一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物及其制备方法

本发明涉及新型高分子功能材料
技术领域：
，具体涉及一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物及其制备方法。
背景技术：
：我国是大豆之乡，豆粕是大豆提取豆油后得到的一种副产品，通常被用作动物饲料。研究学者从豆粕中提取出了非常引人注目的一类物质---大豆异黄酮，它是大豆中一类多酚化合物的总称，迄今为止，在大豆中发现的天然存在的异黄酮共有十二种，其中，大豆苷元是活性最强的化合物之一。大豆苷元(daidzein，c15h10o4)的化学名为4’,7-二羟基异黄酮，它的药理作用非常丰富，可以被用来预防心血管疾病和骨质疏松症，治疗妇女更年期综合症、结肠癌、前列腺癌和乳腺癌，而且其无明显的毒副作用。因此，大豆苷元得到了广泛的关注和重视。如果我国的豆粕仅用作动物饲料，这势必造成大豆中高营养物质的极大浪费。因此，对豆粕进行深加工是大豆行业发展的必由之路，研究大豆苷元提取纯化的新方法和新工艺意义重大。目前，关于大豆苷元的提纯研究有许多相关文献和专利报道，主要分为溶剂萃取法、酶解法、化学法和吸附法等几种方法。其中，吸附法具有操作简便、无需化学反应和生物降解等优点，得到广泛应用。然而，现有技术中常用的吸附剂活性对大豆苷元的吸附不具有特异性和选择性，影响纯化效率。因此，开发出一种用于大豆苷元的高效识别、吸附和分离的材料具有重要意义。其中，利用分子印迹技术制备得到的分子印迹材料能够实现对目标分子的特异性吸附。因此，利用分子印迹技术制备对大豆苷元分子印迹聚合物并用于大豆苷元的吸附，是一个理想的选择。分子印迹技术是一种对特定化合物具有高亲和性和选择性的聚合物制备技术。分子印迹聚合物因其制备简单、性质稳定等优点使其在色谱分离、传感器、模拟酶催化和固相萃取等领域均有广泛应用。wang等人(journalofchromatographya,2009,1216(45):7639-7644.)报道了一种大豆苷元印迹膜的制备方法，采用甲基丙烯酰胺和丙烯酸作为双功能单体，交联剂选用乙二醇二甲基丙烯酸酯(egdma)，通过光引发开始共聚反应。静态吸附实验显示该印迹膜对大豆苷元分子具有高选择性，能够用于大豆苷元的分离富集。liang等人(sensorsandactuatorsb:chemical,2017,251:542-550.)报道了一种大豆苷元分子印迹电化学传感器，以大豆苷元作为模板分子，对苯二胺为功能单体，用聚4-苯乙烯磺酸钠包覆的还原氧化石墨烯作为载体，在玻碳电极表面发生电聚合。该传感器对大豆苷元具有高灵敏性和高选择性，可用于大豆苷元的识别和检测。然而，前述两种方法虽然能够在单一体系中实现对大豆苷元的选择性吸附，但是在复杂体系中仍然无法有效对大豆苷元进行提取纯化。技术实现要素：本发明的目的是为了克服现有技术存在对大豆苷元的吸附选择性较差而无法实现复杂体系中大豆苷元的提取纯化的问题。为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在溶剂i存在下，将大豆苷元、3-氨丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷进行接触混合，得到混合液i；(2)在催化剂存在下，将所述混合液i与二氧化硅进行接触反应，得到混合液ii，将所述混合液ii进行蒸发，得到固体物料；相对于1mmol的所述大豆苷元，所述二氧化硅的用量为0.5-1g；(3)在溶剂ii存在下，将所述固体物料进行索氏提取，得到分子印迹聚合物前驱体，将所述分子印迹聚合物前驱体进行干燥。本发明第二方面提供第一方面所述的制备方法制备得到的大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物。本发明采用表面分子印迹技术和溶胶凝胶方法配合制备得到的大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不但能够解决现有技术中存在对大豆苷元的吸附选择性较差的问题，还能实现混合复杂体系中大豆苷元分子的选择性提取分离。发明人还发现，将大豆苷元、3-氨丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷以及特定量的二氧化硅配合使用，能够实现对大豆苷元更好的专一性识别和选择性吸附；采用本发明方法制得的材料能够重复使用，重复利用率高。附图说明图1是本发明所述方法的一种优选的具体实施方式的工艺流程图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本发明中，在未作相反说明的情况下，所述室温表示25±2℃。本发明中，在未作相反说明的情况下，所述压力均为表压。