Bagian :Cistanche:Adsorpsi Glikosida Feniletanoid Yang Sangat Efisien Pada Karbon Mesopori
Mar 04, 2022
Kontak: Audrey Hu Whatsapp/hp: 0086 13880143964 Email:{0}}
Helin Xu, Wenjing Pei, Xueqin Li, dan Jinli Zhang
Glikosida feniletanoidmerupakan senyawa aktif utama dariCistanche tubulosaKlik untuk produk）, dan sangat diinginkan untuk memperoleh pemurnian tinggi glikosida Fenilethanoid dengan adsorpsi dari ekstraknya. Untuk mengeksplorasi adsorpsi glikosida Feniletanoid yang sangat efisien, bahan adsorpsi baru untuk pemisahan dan pemurnian glikosida fenilethanoid (glikosida Feniletanoid) yang efisien dariCistanche tubulosadieksplorasi. Tiga karbon mesopori dari karbon mesopori terurut (CMK-3), karbon mesopori tidak teratur (DMC), dan karbon mesopori kubik tiga dimensi (CMK-8) dibandingkan untuk adsorpsi glikosida Fenilethanoid. Sementara itu, isoterm adsorpsi, kinetika adsorpsi, dan optimasi kondisi adsorpsi diselidiki. Hasil penelitian menunjukkan bahwa CMK-3 menunjukkan kapasitas adsorpsi tertinggi yaitu 358,09 ± 4,13 mg/g karena luas permukaan spesifik yang tinggi, volume pori yang besar, dan gugus fungsi yang mengandung oksigen. Data eksperimen dapat dideskripsikan secara akurat menggunakan model Langmuir dan model orde dua semu. Model difusi intra-partikel menyarankan bahwa langkah-langkah yang membatasi laju adsorpsi adalah difusi intra-partikel.
PENGANTAR
Cistanche tubulosa adalah tanaman parasit Orobanchaceae (Li et al., 2016; Wang X. et al., 2017), dan terutama tumbuh di akar tanaman Tamarix dan spesies Calotropis (Zhang W. et al., 2016; Yan et al. , 2017). Cistanche tubulosa awalnya direkam dalam Materia Medica Cina Shen Nong di ca. 100 SM Pertumbuhan dan budidaya Cistanche tubulosa membutuhkan kondisi lingkungan yang parah, dan ditanam secara luas di tanah gersang dan gurun di belahan bumi utara, seperti provinsi Xinjiang, Mongolia Dalam, Gansu, Qinghai, dan Daerah Otonomi Ningxia di Cina (Anda dkk., 2016).Cistanche tubulosaadalah ramuan tonik Cina yang memiliki fungsi menyehatkan ginjal, anti-penuaan, meningkatkan esensi darah, dan melembabkan usus besar untuk membebaskan tinja (Gu et al., 2016; Shimada et al., 2017; Cui et al. al., 2018), dan telah memiliki reputasi sebagai"Ginseng Gurun Pasir"(Song et al., 2016; Wang et al., 2018). Cistanche tubulosa secara resmi tercatat di Chinese Pharmacopeia sebagai sumber asli Cistanches Herba (nama China: Rou cong rong) dari edisi 2005 (Wang T. et al., 2016; Pei et al., 2019).
Penelitian sebelumnya telah mengungkapkan beberapa konstituen kimia utama Cistanche tubulosa, termasuk PhGs, iridoid, dan polisakarida (Li et al., 2018a). Struktur PhGs terutama terdiri dari asam sinamat dan alkohol polisakarida yang melekat pada -glukopiranosa melalui ikatan ester dan glikosidik (Luo et al., 2010), dan glikosida fenilethanoid telah dianggap sebagai komponen aktif utama dari Cistanche tubulosa yang memiliki berbagai aktivitas farmakologis (Liao et al., 2018). Studi menunjukkan bahwa PhGs memiliki berbagai khasiat obat, seperti pelindung saraf, regulasi kekebalan, anti-inflamasi, perlindungan hati, dan antioksidan (Aiello et al., 2015; Shiao et al., 2017; Wu et al., 2018,). 2019). Menurut evaluasi fitokimia, PhG seperti echinacoside, acteoside dianggap sebagai komponen aktif utama dan penanda Cistanche tubulosa (Li et al., 2017b), yang biasanya dipilih sebagai senyawa penanda untuk evaluasi kualitas Cistanche tubulosa dan spesiesnya. dari Cistanche dibedakan melalui senyawa ini. PhGs adalah senyawa yang larut dalam air secara alami karena mereka memiliki banyak gugus hidroksil dan gugus hidroksil fenolik dalam molekulnya. Dengan demikian, fenilethanoid dapat dipisahkan dari Cistanche tubulosa dalam larutan berair.
