戴曉峰，方桂珍

（東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

苦味酸-羧甲基纖維素酯的穩(wěn)定性及其對(duì)維生素B6的吸附性能

戴曉峰，方桂珍*

（東北林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

苦味酸羧甲基纖維素酯（CMC-PA）是一種對(duì)肌酐具有良好吸附性能的新型纖維素衍生物，在前期苦味酸羧甲基纖維素酯（CMC-PA）合成和對(duì)肌酐的吸附性能分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究其穩(wěn)定性以及對(duì)維生素B6的吸附性能。在模擬人體生理介質(zhì)的條件下，采用紫外分光光度法（UV），以358nm為測(cè)定波長，分析了pH、水解時(shí)間以及放置時(shí)間對(duì)CMC-PA穩(wěn)定性的影響；以303nm為測(cè)定波長，測(cè)定了在不同吸附時(shí)間下CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附性能。研究結(jié)果表明，4～6h在pH分別為1、2、8的緩沖溶液中，CMC-PA的水解率分別為0.47%～0.69%、0.213%～0.226%、1.318%～ 1.418%，室溫下放置2、4、6、8個(gè)月后，37℃時(shí)對(duì)肌酐的吸附容量與新制CMC-PA相比沒有發(fā)生明顯的變化。另外，CMC-PA在不同時(shí)間條件下，對(duì)維生素B6沒有明顯的吸附。

苦味酸羧甲基纖維素酯，水解率，苦味酸，維生素B6吸附

羧甲基纖維素鈉（CMC）是一類重要的離子型纖維素的衍生物，具有獨(dú)特增稠性、懸浮性、黏合性及水分保持特性等，被應(yīng)用于食品、石油、日用化工等領(lǐng)域[1]。歐盟食品標(biāo)準(zhǔn)局已經(jīng)批準(zhǔn)羧甲基纖維素為添加劑，作為E466標(biāo)記的乳化劑、穩(wěn)定劑、增稠劑、膠凝劑類[2-3]。在我國也被用于冷飲、冷食、方便面、酸奶、果汁、酸性乳飲料等眾多食品[4]。慢性腎功能衰竭病因主要是體內(nèi)積蓄了大量的毒素，因此去除體內(nèi)過量的毒素是治療慢性腎衰竭的關(guān)鍵，其中尿素和肌酐是患者體內(nèi)積聚的兩種重要毒素。有研究者進(jìn)行了氧化纖維素、包覆包醛氧淀粉和酶制劑等吸附作用研究[5-9]，取得了很好的進(jìn)展，但是，目前具有較高吸附容量的吸附劑和吸附材料還很少。而對(duì)多糖進(jìn)行化學(xué)改性是將天然的大分子聚合物變成可再生資源的另一種重要途徑。作者以羧甲基纖維素（CMC）為骨架物質(zhì)，依據(jù)肌酐在高溫下及堿性條件下可與硝基苯衍生物發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)[10-11]的特性，采用條件溫和的酰氯化合成的方法，設(shè)計(jì)合成一種新型的、對(duì)慢性腎衰竭具有輔助治療作用和具備膳食纖維特性的纖維素衍生物-苦味酸-羧甲基纖維素酯（CMC-PA）。在模擬人體生理介質(zhì)的條件下，測(cè)定了CMC-PA對(duì)肌酐的吸附性能，分析了吸附動(dòng)力學(xué)曲線和吸附等溫曲線。研究結(jié)果表明，CMC-PA對(duì)肌酐有較好的吸附性能，吸附平衡時(shí)間為10h，對(duì)肌酐的最大吸附量為1.75mg/g。肌酐在CMC-PA上的吸附平衡符合Freundich方程，說明主要是化學(xué)吸附，且吸附指數(shù)（1/n）小于1，表明吸附為“優(yōu)惠吸附”[12]，但是也存在著物理吸附。盡管苦味酸羧甲基纖維素酯對(duì)肌酐具有良好的吸附性，但是CMC-PA降解的產(chǎn)物苦味酸為酸性物質(zhì)，會(huì)刺激胃腸黏膜，對(duì)人體健康產(chǎn)生副作用。另外，做為一種口服吸附劑，其對(duì)體內(nèi)的重要物質(zhì)維生素B6（維生素B6為人體內(nèi)某些輔酶的組成成分，參與多種代謝反應(yīng)）是否也具有吸附性有待研究。因此本論文在前期研究基礎(chǔ)上，模擬人體生理介質(zhì)的條件下，分析pH、水解時(shí)間以及放置時(shí)間對(duì)CMC-PA穩(wěn)定性的影響，并且測(cè)定在不同條件下對(duì)維生素B6的吸附性能，為其做為吸附材料應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羧甲基纖維素鈉（CMC） 宜興市通達(dá)化學(xué)有限公司；苦味酸（分析純，PA）、高碘酸鈉 天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；維生素B6惠世生化試劑有限公司；肌酐、吡啶、氯化亞砜 均為分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心。

