磁性大孔树脂对血红素吸附性能研究_王磊.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .磁性大孔树脂对血红素吸附性能研究王 磊，孙 月，胡 宇，纪登杰，陈 丽，（江苏海洋大学药学院，江苏 连云港；江苏海洋大学江苏省海洋资源开发研究院，江苏 连云港；江苏省海洋生物产业技术协同创新中心，江苏 连云港）摘 要：以血红素为吸附模型，制备一种可以有效吸附血红素的磁性大孔树脂，研究其吸附性能。比较磁性大孔树脂与 种普通树脂对血红素的吸附性能，发现磁性大孔树脂对血红素的吸附效能最好，在 吸附率达到最大为.。采用响应面法优化吸附条件。结果表明，磁性大孔树脂吸附血红素的最优条件为：料液浓度为 、反应温度为 、反应时间为.。在此条件下，血红素的吸附量在（.），与理论值误差为.。关键词：磁性大孔树脂；血红素；吸附；响应面优化中图分类号：.；.文献标志码：文章编号：（）基金项目：江苏省海洋科技创新专项项目（：）；江苏省“工程”高层次人才培养资金资助项目（：）；连云港市“高层次人才培养工程”资助项目（：）。第一作者：王磊（），男，在读硕士，研究方向为磁性高分子材料制备及分离生物活性物质。通讯作者：陈丽（），女，教授，研究方向为海洋生物多糖、蛋白质、多肽等活性成分的高值利用研究与产品开发等。，（，；，；，）：，.，.：，.，（.），.：；血红素（）是由原卟啉 与 结合而成，与珠蛋白结合成血红蛋白，负责运输氧气，并在某些酶蛋白中作为电子传递反应的载体。血红素作为重要的生化药品，用于制备抗癌药血卟啉、辅助治疗铅中毒和缺铁性贫血，还可以用作发色剂及人工色素的替代品，在食品与医药和化工等行业的应用颇多。大孔树脂是一种利用分子间作用力进行吸附的非离子型多孔性高聚物吸附剂，因其具有稳定、不溶解酸碱以及有机溶剂等特性，常被应用于有机化合物的分离和富集。磁性大孔树脂是利用无机磁性纳米颗粒以及高分子聚合物复合而成，具有较好顺磁性能，并具有良好分散性，比表面积大的特点。磁性大孔树脂是用无机磁性纳米颗粒与高分子聚合物复合而成，这种改性物质具有很好的顺磁性和较好分散性、比表面积大，可偶联生物分子容量大，生物相容性好，可以外加磁场吸引等特性，同时具有磁性材料和一般树脂的优点。本论文制备了磁性大孔树脂，并比较了其与 种普通树脂对血红素的吸附性能，为血红素的进一步利用和功能开发提供基础。实 验.材 料实验试剂：血红素标准品；、油酸、液体石蜡、无水乙醇、甲苯、过氧化苯甲酰、苯乙烯、二乙烯苯、冰乙酸为分析纯。大孔树脂：树脂、树脂、树脂、树脂、树脂，陕西领盛材料科技有限公司。实验仪器：型电热恒温鼓风干燥箱烘箱；广 州 化 工 年 月型电子分析天平；型恒温水浴锅；型酶标仪；型恒温振荡箱；型机械搅拌器；型真空干燥箱。.方 法.血红素标准曲线绘制取适量的血红素标准品，在 烘干至恒重。精确称取.，.的 溶液溶解并定容至 。分别量取.、.、.、.、.、.、.血红素储备液，分别置于 容量瓶内，用.的 定容至刻度，摇匀。以.的 为空白样，以 处测的吸光值绘制标准曲线，标准曲线方程为 .，.。.磁性大孔树脂的制备称取.和.溶解在 去离子水中，通入 保护，在 水浴下搅拌并加入，调节 至，反应 后，加入.油酸，得到改性的，用去离子水洗涤，于 真空干燥，保存备用。取 三口烧瓶中，加入.过氧化苯甲酰和 水，水浴加热，并进行机械搅拌溶解，恒温 。将.苯乙烯、.二乙烯苯、.甲苯和.置于烧杯中，超声使其分散均匀。将烧杯中的混合液加入到上述三口烧瓶中，并通入，于 水浴，缓缓滴加.的改性 纳米颗粒，滴加完毕，温度升至 ，恒温反应 后，冷却至室温，磁分离，使用无水乙醇洗涤 次，真空干燥，得到磁性大孔树脂。.大孔树脂预处理各取适量 种大孔树脂置于烧杯中，分别用无水乙醇、和 乙酸浸泡 ，去离子水洗涤至中性，干燥备用。.血红素的吸附性能比较准确称取预处理过的磁性大孔树脂和大孔树脂、和 .分别置于试管中，加入 血红素溶液 ，在温度 、振荡速度 条件下进行反应，分别在.