Banyak metode untuk pemisahan dan pemurnian produk alam telah dikembangkan termasuk adsorpsi (Liu et al., 2016), pemisahan membran (Zhang et al., 2018b; Li et al., 2019) dan ekstraksi pelarut, dan sebagainya (Li dkk., 2015a,b; Wang S. dkk., 2016; Zhang H. dkk., 2016). Namun, pemisahan membran dan ekstraksi pelarut tidak cocok untuk preparasi skala besar dan sulit untuk mencapai perolehan produk yang tinggi (Zhang et al., 2018a). Adsorpsi adalah salah satu metode yang paling banyak diadopsi untuk pemisahan produk alami (Wang S. et al., 2016; Konggidinata et al., 2017). Karena struktur porinya yang unik dan dapat diatur, luas permukaan yang tinggi, dan stabilitas mekanik, karbon mesopori (ukuran pori antara 2 dan 50 nm) telah terbukti menjadi semacam adsorben yang efisien untuk produk alami yang menyerap. Studi menunjukkan bahwa karbon mesopori lebih cocok untuk mengadsorpsi makromolekul, seperti karbon mesopori telah digunakan oleh Qin et al. terhadap pengayaan asam klorogenat dari daun eucommia ulmoides (Qin et al., 2018). Li dkk. mensintesis dua karbon mesopori melalui pendekatan perlakuan hidrotermal dan mengevaluasi kinerja adsorpsi dua karbon mesopori untuk berberin hidroklorida dan matrine dari air (Li et al., 2018b). Itu dianggap sebagai jenis bahan yang menjanjikan sebagai adsorben yang sangat efisien (Zhang et al., 2013; Tian et al., 2015; Zhou et al., 2016). Selain itu, karbon mesopori juga telah diterapkan pada penghilangan adsorptif senyawa aromatik, pewarna, dan logam berat dari air limbah (Kong et al., 2016). Dalam karya-karya yang diterbitkan sebelumnya, Liu et al. menggunakan resin berpori makro untuk mengadsorpsi PhGs dari Cistanche tubulosa, dan kemurnian PhGs meningkat tetapi kapasitas adsorpsi dan laju desorpsi rendah. Dibandingkan dengan resin berpori makro, karbon mesopori memiliki karakteristik luas permukaan spesifik yang besar, ukuran pori yang sesuai, dan volume pori yang tinggi. Oleh karena itu, karbon mesopori dianggap sebagai adsorben yang sangat efisien untuk PhGs. Dalam penelitian ini, tiga jenis karbon mesopori dipilih sebagai adsorben untuk pemisahan dan pemurnian glikosida fenilethanoid dari Cistanche tubulosa.
Tujuan utama pekerjaan ini adalah untuk mengeksplorasi kinerja adsorpsi CMK-3 untuk pemisahan dan pemurnian glikosida fenilethanoid dari Cistanche tubulosa. Pengaruh konsentrasi yang berbeda, pH, dan suhu pada kinerja adsorpsi CMK- 3 diselidiki dan kondisi adsorpsi optimal PhG disaring. Karbon mesopori dikarakterisasi dengan FT-IR, BET, TEM, dan TGA, isoterm adsorpsi, dan kinetika dilakukan dan dianalisis secara rinci.
