选择了5种大孔吸附树脂，分别比较其对乳清中白坚木皮醇的吸附、解吸附和吸附动力学特性，从中筛选出选择性好、吸附率高、易解吸的树脂，并对其静态吸附进行系统研究分析，探索易于产业化的白坚木皮醇初产品分离提取方法。

1 材料与方法

1.1 材料

橡胶乳清（鲜乳经离心得到），取自广东农垦橡胶集团有限公司茂名分公司；ADS-7、ADS-17、超高交联树脂、聚酰胺树脂、酚醛型交换树脂及阴、阳离子交换树脂，均购自河北沧州宝恩吸附树脂材料科技有限公司；氧化钙，化学纯；95%乙醇、乙酸、浓盐酸、氢氧化钠，分析纯；乙腈，色谱纯；去离子水。

1.2 方法

1.2.1 乳清前处理 取一定量的乳清，加0.6%～0.8%乙酸凝胶，滤去凝胶，加入0.6%氧化钙煮沸15 min，再次去除凝固物后，抽滤得清液，清液依次通过阴、阳离子交换树脂，流速1 BV/h，流出清液作前处理液冷藏备用。

1.2.2 树脂预处理 树脂用去离子水漂洗5次，95%乙醇浸泡24 h，95%乙醇淋洗至流出乙醇加水不显浑浊，然后大量水洗净乙醇至无醇味，用2～3倍树脂体积的3%～5%盐酸处理，水洗到接近中性后用2～4倍树脂体积的3%～5%氢氧化钠处理，然后大量水洗至中性备用。

1.2.3 树脂含水量的测定 考察树脂吸附、解吸附时需要以树脂的干重为参照，实验中所使用的树脂为湿树脂，故需要测定树脂含水量。分别称取预处理好的各种湿树脂3份适量，放置于105 ℃烘箱中烘至恒重，根据干燥前（W1）和干燥后（W2）树脂质量变化，取平均值并计算树脂的含水率，从而计算出所用树脂的干重[12]。树脂的物理性质和含水率见表1。

1.2.4 树脂静态吸附实验 准确称取经真空抽滤的预处理好的树脂1.0 g（通过含水率换算为干基），置于100 mL具塞三角瓶中，加入前处理好的乳清10 mL，放入摇床，在120 r/min和25 ℃条件下震荡12 h，后静置12 h，真空抽滤，滤液用HPLC测定白坚木皮醇含量，真空抽滤后的树脂倒回原来的三角瓶中，加入100 mL 60%甲醇溶液，相同条件下震荡12 h，后静置12 h，解吸后的溶液真空抽滤，相同条件下测定滤液中白坚木皮醇含量，并计算吸附量Qe与解析率E。

1.2.5 树脂吸附动力学实验 按1.2.4中方法上样后，在120 r/min和25 ℃条件下震荡，定时取样测定溶液中白坚木皮醇的质量浓度，并计算树脂吸附量Qe。

1.2.6 树脂静态等温吸附实验 配制6个梯度的白坚木皮醇溶液，分别加入1.0 g（通过含水率换算为干基）ADS-17树脂，在120 r/min和25 ℃条件下震荡12 h，后静置12 h，真空抽滤，检测滤液中白坚木皮醇平衡浓度Ce，并计算树脂吸附量Qe。

1.2.7 白坚木皮醇初产品的表征 傅里叶红外光谱仪，Spectrum GXI（美国PERKIN ELMER公司）；用溴化钾压片法制备样品，红外光谱仪扫描检测，扫描范围4 000～400 cm-1。差示扫描量热仪，TA Q2000（美国沃特斯公司）；条件：氮气氛围，升温速率10 K/min，温度范围40～400 ℃。

1.2.8 HPLC仪器、试剂及条件 Alliance2695型高效液相色谱仪，美国沃特斯公司；蒸发光散射检测器，美国沃特斯公司；色谱柱为C18柱（4.6 μm×250.0 mm）；流动相：乙腈-水（体积比75 ∶ 25[13]，过滤脱气后使用）；流速1.0 mL/min；进样量：20 μL；柱温25 ℃；漂移管温度40 ℃，N2压力3.5 Bar。

1.2.9 标准曲线的绘制 准确称取白坚木皮醇标准样品10 mg置于5 mL容量瓶中，加流动相定容，摇匀后得到白坚木皮醇标准样品储备液。分别取适量该标准储备液，用流动相稀释，得到质量浓度为0.064、0.16、0.40、0.80、1.0、1.5、2.0 mg/mL系列标准溶液。各标液按照上述的色谱条件进行检测，以进样质量浓度（X，mg/mL）为横坐标，峰面积（Y）为纵坐标，进行线性回归，得回归方程为：Y=6E+06X+141 601，R2=0.999 8。

2 结果与分析

2.1 树脂静态吸附、解吸附与解吸率

分别测定各树脂在吸附、解吸附前后溶液中白坚木皮醇的质量浓度，根据式（1）、（2）计算各树脂对白坚木皮醇的吸附量（Qe）解吸附量（Qd）；根据式（3）计算解吸率（E）。计算所得结果见表2。

Qe= （1）

Qd= （2）

E= （3）

式中：Qe为吸附平衡时树脂的吸附量，mg/g；ρo为前处理好的乳清中起始白坚木皮醇的浓度，mg/mL；ρe为吸附平衡时乳清中白坚木皮醇的浓度，mg/mL；Vo为乳清的起始体积，mL；W为吸附树脂干重，g；Qd为解吸附平衡时吸附树脂的解吸附量，mg/g；ρd为解吸液中白坚木皮醇浓度，mg/mL；Vd解吸液体积，mL；E为解吸率。

