筋骨草总黄酮大孔树脂吸附热力学研究

施淑琴， 施 群， 钟宇森， 方 杰

(1.金华职业技术学院，浙江 金华 321007;2.金华市中心医院，浙江 金华 321000;3.浙江医学科学院，浙江杭州 310013)

筋骨草为唇形科筋骨草属筋骨草Ajuga decumbensThunb.的全草，又名白毛夏枯草、金疮小草，主产于我国长江以南地区，具有清热解毒、凉血平肝之功效，主治上呼吸道感染、扁桃体炎、咽炎、支气管炎、肺炎等症。现代研究表明，其主要含有6，7-二羟基-香豆素、木犀草素、槲皮素、5，7-二羟基-4'-甲氧基黄酮等成分［1-3］，具有显著的止咳、化痰、抗炎、抗肿瘤、保肝等作用［4-8］。项目组前期研究发现，其总黄酮提取物体外具有显著的乙酰胆碱酯酶抑制作用，为提高该有效成分量及明确其药效作用，故需对其总黄酮有效成分进行纯化。

目前，大孔树脂已被广泛应用于中药提取物及其复方制剂有效成分的提取、除杂、纯化，具有高效、省时、可重复使用、再生处理简单等优点。尤其对中药黄酮类具有较强的选择性吸附作用，可通过范德华力和氢键作用力对目标成分进行吸附纯化［9-11］。因此，本实验以筋骨草总黄酮为考察指标，采用静态吸附法，选用7种不同型号大孔树脂对筋骨草提取物中的总黄酮进行纯化工艺研究，为大孔吸附树脂分离纯化筋骨草总黄酮的工艺研究提供依据，为进一步开发筋骨草资源奠定基础。

1 仪器与试剂

SHIMADZU高效液相色谱仪 (日本岛津);TU—1900双光束紫外可见分光光度计 (北京普析通用仪器有限公司);FA1004电子天平 (上海分析天平仪器厂);HWS—12电热恒温水浴锅 (上海一恒科学仪器有限公司);RE—501旋转蒸发器 (上海卫凯仪器设备有限公司)。

芦丁对照品 (中国药品生物制品检定所，批号:1521-200401)，其余所用试剂均为分析纯。大孔树脂分别购于沧州宝恩化工有限公司和天津南开大学化工厂。筋骨草 (批号100413)购于浙江中医药大学中药饮片厂，经本人鉴定为筋骨草Ajuga decumbensThunb.的干燥全草。

2 方法与结果

2.1 总黄酮测定方法的建立

2.1.1 对照品溶液的制备 精密称取芦丁对照品3.0 mg，置25 mL量瓶，加60%乙醇5 mL，超声3 min溶解后，继续加60%乙醇稀释至刻度，摇匀，即得质量浓度为0.12 mg/mL的芦丁对照品溶液，备用。

2.1.2 线性关系考察 采用NaNO2-Al(NO3)3-NaOH法［12］测定提取物中总黄酮的量。精密吸取芦丁对照品溶液0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL，分别置25 mL量瓶中，依次加入5%NaNO21.0 mL，10%Al(NO3)31.0 mL和10%NaOH 10 mL，前后两种试剂加入时间之间间隔6 min，最后加60%乙醇稀释至刻度，摇匀，静置10 min，以相应试剂作空白，于510 nm处测定吸光度。以吸光度值为横坐标，以对照品溶液质量浓度为纵坐标，进行线性回归，得回归方程:y=3.22x+0.031，r=0.999 2。表明芦丁在0.002 4～0.024 mg/mL质量浓度范围内线性关系良好。

2.2 上样溶液的制备 称取干燥的筋骨草粗粉200 g，加16倍量60%乙醇回流提取2.0 h，提取2次，过滤后减压浓缩，继续回收溶剂至无乙醇味［12］，减压抽滤，加蒸馏水定容至200 mL，作为上样溶液备用。按2.1.2项方法，测定其总黄酮质量浓度为8.75 mg/mL。

2.3 大孔树脂的筛选 平行称取1.0 g(抽干)经预处理的7种大孔树脂各1份，分别置于7个250 mL锥形瓶中，分别加50 mL不同质量浓度的上样溶液，20℃下静态吸附12 h后，从吸附反应体系中吸取0.1～0.2 mL溶液。按2.1.2项方法，测定其总黄酮质量浓度，计算各型号树脂相应的吸附量和吸附率;将静态吸附后的树脂过滤抽干，加50 mL 95%乙醇解吸8 h后，按2.1.2项方法，测定解析液中总黄酮的量，计算各型号大孔树脂相应的解析率和回收率［11-13］。结果如表1所示，HPD300树脂对筋骨草总黄酮的饱和吸附量和解析率最大，故确定选用HPD300树脂分离纯化筋骨草总黄酮。

