改性凹土对银杏叶总黄酮的静态吸附性能研究

尹秀莲，游庆红

(淮阴工学院生命科学与化学工程学院，江苏 淮安 223001)

改性凹土对银杏叶总黄酮的静态吸附性能研究

尹秀莲，游庆红

(淮阴工学院生命科学与化学工程学院，江苏 淮安 223001)

采用改性凹土吸附银杏叶总黄酮，通过对4种不同改性凹土的筛选，发现壳聚糖改性凹土对银杏叶总黄酮有较大的吸附量，为112.70mg/g；对壳聚糖改性凹土对银杏叶总黄酮的吸附性能进行研究，得到溶液总黄酮质量浓度、pH值对吸附量的影响趋势曲线、吸附等温线、吸附动力学曲线及吸附速率曲线；以解吸率、总黄酮纯度为指标对洗脱剂进行选择，发现1%乙酸-70%乙醇溶液洗脱较好，解吸率为91%，纯度为56%。

改性凹凸棒土；银杏叶总黄酮；吸附性能

凹凸棒土(以下简称凹土)是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐黏土矿物，具有纳米材料的属性，由于凹土具有非常大的比表面积，因此广泛用作吸附剂、催化剂载体和抗菌剂载体等。凹土原矿石含有大量的杂质影响着凹土的使用性能，需要经过提纯和改性处理才能提高凹土的使用效果[1-6]。

目前，在中药精制中应用最广泛的为大孔吸附树脂。大孔吸附树脂具有吸附容量大、再生简单等优点，但是大孔树脂亦有致孔剂等合成原料及溶剂残留、收缩溶胀系数较大等缺点[7]。与大孔树脂相比，凹土具有大的表面积，且无溶剂残留及收缩溶胀，同时，凹土为天然产物，成本低廉，因此，研究凹土在天然活性成分提取精制中的应用能够降低成本、提高产品质量。本实验选择银杏叶总黄酮作为代表，对改性凹土棒土对银杏叶总黄酮吸附性能进行研究，以期为进一步研究凹土在中药提取精制技术中的应用提供参考，并达到提高凹土附加值的目的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

凹土为盱眙原矿，由淮阴工学院江苏省凹土工程重点实验室提供。

壳聚糖(CS，脱乙酰度85%)、槲皮素、山奈酚、异鼠李素对照品 中国药品生物制品检定所；银杏叶总黄酮(以下简称总黄酮，总黄酮含量约30%) 实验室自制。甲醇、乙腈为色谱纯；双蒸水 自制；其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

THZ-C台式恒温振荡器 江苏太仓市华美生化仪器厂；Agilent 1100 LC高效液相色谱仪(包括1100 四元泵、自动进样器、柱温箱、二极管阵列检测器) 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 总黄酮溶液的制备

称取一定量总黄酮，以去离子水在超声中溶散，然后以去离子水定容即得。

1.3.2 银杏叶总黄酮的分析方法

采用HPLC法，方法及色谱条件参照文献[8]。以槲皮素、山奈素、异鼠李素为对照品，建立标准曲线，并对该分析方法精密度、回收率、稳定性等进行考察。

1.3.3 不同类型凹土的制备

1.3.3.1 纯化凹土的制备

称取凹土20g置于1000mL水中，搅拌12h，静置，倒去上层水，加纯净水，搅拌12h，静置，取中间细颗粒层，于105℃干燥，研细，过120目筛，得到纯化凹土[1,9]。

1.3.3.2 酸化凹土的制备

称取凹土20g置于1000mL水中，搅拌12h，静置，倒去上层水，加纯净水，搅拌12h，静置，取中间细颗粒层，加浓盐酸静置24h，抽滤，水洗至中性，于105℃干燥，研细，过120目筛，得到酸化凹土[3-4]。