结果发现，吸附量与解吸率是考察树脂吸附性能的重要指标。不同型号的树脂初筛实验结果见表2。从表2中可以看出，ADS-17、ADS-7两种树脂的吸附量分别为5.8 mg/g和5.6 mg/g，解吸率分别为75.9%和64.3%，ADS-17、ADS-7的吸附性能明显高于聚酰胺树脂、超高交联树脂和酚醛树脂。另外，ADS-17的吸附量、解吸率比ADS-7分别高出3.6%、11.6%。综合分析，本文选择ADS-17、ADS-7 2种树脂做吸附动力学研究。

2.2 2种树脂的吸附动力学曲线

2种树脂对白坚木皮醇的吸附动力学曲线见图2。由图2 可以看出，随着吸附时间的增加，2种树脂对白坚木皮醇的吸附量逐渐增加，起始速率较快，后趋于平缓，吸附进行到4 h时，基本达到平衡，且ADS-17的饱和吸附量大于ADS-7的饱和吸附量。因此，需要对ADS-17树脂对白坚木皮醇的静态等温吸附特性作进一步的研究。

2.3 树脂对白坚木皮醇的静态吸附等温线

25 ℃时ADS-17树脂对白坚木皮醇的吸附等温线见图3。由图3可以看出，温度一定时，ADS-17树脂对白坚木皮醇的吸附量随着吸附平衡时溶夜中白坚木皮醇浓度的增加而增加，达到吸附平衡时，树脂的最大吸附量可达5.8 mg/g。根据Langmuir吸附等温线模型和Freundlich模型并利用最小二乘法分别对实验吸附平衡数据进行拟合，拟合结果如表3。

通过相关系数R2和误差SD作比较，确定白坚木皮醇在ADS-17树脂上的等温吸附模型，由Langmuir模型拟合得到的相关系数R2=0.992 15优于Freundlich模型的相关系数R2=0.090 28，且误差SD也较小，所以本研究认为Langmuir模型能够较好的描述白坚木皮醇在ADS-17树脂上的吸附行为，认为白坚木皮醇在ADS-17树脂上的吸附是单分子层吸附。

2.4 白坚木皮醇初产品的表征

白坚木皮醇的红外谱图见图4。图4中a是经实验提取并纯化后的样品，b是白坚木皮醇标准品，通过对比可以看出，3 336.1 cm-1这个吸收峰宽而强烈，峰形尖锐无其它峰干扰，可能是由于分子间氢键缔合作用形成的O-H伸缩振动吸收峰；受醚基的影响，2 939.38 cm-1处是-CH3上的C-H反对称伸缩振动吸收峰；在1 324.08 cm-1，1 269.61 cm-1为中等强度的吸收峰，可能是碳六环上的O-H面内变形振动吸收峰；1 139.54 cm-1和1 085.77 cm-1有较强的吸收峰，可能是碳六环的仲醇上C-O的伸缩振动吸收峰和C-O-C的伸缩振动吸收峰；综上所述，白坚木皮醇样品与标准品红外谱图的主要特征峰位置一致，可以判断实验所得样品就是白坚木皮醇。

白坚木皮醇的DSC曲线见图5。图5中，A是白坚木皮醇初产品，熔融峰对应温度为187.07 ℃，B是白坚木皮醇标准品，熔融峰对应温度为191.37 ℃，二者熔点非常接近，可以推断初产品中白坚木皮醇的含量较高，从图5中还可以看出，2条曲线均有一个很尖锐的吸收峰，且熔程重合度较高，进一步说明白坚木皮醇初品的纯度较高。

3 讨论与结论

针对传统白坚木皮醇分离提取过程中工艺复杂、能耗过高等问题，研究大孔吸附树脂对橡胶乳清中白坚木皮醇的吸附分离效果、吸附动力学及吸附机理，探索易于产业化的白坚木皮醇初产品分离提取新方法。结果表明：大孔吸附树脂对乳清中的白坚木皮醇有较好的吸附分离效果，选取的5种不同类型的大孔吸附树脂中，ADS-17和ADS-7 2种树脂对白坚木皮醇的吸附性能较佳，吸附进行到4 h时达到平衡，吸附量分别达5.8 mg/g和5.6 mg/g，解吸率分别为75.9%和64.3%。这与树脂的极性、孔径以及比表面积有关，作为吸附剂，ADS-17树脂含有中极性的酯基，ADS-7树脂含有强极性的氨基和中极性的酯基双重基团，作为吸附质，白坚木皮醇属于中极性化合物，因此，两者之间极性匹配，能够产生较强的范德华力，利于吸附。另外，孔径相同的情况下，比表面积较大的ADS-17树脂对白坚木皮醇的饱和吸附量比ADS-7树脂略大，这与张英[14]等研究大孔树脂吸附黄柏总生物碱时的规律一致，且ADS-17树脂的解吸率也较ADS-7树脂高11.6%，用于工业生产时具有明显的优势。ADS-17树脂具有三维空间网状结构，比表面积和吸附点有限，随着溶液质量浓度的增加，各吸附点逐渐被白坚木皮醇和其他分子所占据，树脂的吸附容量逐渐趋于平衡，符合静态等温吸附规律，对其等温吸附曲线进行模型拟合，结果表明：Langmuir模型能够较好的用来描述白坚木皮醇在ADS-17树脂上的吸附行为，认为ADS-17树脂对白坚木皮醇的吸附是单分子层吸附，这与王秀芳[15]等研究苯酚在竹炭上的吸附平衡时的规律是一致的。红外分析表明，样品各基团特征峰位置与白坚木皮醇标品基本一致。DSC分析结果表明，初产品和标准品的熔点相近，熔融峰整体重合度较高，白坚木皮醇的纯度较高。

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