分子印迹法提取谷维素的研究

康世宗，谷克仁，陈小倩

河南工业大学 (郑州 450001)

分子印迹法提取谷维素的研究

康世宗，谷克仁，陈小倩

河南工业大学 (郑州 450001)

研究了用谷维素作为模板分子，甲基丙烯酸作为功能单体，甲苯作为致孔剂，过氧化苯甲酰为引发剂，二乙烯基苯为交联剂，通过热聚合方法合成分子印迹聚合物(MIP)。之后投放在0.05 mg/mL的谷维素-乙腈溶液中进行绑定测试，根据标准曲线计算谷维素的绑定吸附率初步探索了聚合温度，粒度和超声条件对MIP吸附谷维素效率的影响。得到的最佳条件为：聚合温度60 ℃，粒度140～200目，在超声条件下谷维素绑定吸附率最大，可达36.50%。

谷维素；分子印迹法；分子识别；甲基丙烯酸；绑定率

谷维素又称米糠素，是米糠或米糠油深加工过程中重要的副产物，在粮油食品、医药化学、化妆品等领域具有广泛的应用[1]。γ-谷维素可以在米糠、麦麸以及米糠油、玉米胚芽油等植物油中提取[2-4]，其中米糠油中含量最多，高达1.4%～2.9%，因此，米糠油是提取谷维素的重要来源。

自从日本土屋知太郎第一次发表制取谷维素专利到现在的60多年间，国内外出现了很多制备谷维素的方法[5]，主要有二次碱炼法、弱酸取代法、甲醇萃取法、吸附法、溶剂分提法、分子印迹法等。其中分子印迹技术是近几十年发展起来的一种新型的、简便的、快速的分离技术。分子印迹聚合物(Molecularlyimprintedpolymer，MIP)是一个用于高分子材料制备的，具有高选择性、特异性的工具。这种技术已经在手性分子分离、生物传感器和生化隔离等很多领域取得广泛的应用[6]。

本课题拟采用甲基丙烯酸(MAA)为功能单体，用谷维素作为模板分子，甲苯为致孔剂，过氧化苯甲酰(BPO)为引发剂，二乙烯基苯(DVB)为交联剂，通过本体聚合法[7]制备分子印迹聚合物。经过研磨筛分为不同粒度的MIP后，用索氏提取器洗去谷维素。然后投放在谷维素-乙腈溶液中对谷维素进行绑定，测定绑定前后的溶液吸光度，计算得到绑定率，以此为指标得到制备MIP的最佳工艺条件，对MIP在谷维素提取方面的应用进行初步尝试和探索，为快速提取非水相中的谷维素提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 实验材料

谷维素标样，上海安谱实验科技股份有限公司；二乙烯基苯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；甲苯、乙腈、过氧化苯甲酰、甲基丙烯酸均为分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司。

1.2 仪器设备

GZX-GF101型电热恒温鼓风干燥机，上海贺德实验设备有限公司；BS224S型电子天平，赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；DSA50型超声波清洗器，德森精工有限责任公司；玛瑙研钵，辽宁凌源宋杖子玛瑙加工厂；DF101Z型集热式恒温加热磁力搅拌器，河南省予华仪器有限公司；722N型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 分子印迹聚合物的合成

谷维素和MAA分别作为模板分子与功能单体，DVB为交联剂，致孔剂为甲苯，BPO为自由基聚合引发剂，各个试剂的量如表1所示。将模板分子、单体、引发剂、交联剂和致孔剂混合后放入50 mL的圆底烧瓶，磁力搅拌进行均质，密封后，分别放置在各个温度的油浴锅内48 h。同时做空白，即只加交联剂，致孔剂和引发剂，不加模板分子，在60 ℃的油浴锅内反应48 h，制备无印迹聚合物(NIP)。将聚合物用研钵研磨，筛选出不同粒度的粉末。分别用乙腈冲洗5次后，以乙腈作为提取溶剂，在115 ℃条件下用索氏提取器提取模板分子谷维素，直到在MIP的乙腈提取液中检测不到谷维素，得到分子印迹聚合物。

表1 用于制备MIP和NIP的功能单体、模板分子、交联剂、致孔剂和引发剂添加量

1.3.2 谷维素的绑定测试

精密称取谷维素标准品12.5 mg，加适量乙腈，超声溶解后，再用乙腈定容至250 mL，摇匀；精密量取上述标液0、10、20、30、40 mL分别置于50 mL容量瓶中，加乙腈至刻度，摇匀；以乙腈为空白，用紫外可见分光光度计在波长315 nm处测定吸光度。以吸光度为纵坐标，浓度为横坐标，绘制标准曲线。得到回归方程y=29.68x+0.008 8，R2=0.999 1，线性关系良好。

称取1.3.1中制备的MIP或NIP粒子150 mg于10 mL浓度为0.05 mg/mL的谷维素-乙腈溶液中，放在超声或不超声，25 ℃的条件下进行绑定，每半个小时测1次样品的吸光度，通过标准曲线得到对应浓度，计算其绑定率。由于吸光度和浓度呈良好的线性关系，可用下式计算谷维素与MIP的绑定率：