、.、.、.、.、.时，采用磁分离，取上清液，测定血红素浓度。吸附率（）计算公式如下：吸附率（）式中：血红素溶液初始浓度，上清液中血红素浓度，初始溶液体积，取完上清液后溶液剩余体积，.磁性大孔树脂吸附血红素的条件研究（）不同浓度的血红素对吸附量的影响称取.磁性大孔树脂置于锥形瓶中，分别加入浓度为、的血红素、，置于恒温振荡器，温度 、振荡速度 ，后取上清液，测定溶液中血红素含量，计算吸附量。吸附量（）计算公式如下：吸附量（）式中：初始血红素的浓度，吸附后上清液血红素的浓度，初始溶液体积，树脂质量，（）不同反应时间对吸附量的影响称取.磁性大孔树脂置于锥形瓶中，加入 浓度为 的血红素溶液，置于恒温振荡器，温度、振荡速度 ，分别在.、，测定溶液中血红素含量，计算吸附量。（）不同反应温度对吸附量的影响称取.磁性大孔树脂置于锥形瓶中，加入 浓度为 的血红素溶液，置于恒温振荡器，温度分别设置为、，振荡速度 ，.后取上清液，测定溶液中血红素含量，计算吸附量。.响应面优化磁性大孔树脂吸附血红素根据单因素实验结果，将料液浓度、反应温度、反应时间作为吸附考察的 个因素，采取每个因素 个水平，使用.软件中响应面设计程序的 设计，产生 个试验。结果分析.吸附性能比较结果 种树脂对血红素吸附性能进行比较，结果见图。图 磁性大孔树脂和 大孔树脂对血红素的静态吸附曲线.图 显示 种树脂对血红素的静态吸附总体趋势相同，吸附率随着时间的增长而逐渐增大，最后趋于稳定。磁性大孔树脂吸附率明显高于其他 种树脂，且在吸附 后即可达到吸附平衡状态，这表明磁性大孔树脂具有更强的吸附能力。.磁性大孔树脂吸附血红素的条件研究结果.不同浓度的血红素对吸附量的影响图 不同浓度的血红素对吸附量的影响.图 表明在料液浓度小于 时，吸附量随着料液料第 卷第 期王磊，等：磁性大孔树脂对血红素吸附性能研究 液浓度的增大而升高，料液浓度大于 时，吸附量基本达到平衡，此时吸附量为.。这可能是由于样液浓度升高到一定程度，磁性大孔树脂表面接触到的血红素的量过多，从而影响血红素在树脂内部的扩散，导致吸附量有所下降。.不同反应时间对吸附量的影响图 表明随着吸附时间的增加，吸附量在不断升高，当吸附时长达到.后，吸附量基本达到稳定，此时吸附量为.。图 不同反应时间对吸附量的影响.不同反应温度对吸附量的影响图 表明随着温度升高，吸附量先增大后略微降低，在 时吸附量达到最大值为.，这可能是由于吸附达到了平衡，温度的升高会使吸附量略微下降。在低温条件下，短时间内吸附达不到平衡，而升高温度会使吸附速率加快，并出现吸附量增加的情况。图 不同反应温度对吸附量的影响.响应面优化磁性大孔树脂吸附血红素.响应面数据分析根据上述磁性大孔树脂对血红素的吸附的单因素实验，确定吸附条件优化因素水平见表，采用响应面曲面法优化，方案及结果见表。经多元拟合得到磁性大孔树脂吸附血红素的回归方程为：.（.）（.）（.）.使用响应面优化法研究各个影响因素对磁性大孔树脂吸附效果的影响，结合方差分析。表 磁性大孔树脂吸附条件优化因素水平 水平因素（）料液浓度（）（）反应温度（）反应时间.表 磁性大孔树脂吸附优化试验表 试验号吸附量（）.表 和表 是吸附量方差分析及回归方程可信度的结果。表 中的 值表示影响因素对模型的显著性，该回归模型的.，失拟项.，说明该模型的回归方程具有较高的拟合度，并且误差小，可以用来对不同吸附条件下吸附效果进行分析和预测。通过 值可以看出各因素的影响程度为：料液浓度（）反应温度（）反应时间（），即对吸附效果最有影响的因素是料液浓度，其次是反应温度，反应时间影响最小。表 中拟合度 是代表回归方程的可靠性，该值越接近，方程的越可靠，该模型 为.，说明该模型回归方程可靠性较高。解释度 是回归方程的校正后可以解释的响应值变化。回归方程信噪比（）.，表明该回归方程较好，完全有效。广 州 化 工 年 月表 磁性大孔树脂吸附量响应面曲面方差分析表 方差来源总和自由度均方 值 值显著性回归模型.显著.残差.