Cistanche tubulosa
EKSPERIMEN
Bahan dan Reagen
Cistanche tubulosabatang dibeli dari Congrongtang Biological Technology Co., Ltd. (Xinjiang). Standar echinacoside (kemurnian lebih besar atau sama dengan 98 persen ) dan acteoside (kemurnian lebih besar atau sama dengan 98 persen) dibeli dari Sunny Biotech Co., Ltd. (Shanghai). Asetonitril, metanol, dan asam asetat HLPC dibeli dari Thermo Fisher Scientific Co., Ltd. (Shanghai). Etanol kelas analitis dibeli dari Yongsheng Fine Chemical Co., Ltd. (Tianjin). Karbon mesopori terurut (CMK-3), karbon mesopori tak beraturan (DMC), dan karbon mesopori terurut tiga dimensi (CMK-8) dibeli dari Xianfeng Nano Material Technology Co., Ltd. (Nanjing) .
Karakterisasi
Morfologi dan struktur mikro dari sampel yang disiapkan diselidiki menggunakan mikroskop elektron Transmisi (TEM, Tecnai G2 F20) yang dioperasikan pada 200 kV. Sampel TEM disiapkan dalam kondisi sekitar dengan mendepositkan tetesan larutan etanol dengan bahan mesopori ke film karbon yang didukung oleh kisi-kisi Cu. Umumnya, sumber cahaya dengan panjang gelombang yang lebih pendek dipilih untuk meningkatkan resolusi mikroskop, dan struktur karbon mesopori dapat diamati dengan jelas. Gugus fungsi permukaan diukur secara kualitatif dengan spektroskopi inframerah transformasi Fourier (FT-IR, AVATAR360) menggunakan interaksi antara radiasi inframerah dan molekul materi. FT-IR menggunakan uji metode refleksi total teratenuasi, kondisi step size 2 cm−1 dan range scanning 4,000–400 cm−1. Data struktur fisik seperti luas permukaan spesifik, ukuran pori, dan volume pori karbon mesopori dihitung oleh Brunauer-Emmett-Teller (BET, ASAP 2460). Prosedur untuk adsorben adalah sebagai berikut: karbon mesopori dihilangkan gasnya pada 60◦C selama 12 jam, dan kurva adsorpsi-desorpsi N2 diuji pada 196◦C untuk menghitung luas permukaan spesifik, ukuran pori, dan volume pori dari karbon mesopori. Penganalisis termogravimetri (TGA, STA 449 F3) adalah instrumen yang menggunakan termogravimetri untuk mendeteksi hubungan suhu-massa suatu zat, dan TGA mengukur massa suatu zat sebagai fungsi suhu di bawah kendali suhu program. Data TGA diperoleh dengan menggunakan TGA pada suhu berkisar antara 30 hingga 800◦C pada laju pemanasan 10◦C/menit di bawah atmosfer udara.
Analisis HPLC
Kandungan echinacoside dan acteoside dideteksi dengan kromatografi cair kinerja tinggi (HPLC, Waters Co., USA). Sistem ini mencakup autosampler, pompa bertekanan tinggi, dan detektor ultraviolet (UV). Analisis dilakukan pada kolom C18 asimetri (100Å, 5µm, 4,6 × 250 mm). HPLC menggunakan metode elusi gradien untuk memisahkan dan mendeteksi sampel. Volume loop injeksi adalah 10µm, suhu kolom adalah 30◦C, panjang gelombang deteksi spektrofotometer UV adalah 330 nm, laju alir 1 ml/menit dan fase gerak adalah (A) asetonitril dan (B) asam asetat /air (1:44, v/v).