1.3.3.3 有机改性凹土的制备

将0.4mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)溶于10mL水中，超声溶解，加入酸化凹土1.0g，超声15min，抽滤，水洗至无溴离子，于105℃干燥，研细，过120目筛，得到有机改性凹土[10]。

1.3.3.4 壳聚糖改性凹土的制备

用体积分数为0.7%的HAc溶液100mL缓慢溶解1.9g壳聚糖，配成黏稠的壳聚糖胶体溶液。用壳聚糖胶体溶液将32g凹土混合，搅拌48h，使之充分浸润，再于105℃干燥，研细，过120目筛，得到壳聚糖改性的凹土[11-12]。

1.3.4 不同改性凹土的筛选

精确称取经过不同改性处理的凹土0.5g，置于150mL具塞三角瓶内，分别加入质量浓度为2.627mg/mL的总黄酮溶液50mL，三角瓶置于恒温振荡器内，30℃振荡，使凹土充分吸附，至总黄酮质量浓度不再变化。根据式(1)计算平衡吸附量。

式中：q*为平衡吸附量/(mg/g)；v为溶液体积/ mL；c0为总黄酮的起始质量浓度/(mg/mL)；ce为总黄酮的平衡质量浓度/(mg/mL)；m为改性凹土的质量/g。

1.3.5 吸附实验

取壳聚糖改性凹土每份0.5g，置于150mL具塞三角瓶内，加入总黄酮溶液，置于恒温振荡器内，在一定温度下振荡，使凹土充分吸附总黄酮，分析溶液中总黄酮的质量浓度。考察总黄酮溶液质量浓度、温度、pH值等对吸附的影响，并得到相应吸附等温线、动力学曲线及吸附速率曲线。

1.3.6 洗脱剂的选择

称取总黄酮吸附量已知的凹土0.5g，置于150mL三角瓶中，加入适宜洗脱剂，在恒温振荡器上以150r/min的转速，解吸3次，每次3h，收集洗脱液，洗脱液回收溶剂，真空干燥，测定总黄酮含量，计算解吸率及洗脱物中总黄酮纯度。

式中：D为解吸率/%；cd为洗脱液中总黄酮含量/ (mg/mL)；vd为洗脱液体积/mL；c0为总黄酮溶液的起始质量浓度/(mg/mL)；ce为总黄酮溶液的平衡质量浓度/ (mg/mL)；v0为总黄酮溶液的初始体积/mL。

式中：P为总黄酮纯度/%；m0为洗脱物中总黄酮质量/g；m1为洗脱物总质量/g。

2 结果与分析

2.1 银杏叶总黄酮分析方法考察结果

槲皮素、山奈素、异鼠李素对照品的标准曲线见表1，R2均大于0.97，表明线性关系良好。对该分析方法精密度、回收率、稳定性等进行考察，RSD均小于2%，表明采用HPLC法测定精密度、回收率良好，在12h内测定稳定，可以用于总黄酮的测定。总黄酮对照品及样品HPLC图谱见图1。

表1 槲皮素、山奈素、异鼠李素对照品标准曲线方程Table 1 Standard curve equations of quercetin, kaempferide and isorhamnetin

图1 总黄酮对照品及样品HPLC图谱Fig.1 HPLC chromatograms of mixed quercetin, kaempferide and isorhamnetin standards and the total flavonoid extract from Ginkgo biloba leaves

2.2 改性凹土筛选

改性凹土采用傅里叶变换红外检测器，扫描电子显微镜等检测，分别显示凹土被所用改性剂嫁接。凹土筛选所得结果见表2。

表2 不同改性凹土对总黄酮吸附量的影响Table 2 Adsorption capacities of attapulgite clay with different modifications to the total flavonoids from Ginkgo biloba leaves