SHZ-82A興恒溫振蕩器 常州國華電器有限公司；Tu-1800PC紫外分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；XS205電子精密天平 梅特勒-托力多儀器上海有限公司。

1.2 苦味酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

用不同pH的緩沖溶液分配制苦味酸溶液，在200～400nm范圍內(nèi)進(jìn)行吸光度-波長掃描，選定其最大吸收波長。配制不同濃度的苦味酸溶液，分別測(cè)定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3 維生素B6標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

用pH=7.3的緩沖溶液配制維生素B6溶液，緩沖溶液是由分析純的磷酸二氫鉀和氯化鈉（其濃度分別為0.01mol/L和0.14mol/L）配制而成，在250～400nm范圍內(nèi)測(cè)定其最大吸收波長。配制不同濃度的維生素B6溶液，分別測(cè)定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.4 苦味酸羧甲基纖維素酯的合成

按照文獻(xiàn)[13]的合成方法。

1.5 苦味酸羧甲基纖維素酯穩(wěn)定性分析測(cè)定方法

1.5.1 苦味酸氧化羧甲基纖維素酯在模擬人體生理?xiàng)l件下的水解穩(wěn)定性分析 按照文獻(xiàn)[14]分別配制pH1、2、8的緩沖溶液待用，在5個(gè)50mL的錐形瓶中，分別加入50mg CMC-PA試樣和10mL pH為1的緩沖溶液，在37℃的恒溫振蕩水浴中分別溶解2、4、6、8、24h，過濾。以pH1的緩沖溶液為空白，用紫外分光光度計(jì)法測(cè)定溶液中苦味酸的濃度，根據(jù)下式計(jì)算不同水解時(shí)間CMC-PA的水解率：

式中，Ci—第i次取樣測(cè)得苦味酸的濃度，g/L；Vi—第i次取樣時(shí)溶液的體積，L；M0—苦味酸的分子質(zhì)量，g/mol；m-稱取CMC-PA的干基質(zhì)量，g；M-苦味酸羧甲基纖維素酯的分子質(zhì)量，g/mol。

CMC-PA在pH2、8的緩沖溶液中水解率的測(cè)定方法同上。

1.5.2 苦味酸-羧甲基纖維素酯放置穩(wěn)定性分析 將CMC-PA在空氣中放置2、4、6、8個(gè)月，再次測(cè)量其對(duì)肌酐的吸附容量[15]的變化。

1.6 苦味酸-羧甲基纖維素酯對(duì)維生素B6的吸附測(cè)定方法

用蒸餾水配制透析液，各組成的濃度為：Na+132.5mmol/L，K+1.0mmol/L，Ca2+1.75mmol/L，Mg2+0.50mmol/L，Cl-98.0mmol/L和Ac-40.0mmol/L，再用透析液配制成含維生素B6濃度為100mg/L的維生素B6的透析液。