Kesetimbangan Adsorpsi
Percobaan optimasi kondisi adsorpsi untuk CMK- 3 telah dilakukan dengan menggunakan campuran acteoside dan echinacosida dan pada kondisi optimal, minyak mentahekstrak Cistanche tubulosadilakukan pada percobaan siklus adsorpsi dan semua percobaan adsorpsi berulang kali dilakukan setidaknya 3. Dalam batch percobaan yang sama, karbon mesopori CMK-8 dan DMC dijalankan secara paralel dengan CMK-3. Tiga jenis karbon mesopori (CMK- 3, DMC, dan CMK-8) masing-masing 10 mg ditambahkan ke dalam tiga botol. Kemudian 15 mL larutan sampel dengan konsentrasi awal C0 (mg/mL) ditambahkan ke dalam botol. Botol ditempatkan dalam shaker suhu konstan 30◦C selama 24 jam sampai kesetimbangan adsorpsi tercapai. Kemudian 1 ml larutan adsorpsi disaring melalui filter 0,22µm dan konsentrasi kesetimbangan Ce (mg/mL) dari larutan sampel ditentukan dengan HPLC.
Eksperimen Desorpsi
Kemudian dilakukan percobaan desorpsi karbon mesopori. Karbon mesopori yang teradsorpsi di bawah 15 mL larutan campuran metanol/asam asetat (9:1, v/v), yang ditempatkan dalam penangas air ultrasonik selama 1 jam pada 30◦C. Larutan desorpsi yang diperoleh disaring dengan filter 0,22 sebelum dianalisis dengan HPLC. Kapasitas adsorpsi QE (mg/ml) dievaluasi sebagai berikut:
QE {{0}} (C0 Ce) · v/w (1)
(1) di mana V adalah volume larutan (mL) dan W adalah berat karbon mesopori (g)
HASIL DAN DISKUSI
Karakterisasi
Gambar 1 menunjukkan TEM dari tiga jenis karbon mesopori. DMC adalah jaringan berpori yang tidak teratur, CMK-8 adalah struktur jaringan berpori tiga dimensi, dan CMK-3 adalah struktur bergaris yang jelas dengan pori satu dimensi yang teratur, yang mirip dengan hasil yang dilaporkan ( Wang dkk., 2006; Luo dkk., 2010).
Gambar 2 menunjukkan spektrum FT-IR karbon mesopori (CMK-3, DMC, dan CMK-8) dan spektrum FT-IR sebelum dan sesudah adsorpsi CMK-3. Dapat dilihat dari Gambar 2A bahwa gugus fungsi pada permukaan karbon mesopori sebagian besar merupakan gugus yang mengandung oksigen. Bentuk keseluruhan spektrum untuk ketiga jenis karbon mesopori serupa. Karbon mesopori menunjukkan pita puncak pada 3.423 cm−1 mengacu pada pita vibrasi ulur OH. Pita pada daerah 1.580 dan 1.629 cm−1 sesuai dengan vibrasi regangan karbonil dan karboksil C=O. Selain itu, puncak yang terjadi pada 1.384 cm−1 ditemukan sebagai vibrasi regangan CO alkoholik dan vibrasi tarik pada 2.922 dan 2.852 cm−1 sesuai dengan CH pada gugus metilen dan metil, masing-masing. Ini menunjukkan bahwa gugus yang mengandung oksigen yang ada pada permukaan karbon mesopori dapat menyebabkan interaksi kimia yang lemah antara molekul PhGs dan karbon mesopori.
Gambar 2B menunjukkan spektrum FT-IR CMK-3 sebelum dan sesudah adsorpsi, akteosida, dan echinosida. Puncak karakteristik pada 1.697 cm−1 berasal dari C=C olefin pada akteosida dan echinosida, sedangkan pita pada wilayah 1.519–1.423 cm−1 berhubungan dengan puncak vibrasi regangan cincin aromatik C{{ 12}}C dalam acteoside dan echincoside. Getaran tarik pada 1.604 cm−1 adalah ikatan C=O dan puncak pada 1.157 cm−1 disebabkan oleh getaran regangan ikatan eter pada akteosida dan echinacoside. Dibandingkan dengan spektrum FT-IR CMK-3 sebelum adsorpsi, spektrum FT-IR CMK-3 setelah adsorpsi muncul puncak-puncak baru yang termasuk ke dalam puncak karakteristik akteosida dan echinacoside.