从表2可以看出，不同方法处理的凹土对总黄酮的吸附量不同。未经改性处理的纯化凹土对总黄酮基本无吸附，这与原土对水溶液中有机分子是无吸附作用的理论相符[7]；酸化改性凹土吸附量最小，可能由于黄酮类化合物分子中具有酚羟基，显酸性，由于同离子效应减少了吸附量；有机改性与壳聚糖改性凹土吸附量相对较大，其中壳聚糖改性凹土吸附量最大，壳聚糖是甲壳素经强碱水解或酶解脱去一部分乙酰基得到的一种线性高分子碳水化合物，含有游离氨基，能结合酸分子，故显示出优异的吸附作用。

2.3 总黄酮质量浓度对壳聚糖改性凹土吸附量的影响

在1.3.5节实验条件下，取不同总黄酮质量浓度的溶液，对壳聚糖改性凹土作静态吸附量考察，结果见图2。

图2 总黄酮质量浓度对壳聚糖改性凹土平衡吸附量的影响Fig.2 Effect of total flavonoid content on the adsorption capacity of chitosan-modified attapulgite clay

由图2可以看出，随着总黄酮质量浓度的增加，平衡吸附量逐渐增加，在质量浓度小于3.4mg/mL时，平衡吸附量随质量浓度的增加显著增加；到质量浓度大于4mg/mL时，平衡吸附量渐趋稳定。出现该种现象的原因可能是吸附过程是一个吸附、解吸共同存在的一个平衡过程，质量浓度小，吸附量小，质量浓度大，吸附量大，但当质量浓度大到一定值后，由于吸附剂的活性位点有限，故吸附量不再随质量浓度的增大而增大。

2.4 总黄酮溶液pH值对壳聚糖改性凹土吸附量的影响

在1.3.5节实验条件下，用1mol/L的HCl溶液或1mol/L的NaOH溶液分别将总黄酮溶液调成pH值为3、4、5、6、7、8、9，并用酸度计检测，进行静态吸附，计算壳聚糖改性凹土吸附量，结果见图3。

图3 pH值对壳聚糖改性凹土吸附量的影响Fig.3 Effect of pH on the adsorption capacity of chitosan-modified attapulgite clay

由图3可知，随着溶液pH值的升高，壳聚糖改性凹土对总黄酮的吸附量逐渐增加，当pH值大于8以后，吸附量随pH值的增加无明显变化。出现该趋势原因可能是总黄酮为弱酸性，在弱碱性环境下易以解离状态存在，促进吸附。

2.5 吸附等温线的测定

按1.3.5节条件进行实验，得到了25、30、35℃的吸附等温线，见图4。

图4 壳聚糖改性凹土对不同质量浓度总黄酮溶液吸附等温线的影响Fig.4 Adsorption isotherm curves of chitosan-modified attapulgite clay to the total flavonoids from Ginkgo biloba leaves at various concentrations

由图4可知，吸附量随温度升高而增加，说明该吸附为熵增加过程，即吸热过程，但变化不显著，说明吸附焓的值很小，温度对交换容量影响不大[13]。对

25℃吸附平衡数据采用Henry、Langmuir和Freundlich方程进行了线性拟合[14-15]，利用相关系数法对两种平衡模型进行分析发现，Langmuir和Freundlich方程的相关系数均较高，其中以Langmuir方程的相关系数最高，能更好地描述总黄酮在壳聚糖改性凹土上的吸附行为，30、35℃的数据拟合情况与25℃相似。Langmuir型吸附为L型，为当溶质的吸附能力较强，并易于取代吸附剂表面上所吸附的溶剂时发生的一种吸附类型，但是在溶液浓度很低的情况下，溶质难以被完全吸附，通过该线性拟合，可以看出壳聚糖改性凹土对总黄酮的吸附较易进行，属于单分子层吸附。

Henry方程：

Langmuir 方程

Freundlich方程：

2.6 吸附动力学曲线的测定

图5 吸附动力学曲线与吸附速率曲线Fig.5 Adsorption kinetic curve and adsorption rate curveate curve