精確稱取0.050g CMC-PA試樣，稱取10mL的100mg/L的維生素B6溶液，在37℃的振蕩水浴上分別吸附2、4、6、8h后，過濾，濾液用紫外分光光度法測(cè)定殘余的維生素B6濃度。按下式計(jì)算CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附容量：

式中：C0為吸附前溶液中維生素B6的濃度，mg/L；C為吸附后溶液中維生素B6的濃度，mg/L；W為稱取吸附劑的干基質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 苦味酸羧甲基纖維素酯穩(wěn)定性分析原理

苦味酸羧甲基纖維素酯的不穩(wěn)定性主要是在酸或堿的催化作用下發(fā)生酯水解生成羧甲基纖維素和苦味酸；另一方面，苦味酸羧甲基纖維素酯在室溫下放置一段時(shí)間，也有可能發(fā)生一系列的斷鍵反應(yīng)。反應(yīng)方程式如圖1。

圖1 苦味酸-羧甲基纖維素酯的水解反應(yīng)方程Fig.1 Equation of hydrolysis reaction of CMC-PA

因此苦味酸-羧甲基纖維素酯的穩(wěn)定性可以通過水解后苦味酸濃度的變化進(jìn)行分析。

2.2 苦味酸-羧甲基纖維素的穩(wěn)定性分析

2.2.1 苦味酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 以蒸餾水為空白，在250～600nm范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，紫外光譜如圖2所示。其中1、2、3曲線分別為25、20、10mg/L的苦味酸溶液的紫外吸收曲線，可以看出苦味酸溶液在358nm處最大吸收峰，吸光度隨濃度的變化而變化。圖3為不同pH條件下22mg/L苦味酸溶液的紫外吸收峰。其中1、2、3曲線分別為pH1、2、8緩沖溶液下的紫外吸收曲線。從圖3中可以看出，358nm處的吸收峰不受pH的影響，故可以選擇358nm為測(cè)定波長。

配制不同濃度梯度的苦味酸標(biāo)準(zhǔn)溶液，以蒸餾

圖2 不同濃度的苦味酸溶液的紫外吸收光譜Fig.2 UV spectra of PA solution in different concentrations

圖3 不同pH條件下苦味酸溶液的紫外吸收光譜Fig.3 UV spectra of PA solution in different pH buffer solution

水為空白，在358nm處測(cè)其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖4所示。當(dāng)苦味酸質(zhì)量濃度在0～30mg/L時(shí)，吸光度與濃度之間存在良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：y=0.0586x，線性相關(guān)系數(shù)R2＝0.9984，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法可以測(cè)定苦味酸的濃度。

圖4 苦味酸溶液的標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線Fig.4 The standard curve of PA solution

圖5 CMC-PA在pH1緩沖溶液中的水解率Fig.5 Hydrolysis rate curves of CMC-PA in buffer solution of pH1

2.2.2 CMC-PA在不同pH條件下的穩(wěn)定性 作為肌酐等有害物質(zhì)的吸附劑，其使用過程中的穩(wěn)定性是很重要的，依據(jù)CMC-PA作為吸附劑主要在腸道吸收肌酐，分析了在胃的酸性環(huán)境中（pH1～2）和在腸的偏堿性環(huán)境中（pH8）的不同pH透析液中CMC-PA穩(wěn)定性，圖5是在37℃時(shí)，CMC-PA在pH1的緩沖溶液中的水解作用曲線?？梢钥闯鲈谒嵝詶l件下，CMCPA的水解率隨時(shí)間的增加而緩慢增加，24h仍然沒有達(dá)到平衡，水解率可達(dá)到1.75%。而食物在胃中的停留時(shí)間大約在4～6h，CMC-PA的水解率在這段時(shí)間內(nèi)最高值僅為0.69%，CMC-PA水解率很低，所水解產(chǎn)生的苦味酸的濃度很低，對(duì)胃的刺激作用很小。