Isoterm adsorpsi-desorpsi N2 merupakan parameter penting untuk adsorpsi PhGs pada CMK-3 dan perbandingan struktur adsorben. Gambar 3 menunjukkan isoterm adsorpsi-desorpsi N2 masing-masing CMK-3, CMK-8, DMC, dan CMK-3 setelah adsorpsi PhGs. Seperti dapat dilihat dari Gambar 3, isoterm karbon mesopori mirip dengan isoterm tipe IV dimana jenis isoterm ini didominasi mesopori, di mana kisaran ukuran pori antara 2 dan 50 nm (Sanz Pérez et al. , 2019). Kesenjangan antara isoterm adsorpsi dan desorpsi disebut sebagai loop histeresis yang disebabkan oleh reaksi kondensasi kapiler. Untuk reaksi kondensasi kapiler, kondensasi kapiler terjadi terlebih dahulu pada pori-pori terkecil (Barsotti et al., 2016). Hal ini menunjukkan bahwa CMK-3 memiliki mesopori yang lebih kecil dibandingkan dengan DMC dan CMK-8, yang sesuai dengan hasil Tabel 1. Isoterm CMK-3 menunjukkan loop histeresis H1 yang indikasi pengisian pori yang cepat terkait dengan kondensasi kapiler dan struktur pori CMK-3 cukup teratur. Isoterm DMC menunjukkan loop histeresis H3, histeresis jenis ini memiliki pori-pori yang tidak teratur karena jaringan pori-pori yang menyebabkan struktur adsorben berpori tidak terdefinisi. Isoterm CMK-8 menunjukkan loop histeresis H2, menunjukkan bahwa struktur pori rumit dan distribusi ukuran pori tidak merata.
Isoterm adsorpsi-desorpsi N2 dari CMK-3 dibandingkan sebelum dan sesudah adsorpsi PhGs. Isoterm CMK-3 setelah adsorpsi juga mirip dengan isoterm tipe-IV pada Gambar 3B. Hal ini menunjukkan bahwa CMK-3 mempertahankan struktur mesoporinya setelah adsorpsi. Seperti dapat dilihat dari Tabel 1, permukaan spesifik dan volume pori CMK-3 setelah adsorpsi menunjukkan penurunan yang nyata, luas permukaan spesifik CMK-3 sebelum dan sesudah adsorpsi menurun dari 1,{{18 }}98,02 menjadi 227,75 m2 /g, dan volume pori berkurang dari 1,32 menjadi 0,42 cm3 /g. Hal ini menunjukkan bahwa molekul PhGs teradsorpsi pada CMK-3
Table 1 summarized the BET-specific surface area, pore-volume, and pore size of the four samples. The BET surface areas of CMK-3, DMC, and CMK-8 were 1,098.02, 430.42, and 596.00 m2 /g, and the pores volume were 1.32, 0.70, and 0.85 m3 /g, respectively. The pore size of CMK-3 was 4.31 nm, lower than that of CMK-8 (9.58 nm) and DMC (5.18 nm). It can be seen that the pore volume and specific surface area follow the order: CMK-3 >CMK-8 >DMC, while pore size follows the order: DMC >CMK-8 >CMK-3.
Gambar 4 menunjukkan kurva TGA dari tiga jenis karbon mesopori (CMK-3, CMK-8, dan DMC). Seperti dapat dilihat dari Gambar 4, ketiga jenis karbon mesopori semuanya memiliki dua tahap kehilangan massa yang berbeda: tahap pertama kehilangan massa disebabkan oleh penguapan uap air dalam karbon mesopori sebelum 100◦C, tahap kehilangan massa kedua. CMK- 3, DMC dan CMK-8 kira-kira terjadi pada 660, 427, dan 615◦C, masing-masing, yang sesuai dengan dekomposisi termal oksidatif bahan karbon mesopori. Terlihat bahwa suhu dekomposisi termal CMK-3 lebih tinggi dari CMK-3 dan CMK-8, stabilitas termal CMK-3 lebih baik daripada CMK{ {14}} dan DMC.