表1 各种型号大孔树脂对筋骨草总黄酮的静态吸附效果(n=3)

2.4 静态吸附性能的分析 平行准确称取2.0 g HPD300树脂3份，分别置于3个250 mL锥形瓶中，分别于每个锥形瓶中加50 mL不同质量浓度的上样溶液，分别置20℃、30℃和40℃的电热恒温水浴锅中，静态吸附12 h，从吸附反应体系中吸取0.2 mL溶液。按2.1.2项方法，测定其总黄酮浓度，计算各型号树脂相应的吸附量和吸附率;将静态吸附后的树脂过滤抽干，加50 mL 95%乙醇解吸8 h后，按2.1.2项方法，测定解析液中总黄酮的量。

分别采用Langmuir方程 ［Ce/Q=Ce/Qm+1/(KLQm)］和Freundlich方程 (lnQ=nlnCe+lnK)2个种常用的等温吸附模型对不同温度条件下HPD300树脂的吸附浓度和解析浓度进行拟合分析。其中:Q表示1 g HPD300树脂的筋骨草总黄酮吸附量;W表示反应体系中所用HPD300树脂的质量 (g);C0表示上样溶液的质量浓度 (mg/mL);Ce表示吸附平衡时反应体系的质量浓度 (mg/mL);V表示上样溶液的体积 (mL);Qm表示HPD300树脂的平衡吸附量(mg);KL表示HPD300树脂的吸附平衡系数。结果见表2。

由表2等温吸附模型拟合结果显示，Langmuir和Freundlich拟合方程的R值均大于0.95，表明可用此两者描述HPD300树脂对筋骨草总黄酮的吸附特征。随着吸附温度的升高，HPD300树脂对筋骨草总黄酮的吸附能力逐渐升高，平衡吸附量 (即Qm值)也逐渐升高，证明HPD300树脂对筋骨草总黄酮的吸附过程是一个吸热过程，升高温度有利于吸附反应进行。

表2 模型方程拟合结果

为进一步分析该静态吸附过程的热力学特性，采用焓变方程lnK=K0+ΔH/RT对表2结果进行计算。其中，ΔH是等量吸附焓变，即方程斜率;R是理想气体常数8.314 J/(mol·K);T是绝对温度。此外，采用Gibbs方程ΔG=－RTlnK=TΔS－ΔH对Langmuir等温方程中的吸附系数KL进行相关性分析。其中，ΔG为吸附自由能;K为平衡吸附系数。结果见表3。

表3 不同吸附温度的自由能变、焓变和熵变

结果如表3所示，焓变值ΔH为正值，证明这一静态吸附反应是吸热过程，该结果与表2计算结果相一致。同时，随着温度的升高，自由能ΔG逐渐升高，证明该吸附过程是非自发进行;升高温度，可促进HPD300树脂通过范德华力对筋骨草总黄酮的吸附。结合表2结果可知，在本实验范围内，升高温度有利于吸附反应的正向进行。

3 讨论

3.1 树脂的极性和空间结构 (孔径、比表面、比容)是影响吸附性能的重要因素［14-15］。有机物是通过扩散到树脂的孔径而被吸附，因此孔径大小直接影响吸附效果，同时比表面积的大小也会影响树脂的吸附性能。HPD300大孔树脂为聚苯乙烯型非极性树脂，比表面积为800 m2/g，平均孔径50～55 Å，洗脱性良好，适用范围广泛。

3.2 本实验前期，曾考察了不同吸附温度条件下，大孔树脂对筋骨草总黄酮吸附解析效果的影响。结果发现，当T＜288 K时，上样溶液中的筋骨草黄酮因溶解度降低易沉淀，吸附在树脂表面，影响吸附效果;当T＞318K时，受热影响，树脂体积增大，吸附性能降低;而T间隔较小，吸附曲线较为接近，无显著性差异，故最终选择T=293、303、313 K作为温度参数进行热力学分析。通过上述7种大孔树脂对筋骨草总黄酮吸附解吸的测定分析可知，HPD300树脂具有吸附率高、解吸容易、吸附量大等特点，适用于筋骨草总黄酮的吸附纯化。其静态吸附性能可用Langmuir和Freundlich等温方程拟合;同时，热力学特性研究表明，HPD300树脂对筋骨草总黄酮的吸附过程是一个非自发性的吸热过程，在本实验范围内升高温度有利于吸附反应的进行。

4 结论

筋骨草总黄酮提取物是一个复杂的多组分体系。通过静态吸附解析实验，确定HPD300树脂对分离纯化筋骨草总黄酮的效果最佳，回收率在85%以上。HPD300吸附筋骨草总黄酮的过程为吸热过程，升温有利于吸附。适当提高反应体系温度，有利于提高HPD300树脂对分离纯化筋骨草总黄酮的效果。

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