圖6是在37℃時(shí)，CMC-PA在pH2的緩沖溶液中的水解作用曲線。從圖中可以看出，隨著時(shí)間的增加其水解率緩慢增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)6h后迅速增加，24h基本達(dá)到平衡。水解率在4～6h為0.213%～0.226%，與圖5相比其水解的趨勢(shì)大致相同，最大水解率略低，主要是由于酸度對(duì)酯的水解具有催化作用，酸性越強(qiáng)，其水解越明顯。而CMC-PA做為口服吸附劑，在模擬胃中的酸性條件下，其水解率很低，而且穩(wěn)定性比較好，可以通過胃的酸性環(huán)境到達(dá)腸道。

圖6 CMC-PA在pH2緩沖溶液中的水解率Fig.6 Hydrolysis rate curves of CMC-PAin buffer solution of pH2

圖7是37℃時(shí)，CMC-PA在pH8的緩沖溶液中的水解曲線。隨時(shí)間的增加其水解率逐漸增加，24h仍沒有達(dá)到平衡，此時(shí)水解率為3.629%。而食物在腸中的停留時(shí)間約為4～6h，這段時(shí)間CMC-PA的水解率為1.318%～1.418%。與酸性條件下相比，堿性條件下其水解率更高，主要由于堿性條件下對(duì)酯水解的催化效果更好，使平衡向水解方向移動(dòng)。另外，水解的苦味酸在堿性條件下可以生成醇鈉，進(jìn)一步使平衡向著水解方向移動(dòng)。人體的消化周期大約在10h左右，在這段時(shí)間內(nèi)CMC-PA水解率很低，穩(wěn)定性較好。

圖7 CMC-PA在pH8緩沖溶液中的水解率Fig.7 Hydrolysis rate curves of CMC-PA in buffer solution of pH8

2.2.3 CMC-PA的放置穩(wěn)定性分析 CMC-PA在空氣中分別放置2、4、6、8個(gè)月后，在37℃條件下分別對(duì)肌酐的吸附容量進(jìn)行測(cè)定[16]，從表1中可以看出，其吸附容量并沒有太大的變化，可以推斷出CMC-PA在室溫下放置穩(wěn)定性較好。

表1 不同放置時(shí)間下CMC-PA對(duì)肌酐的吸附容量Table 1 The adsorption capacity of creatinine on CMC-PA in different time

2.3 CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附性能分析

2.3.1 維生素B6溶液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 圖8為用pH7.3的緩沖溶液配制的濃度為100mg/L的維生素B6溶液的紫外吸收曲線，在303nm處有最大的吸收波長，故選擇此波長為最終測(cè)定波長。配制不同濃度的維生素B6標(biāo)準(zhǔn)溶液，以緩沖液為空白，在303nm處測(cè)其吸光度，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖9所示。當(dāng)維生素質(zhì)量濃度在0～100mg/L時(shí)，吸光度與濃度之間存在良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：y=0.0235x，線性相關(guān)系數(shù)R2＝0.9681。

圖8 維生素B6溶液的紫外吸收光譜Fig.8 UV spectra of vitamin B6

圖9 維生素B6溶液的標(biāo)準(zhǔn)濃度曲線Fig.9 The standard curve of vitamin B6

2.3.2 CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附性能 維生素B6為人體內(nèi)某些輔酶的組成成分，參與多種代謝反應(yīng)，可作為蛋白質(zhì)代謝中轉(zhuǎn)氨酶、脫羧酶、消旋酶和脫水酶的輔酶而參與所有氨基酸的生物合成和分解代謝，缺少它，人吃下去的蛋白質(zhì)就無法分解轉(zhuǎn)化為人體自身的蛋白質(zhì)，會(huì)出現(xiàn)抽筋、嘔吐等病癥。當(dāng)維生素B6含量過低時(shí)，脂類代謝能力會(huì)下降，從而出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化等不良反應(yīng)[17]。

CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附性能見表2，從表2中可以看出CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附性能非常小，而且吸附量隨吸附時(shí)間的增加并沒有發(fā)生任何趨勢(shì)性的變化，表明由于CMC-PA是高分子結(jié)構(gòu)，具有卷曲結(jié)構(gòu)。而且從圖10中可以看出維生素B6具有的主要官能團(tuán)為羥基，與CMC-PA的主要官能團(tuán)硝基和羥基不易發(fā)生化學(xué)作用。因此CMC-PA對(duì)維生素B6之間主要是存在一定量的物理吸附，使維生素B6附著在纖維素衍生物的表面上，但是其量很少，不會(huì)對(duì)維生素B6的人體吸收產(chǎn)生影響。

表2 不同吸附時(shí)間條件下CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附容量Table 2 The adsorption capacity of vitamin B6on CMC-PA in the condition of different adsorption time

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)在苦味酸-羧甲基纖維素酯合成以及對(duì)肌酐吸附性能研究的基礎(chǔ)上，模擬人體生理介質(zhì)的條件下，分析pH、水解時(shí)間以及放置時(shí)間對(duì)CMC-PA穩(wěn)定性的影響，并且測(cè)定在不同條件下對(duì)維生素B6的吸附性能，研究結(jié)果表明：

CMC-PA是一種性能穩(wěn)定的吸附劑，CMC-PA在pH分別為1、2、8的緩沖溶液中水解4～6h的水解率分別為0.47%～0.69%、0.213%～0.226%、1.318%～1.418%。室溫下放置2、4、6、8個(gè)月后，37℃時(shí)對(duì)肌酐的吸附性能相比新制的CMC-PA沒有發(fā)生明顯的變化，證明其具有良好的穩(wěn)定性。

CMC-PA不影響維生素B6的吸收：CMC-PA對(duì)維生素B6的吸附容量很小，并且沒有任何趨勢(shì)性的變化，可能是由于CMC-PA對(duì)維生素B6存在一定量的物理吸附，使維生素B6附著在纖維素衍生物的表面上。

CMC-PA是一種新型的纖維素衍生物，具有作為功能性食品與藥品原料開發(fā)的價(jià)值，今后將進(jìn)一步加強(qiáng)其使用安全性、對(duì)尿素類物質(zhì)吸附等方面的研究。

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Stability of carboxymethylcellulose picric acid ester and adsorption property of vitamin B6

DAI Xiao-feng，F(xiàn)ANG Gui-zhen*（College of Material Science and Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）

Carboxymethylcellulose picric acid ester（CMC-PA）was a new type of cellulose derivatives with good adsorption performance for creatinine，on the basis of the early synthesis of CMC-PA and the adsorption properties for creatinine analysis，its stability and the absorption performance of vitamin B6were further studied. The stability properties of CMC-PA were studied under simulated body conditions，determined at 358nm by UV spectrum.The influence of pH，hydrolysis time and storage period to stability of CMC-PA was studied.At different times，CMC-PA on the adsorption properties of vitamin B6was measured for the determination of the wavelength to 303nm.The results showed that in the buffer solution of pH1，2，8，the hydrolysis rate of CMC-PA was 0.47%～0.69%，0.213%～0.226%，1.318%～1.418%between 4 to 6 hours respectively.When CMC-PA was exposured at room temperature for 2，4，6，8 months，the saturated adsorption capacity of CMC-PA for creatinine didn't change obviously compared with new-made CMC-PA.In addition，CMC-PA had no obvious adsorption of vitamin B6at different time conditions.

carboxymethylcellulose picric acid ester；hydrolysis rate；picric acid；adsorption property of vitamin B6

TS201.2

A

1002-0306（2012）05-0101-05

2011－01－11 *通訊聯(lián)系人

戴曉峰（1985-），男，碩士研究生，研究方向：纖維素功能材料。

東北林業(yè)大學(xué)論文資助項(xiàng)目（j2am02）；高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金資助項(xiàng)目（20060225008）。