式中：Y为绑定率；A1、A2为绑定前后溶液吸光度。

1.3.3 试验设计与分析

1.3.3.1 超声对绑定率的影响

设计聚合温度为60 ℃，粒度在140～200目之间的MIP在超声与不超声条件下绑定2 h，每半小时测定1次绑定率，考察超声波对绑定效果的影响。

1.3.3.2 聚合温度、聚合物粒度对绑定率的影响

在前期试验的基础上，设计聚合温度为55 ℃、60 ℃、65 ℃、70 ℃、75 ℃ 5个水平；MIP的粒度为小于80目、80～140目、140～200目、大于200目4个水平，对每一条件下的聚合物进行绑定实验，在超声条件下绑定2 h，每半小时测定1次绑定率。通过全面试验考察聚合温度和聚合物粒度对绑定效果的影响。

2 结果与讨论

2.1 超声对绑定率的影响

聚合温度为60 ℃，粒度在140～200目之间的MIP粒子在超声与不超声条件下绑定率随绑定时间的变化如图1所示。

图1 超声与不超声对谷维素绑定率随时间的变化

由图1可知60 ℃的聚合温度，粒度为140～200目，在超声条件下的MIP对谷维素的吸附效率更高，可能由于超声给与了一个外界的推动力，使得模板分子谷维素能够快速，准确地找到结合位点。并且由于MIP对目标分子具有记忆功能，所以加速了目标分子与MIP的空位点结合。后期实验中，选择在超声条件下进行吸附绑定。

2.2 聚合温度、聚合物粒度对绑定率的影响

不同聚合温度下，不同粒度(小于80目，80～140目，140～200目，大于200目)的MIP与谷维素的绑定率随时间变化趋势，以及聚合温度为60 ℃下不同粒度的NIP与谷维素的绑定率随时间变化趋势如图2所示。随着时间的增加，绑定率逐渐升高，在1.5 h后趋于平缓，即逐渐达到饱和吸附。最佳条件下MIP的绑定率是NIP绑定率的3倍左右，可见分子印迹聚合物对模板分子谷维素具有良好的选择性。

图3直观反映了不同聚合温度下，不同粒度(小于80目，80～140目，140～200目，大于200目)的MIP最高绑定率随时间变化趋势。其中粒度在140～200目，聚合温度为60 ℃时(图3c)的绑定吸附率明显高于其他水平，最高绑定率达到36.50%。

图2 不同粒度在不同聚合温度的MIP和NIP绑定率随时间变化趋势图

图3 在不同聚合温度下不同粒度MIP的最高绑定率

3 结语

随着对谷维素的不断深入了解，市场对谷维素的需求也不断增长，无论是从产品质量、功效、用途，还是经济效益、生态环境角度来看，对谷维素的制备方法、生产工艺都提出了新的要求。分子印迹技术因为其预定性，识别性和实用性，在很多领域都具有广阔的应用前景。为了能够更好地开发米糠资源，将分子印迹技术应用到谷维素的提取上，需要进一步深入研究MIP对谷维素作用的分子机理，包括功能单体、致孔剂、引发剂、交联剂等作用机理的研究和开发。

[1] 王 荣, 林亲录, 蒋 鹏,等. 米糠油谷维素提取方法研究进展[J]. 食品工业科技, 2016, 37(12):361-364.

[2] B Ghatak, Somsuvra, J Panchal, Shital. Gamma-oryzanol - a multi-purpose steryl ferulate[J]. Current Nutrition & Food Science, 2011, 7(1):10-20.

[3] Kozuka C, Shimizuokabe C, Takayama C, et al. Marked augmentation of PLGA nanoparticle-induced metabolically beneficial impact of γ-oryzanol on fuel dyshomeostasis in genetically obese-diabetic ob/ob mice[J]. Drug Delivery, 2017, 24(1):558.

[4] Kozuka C, Yabiku K, Takayama C, et al. Natural food science based novel approach toward prevention and treatment of obesity and type 2 diabetes: Recent studies on brown rice and γ-oryzanol[J]. Obesity Research & Clinical Practice, 2013, 7(3):165-172.

[5] 管习文，李欣怡，周 琪,等.分子印迹聚合物的制备与应用进展[J].胶体与聚合物，2015,33(2)：88-92.

[6] 杨紫淳. 分子印迹技术的研究与应用[J]. 广东化工, 2013, 40(17):86-86.

[7] Kaewchada A, Borvornpongsakul C, Jaree A. Synthesis of molecularly imprinted polymers from An Ac for the separation of γ -oryzanol[J]. Korean Journal of Chemical Engineering, 2012, 29(9):1279-1284.

Study on oryzanol extraction by molecular imprinting method

Kang Shizong, Gu Keren, Chen Xiaoqian

Henan University of Technology (Zhengzhou 450001)

Molecularly imprinted polymers (MIP) was successfully synthesized via thermal polymerization method using oryzanol as template, methacrylic acid as functional monomer, toluene as porogen, benzoyl peroxide as initiator and divinylbenzene as crosslinker. Then it was put in 0.05 mg/mL of oryzanol in acetonitrile solution, and the binding adsorption rate was calculated according to the oryzanol’s standard curve. The effects of polymerization temperature, particle size and ultrasonic conditions on MIP adsorption efficiency of oryzanol were explored in this study. The optimal condition: polymerization temperature 60 ℃, particle size between 140～200, ultrasonic condition. The highest binding adsorption rate is 36.50%.

γ-oryzanol; molecular imprinting method; molecular recognition; methacrylic acid; binding rate

2017-04-10

康世宗，男，1991年出生，硕士研究生，主要从事粮油食品以及天然产物开发方向研究工作。

TS229

B

1672-5026(2017)04-005-04