吸附动力学曲线及吸附速率曲线见图5。由吸附动力学曲线可以看出，随着时间的增长，吸附量增加，在8h左右达到平衡。由吸附速率曲线可看出，吸附速率在前4h迅速降低，以后逐渐平稳，由于吸附是一个吸附、解吸的平衡过程，溶液质量浓度与吸附量的梯度为吸附动力，随着吸附的进行，凹土表面可被利用的活性位点越来越少，吸附解吸渐趋平衡，故吸附速率降低，该过程符合Langmuir单分子层吸附理论[16]。

2.7 洗脱剂的选择

图6 不同洗脱液对解吸率与纯度的影响Fig.6 Effect of desoprtion solvent composition on desorption rate and total flavonoid purity

由图6可知，随着溶液中乙醇体积分数的升高，洗脱率增加，但是纯度降低，考虑到黄酮的弱酸性，在体积分数70%乙醇中添加体积分数1%乙酸利于黄酮的洗脱，实验表明，以1%乙酸-70%乙醇为洗脱剂洗脱，解吸率、纯度均较高，分别为91%、56%。实验采用乙醇作为主要洗脱剂，主要是考虑到银杏叶总黄酮易溶于乙醇，且乙醇毒性小，适合天然药物有效成分的提取分离[10]。

3 结 论

3.1 本实验对改性凹土对银杏叶总黄酮的吸附性能进行研究，以吸附量为指标，选择对总黄酮吸附量最大的壳聚糖改性凹土进行了研究，得到了总黄酮溶液质量浓度、pH值对吸附量的影响趋势，随着质量浓度的增加，平衡吸附量增加，到质量浓度大于4mg/mL时，平衡吸附量渐趋稳定，弱碱性环境利于吸附的进行。

3.2 对吸附等温线进行了线性拟合，认为Langmuir 方程的相关系数最高，能更好地描述总黄酮在壳聚糖改性凹土上的吸附行为。吸附动力学曲线、吸附速率曲线表明吸附在8h达到平衡，符合Langmuir单分子吸附理论，以解吸率、总黄酮纯度为指标对洗脱剂进行了选择，发现1%乙酸-70%乙醇溶液洗脱较好，解吸率为91%，纯度为56%。结果表明凹土对银杏叶总黄酮有一定的纯化作用，与常用的吸附剂大孔树脂相比，吸附量略低[11]，凹土原矿经过处理后，多为细粉末，以细粉末进行静态吸附，存在难于过滤的缺点，但凹土吸附无溶剂残留，纯化效果较好且成本低，若将凹土加工成稳定的颗粒后再进行吸附则能克服其难过滤的缺点。

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Static Adsorption Properties of Total Flavonoids from Ginkgo biloba Leaves on Modified Attapulgite Clay

YIN Xiu-lian，YOU Qing-hong,
(School of Life Science and Chemical Engineering, Huaiyin Institute of Technology, Huai an 223001, China)

Modified attapulgite clay as an adsorbent was used to explore the adsorption properties of the total flavonoids from Ginkgo biloba leaves. Four different kinds of modified attapulgite clay were investigated for their adsorption capacities towards the total flavonoids, and chitosan-modified attapulgite clay was found to have the largest adsorption capacity, which was up to 112.70 mg/g. The adsorption properties of the total flavonoids on chitosan-modified attapulgite clay were explored, and the curves showing the respective effects of sample concentration and pH on the adsorption capacity of the total flavonoids on chitosanmodified attapulgite clay and the adsorption isothermal curves and kinetic curves were plotted. The optimal desoprtion solvent for achieving both high desorption rate (91%) and total flavonoid purity (56%) was composed of 70% ethanol and 1% acetic acid.

：modified attapulgite clay；total flavonoids from Ginkgo biloba leaves；adsorption properties

R284.2

A

1002-6630(2010)17-0047-04

2010-01-11

尹秀莲(1978—)，女，讲师，硕士，研究方向为天然活性成分提取分离。E-mail：yinxiulian@163.com