甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附研究

毛跟年, 瞿建波, 李 鑫, 郭 倩

(陕西科技大学生命科学与工程学院, 陕西 西安 710021)

0 前 言

尿素是肾功能衰竭和尿毒症患者血液中积蓄的主要毒性成分，高效率的清除尿素一直是生物医学工程领域中人工肾和口服尿素吸附剂研究的重要课题.由于常规的吸附剂存在吸附容量低、选择吸附性差、生物和血液相容性不好等缺点，因此研制出一种高吸附性、无毒副作用、生物相容性好、选择性高的新型尿素吸附剂成为人们关注的热点.

甘露低聚糖(Mannose-oligosaccharides，MOS)广泛存在于魔芋粉、瓜儿豆胶、田菁胶及多种微生物细胞壁内[1]，其除了具有功能性低聚糖的特点外，还具有防治高血脂、抗氧化、增强免疫功能等作用[2].甘露低聚糖分子链中含有乙酰基团和大量的羟基[3]，且其分子中C2 、C3 、C6 位上的-OH均具有较强的反应活性[4]，因此以甘露低聚糖为基质络合金属离子，可以制备出许多性能优良的材料.甘露低聚糖与过渡金属反应形成的配合物也可用于尿素的吸附，这是由于尿素分子的-CO-和-NH2可在过渡金属的d轨道上配位，比甘露低聚糖自身大大提高了吸附尿素的容量和选择性，因此本文探讨了甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附作用，为进一步开发新型尿素吸附剂提供了重要的科学依据.

1 实验

1.1 主要仪器与试剂

UV-754紫外分光光度计，DKZ-2型电热恒温振荡水槽(上海精宏实验设备有限公司) ，分析天平(上海精科天平有限公司)，PHS-3C型pH计(上海精科有限公司)，甘露低聚糖(湖北东方天琪生物工程股份有限公司)、氯化铜、尿素、对二甲氨基苯等均为分析纯.

1.2 实验方法

1.2.1 甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物的制备[5]

称取甘露低聚糖2.50 g溶于50 mL的去离子水中，配制成5%的甘露低聚糖溶液；滴入一定量(0.1 mol/L)的氯化铜溶液，在一定温度下磁力搅拌一定时间，然后加入与反应液等量的无水乙醇醇沉，冷冻干燥，得粗品.再次溶解，醇析，冷冻干燥得甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物纯品.

1.2.2 配合物对尿素的吸附

称取一定量的甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物于10 mL一定浓度的尿素溶液中，调节溶液的pH，于37 ℃下搅拌一段时间，按照文献[6]法测定溶液中尿素的残余量，根据吸附前后溶液中尿素浓度的变化计算出甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附量.计算公式：

吸附量=V(C0-C)/M

式中C0为吸附前尿素的浓度，C为吸附后尿素的浓度，M为吸附剂的质量，V为尿素溶液的体积.

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 不同pH值对甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物吸附尿素的影响

调节pH为4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，在37 ℃下震荡反应2.0 h.反应结束后，用UV-754紫外分光光度计测定不同pH条件下的尿素吸附量，结果见图1.

图1 不同pH值对尿素吸附量的影响 图2 不同结合率的甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素吸附量的影响

由图1可见，甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附量随着溶液pH值增大而增大；当pH=6.0时，吸附量达到最大；pH继续增大，吸附量反而下降.可见pH=6.0为最大吸附量条件，吸附量可达66.7 mg/g.

2.1.2 不同结合率的甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对吸附尿素的影响

在铜离子的结合率为60%、65%、70%、75%、80%的条件下于37 ℃震荡反应2.0 h.反应结束后，用UV-754紫外分光光度计测定不同结合率下的尿素吸附量，结果见图2.

由图2可见，甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附量随着甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物结合率的增大，先增大后减小；当甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物结合率为70%时，吸附量达到最大，为50.1 mg/g.当甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物结合率进一步增大，吸附量反而下降.

2.1.3 作用时间对甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物吸附尿素的影响

在37 ℃震荡条件下分别作用0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h后，用UV-754紫外分光光度计测定不同作用时间下的尿素吸附量，结果见图3.

图3 不同作用时间对尿素吸附量的影响 图4 尿素不同初始浓度对尿素吸附量的影响

由图3可见，甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附量随着反应时间的延长先增大后减小，在2.0 h时达到最大，此时吸附量为48.5 mg/g.当反应时间进一步延长时吸附量开始下降.

2.1.4 尿素初始浓度对吸附尿素的影响

在尿素初始浓度分别为80 mg/dL、90 mg/dL、100 mg/dL、110 mg/dL、120 mg/dL、130 mg/dL的条件下，于37 ℃振荡水槽中反应2 h.反应结束后，用UV-754 紫外分光光度计测定各自的尿素吸附量，结果见图4.

由图4可见，当甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物的结合率为70%时，对尿素的吸附量随着尿素初始浓度的增大先增大后减小，当尿素的初始浓度为100 mg/dL时达到最大，此时尿素吸附量为63.8 mg/g.

2.2 正交试验

经过单因素实验确定了各单因素对尿素吸附量的影响，但它们的综合影响并不一定是各自最佳条件的简单叠加，因此通过正交试验确定最佳工艺参数，采用正交表L9(34)设计实验，进一步考察甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附性能，实验结果如表1所示.

表1 正交试验结果

由正交试验结果可知，各因素对尿素吸附的影响大小顺序为B>C>D>A，即反应时间>尿素初始浓度>反应pH值>甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物的结合率，最佳吸附条件是A2B2C3D1，即在振荡温度为37 ℃的条件下，反应时间为2.2 h、甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物的结合率为70%、pH值为7.0，尿素初始浓度为95 mg/dL，此时尿素的吸附量最大可达70.3 mg/g.

3 结论

通过单因素实验和正交试验，确定出了甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物吸附尿素的最佳条件：尿素溶液初始浓度为95 mg/dL，反应pH为7.0，甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物的结合率为70%，时间为2.2 h.在此条件下，尿素吸附量达70.3 mg/g.

甘露低聚糖铜(Ⅱ)配合物对尿素的吸附容量大，吸附效果较好，主要原料甘露低聚糖具有良好的生物活性和医药价值，因此该产品具有实际应用价值，不但可用于生物医药领域，也可用于食品、保健品等生产领域.

参考文献

[1] 许牡丹, 柯 蕾.甘露低聚糖的酶法制备与研究进展[J]. 食品研究与开发, 2005, 26(4):163-165.

[2] 陈小兵, 丁宏标, 乔 宇. 甘露低聚糖的益生作用、免疫机制与应用技术[J]. 营养与饲料, 2005,32(8):6-8.

[3] Anderson RA, Cheng NZ, Bryden NA．Elevated intakes of supple-mental chromium improve glucose and insulin variables in individuals with tipe 2 diabetes[J]. Diabetes, 1997，(46):1 786-1 791.

[4] Katssuraya K, Hatanaka K. Constitution of konjac glucomannan: chemical analysis and13C NMR spectroscopy[J]. Carbohydrate Polymers, 2003,(53):183-189.

[5] 毛跟年, 张云丽, 李 静. 甘露低聚糖与铜(Ⅱ)配合物制备工艺的研究[J]. 陕西科技大学学报, 2008,26(6):88-91.

[6] 李伟清,郑筱梅,李白林.微量尿素的分光光度法测定[J]. 重庆师范学院学报,2001,18(2):86-88.