失拟项.不显著纯误差.总误差.表 回归方程可信度 项目拟合度解释度信噪比置信度.吸附量.响应面模型分析各个因素之间的交互作用响应面图如图 所示，从 图可以看出随着反应温度、反应时间、料液浓度 个因素的增长，比吸附量出现先升高后下降的趋势，图出现陡峭，说明 个因素之间交互影响明显。图 交互作用的响应面图.模型验证利用响应面软件分析得到最佳吸附条件为反应温度.、料液浓度.、反应时间.，此时有最佳吸附量.。与单因素实验得出的反应温度 、料液浓度 、反应时间 ，最 佳 吸 附 量.，高 出.。为了验证试验的可行性，结合实验的客观可操作性，按照反应温度、料液浓度 、反应时间.进行 次平行试验，结果发现，血红素的吸附量在（.），与响应面模型预测结果基本相同。结 论该实验通过制备磁性大孔树脂，研究其对血红素的吸附性能。与 种普通树脂进行吸附性能对比发现：磁性大孔树脂吸附.达到平衡，吸附率为.，吸附性能高于其他 种普通树脂。通过单因素和响应面优化结果来看，当反应温度在、料液浓度为 、反应时间为.时，磁性大孔树脂吸附血红素吸附量达到（.），与理论值误差为.。参考文献 杨生忠，韩学燕，李宗文，等.牦牛血液氯化血红素的分离提纯及工艺优化研究中国畜牧兽医，（）：.马志科，昝林森.血红素的应用与提取方法动物医学进展，（）：.张慧群.血红素的催化性质以及抗氧化性能的研究西安：西北大学，.马琳，孙墉.血红素的医药用途海峡药学，（）：.杜雪岩，夹书根，姚莹.磁性大孔吸附树脂的悬浮聚合制备与结构性能表征材料导报，（）：，.吴雪辉，郭祀远，李琳.磁性阳离子交换树脂的化学转化制备及机理研究高分子材料科学与工程，（）：.侯梦阳，胡文忠，修志龙，等.大孔吸附树脂富集纯化玳玳花总黄酮中成药，（）：.边秀芳，岳田利.磁性大孔树脂对苹果渣多酚的吸附解吸效能西北农业学报，（）：.（下转第 页）广 州 化 工 年 月表 不同活性物添加量组合的样品所对应的测试结果 测试样品添加活性物和添加量即时改善率 长期改善率 组合 样品.积雪草提取物.舒缓多肽.组合 样品.积雪草提取物.舒缓多肽.由表 可以看出，当积雪草提取物的添加量保持.不变，以舒缓多肽的添加量作为变量，舒缓多肽的添加量为.时，即时改善效果略优于舒缓多肽添加量为 的样品，而长期改善效果则舒缓多肽添加量为 的样品更优些。出现这种情况的原因是舒缓多肽中的主要舒缓活性物质为多肽，皮肤在接触到多肽物质时会有相应的免疫反应来分解多肽，而这一反应呈现出来即为对皮肤有轻微刺激性。当舒缓多肽的添加量为 时，出现的刺激会略高于添加量为.的样品，这也是.的样品即时效果更好的原因。但针对长期效果而言，舒缓多肽的添加量还是适当提高更好。鉴于.舒缓多肽的样品的即时效果更佳且长期效果也与 舒缓多肽样品接近，再结合整体成本，最终选择组合 样品，添加活性物和添加量为.积雪草提取物.舒缓多肽。此外，配方调整后的样品经过单位组织人员试用，上脸均未反馈刺激情况。.稳定性测试按照配方表进行打样，并对样品进行稳定性观察，结果见表。由表 可知，样品的高温、低温、常温和光照样品基本均无异常，稳定性良好。表 稳定性测试结果 低温（）高温（）常温光照样品无异常样品无异常样品无异常样品无异常 结 论选择积雪草提取物和舒缓多肽作为舒缓活性物制备了面膜，经过人体功效测试，在积雪草提取物的添加质量分数.的面膜的长期改善效果较好；在积雪草提取物添加量为.时，增加舒缓多肽有利于提高面膜的即时舒缓改善率，并且该样品经过试用上脸无刺激感。结合功效测试数据与配方成本，舒缓活性物组合最终选择.积雪草提取物.舒缓多肽 这一组合。同时所制备的面膜在高温、低温、常温和光照样品基本均无异常，稳定性良好。开发的舒缓面膜的功效性较好，具有较好的市场应用前景。参考文献 李黎仙，高鹰，孔祥烨，等.舒缓修复面膜制备及效果观察香料香精化妆品，（）：.聂艳峰.积雪草提取物的制备及其在化妆品中的应用广州：暨南大学，.谢升阳.积雪草苷多孔微球的制备及其对创伤修复作用的研究杭州：浙江大学，.王菲菲.一种舒