如前所述，本发明的第一方面提供了一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)在溶剂i存在下，将大豆苷元、3-氨丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷进行接触混合，得到混合液i；(2)在催化剂存在下，将所述混合液i与二氧化硅进行接触反应，得到混合液ii，将所述混合液ii进行蒸发，得到固体物料；相对于1mmol的所述大豆苷元，所述二氧化硅的用量为0.5-1g；(3)在溶剂ii存在下，将所述固体物料进行索氏提取，得到分子印迹聚合物前驱体，将所述分子印迹聚合物前驱体进行干燥。本发明中，所述大豆苷元的结构式为本发明中，所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的结构式为本发明中，所述四乙氧基硅烷的结构式为优选地，在步骤(1)中，所述大豆苷元、所述3-氨丙基三乙氧基硅烷、所述四乙氧基硅烷的用量摩尔比为1：4-8：16-20，更优选为1：6-8：18-20。发明人发现，采用该优选情况的具体实施方式，能够获得对大豆苷元的吸附选择性更好地分子印迹聚合物。优选地，在步骤(1)中，所述溶剂i选自n,n-二甲基乙酰胺、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。优选地，在步骤(1)中，相对于1mmol的所述大豆苷元，所述溶剂i的用量为15-20ml。根据一种特别优选的具体实施方式，在步骤(1)中，所述接触混合在超声条件下进行。优选地，在步骤(1)中，所述接触混合的条件至少包括：超声频率为30-40khz，时间为5-20min。优选地，在步骤(2)中，所述固体物料为平均粒径为0.5-1.5μm的粉末。优选地，在步骤(2)中，所述催化剂选自乙酸、盐酸、氨水中的至少一种。根据一种特别优选的具体实施方式，所述催化剂为乙酸。优选地，在步骤(2)中，相对于1g的所述二氧化硅，所述催化剂的用量为0.001-0.003mmol。本发明对所述催化剂的浓度没有特别的要求，示例性地，所述催化剂的浓度为0.5-1mol/l。优选地，在步骤(2)中，所述接触反应的条件至少包括：搅拌速度为400-800rpm，温度为20-30℃，时间为20-24h。本发明中对所述混合液ii进行蒸发的具体操作没有特别的要求，只需能够通过蒸发除去混合液ii中的溶剂以得到固体物料即可，示例性地，本发明采用旋转蒸发对所述混合液ii进行蒸发。优选地，所述旋转蒸发的条件至少包括：压力为-0.08mpa至-0.1mpa，温度为35-45℃，时间为0.2-0.5h。本发明对所述索氏提取的具体操作方法没有特别的要求，本领域技术人员能够采用现有技术的操作方法进行索氏提取洗脱除去模板分子，示例性地，本发明中所述索氏提取在索提筒内进行；优选地，所述索氏提取的操作步骤包括：每隔3-5h对索提筒内的洗脱液进行紫外光谱扫描分析，直至紫外光谱扫描仪检测不到大豆苷元特征峰的存在为止。优选地，在步骤(3)中，所述溶剂ii中含有体积比为4-9：1的甲醇和乙酸。根据一种特别优选的具体实施方式，在步骤(3)中，该方法还包括：将所述分子印迹聚合物前驱体进行干燥之前，将所述分子印迹聚合物前驱体进行清洗。优选地，所述清洗的具体操作步骤包括：采用甲醇将所述分子印迹聚合物前驱体洗至中性。本发明对所述干燥的具体操作步骤没有特别的要求，只需能够得到所述大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物即可，示例性地，本发明所述干燥在真空条件下进行。优选地，在步骤(3)中，所述干燥的条件至少包括：温度为50-60℃，时间为8-12h。如前所述，本发明的第二方面提供了第一方面所述的制备方法制备得到的大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物。以下结合图1提供本发明所述大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物的的制备方法的一种优选的具体实施方式的工艺流程：(1)在溶剂i存在下，将大豆苷元、3-氨丙基三乙氧基硅烷、四乙氧基硅烷进行接触混合，得到混合液i；(2)在催化剂存在下，将所述混合液i与二氧化硅进行接触反应，得到含有大豆苷元的溶胶凝胶聚合物，将含有大豆苷元的所述溶胶凝胶聚合物进行蒸发，得到固体物料；相对于1mmol的所述大豆苷元，所述二氧化硅的用量为0.5-1g；(3)在溶剂ii存在下，将所述固体物料进行索氏提取，得到分子印迹聚合物前驱体，将所述分子印迹聚合物前驱体进行干燥。本发明的上述方法还具有如下具体的优点：(1)本发明提供的方法条件温和、操作简单，无需加热，在室温搅拌条件下即可合成；采用本发明方法制得的材料能够重复使用，重复利用率高。(2)本发明制备的大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物作为一种大豆苷元选择性吸附材料，相比于溶剂萃取法，洗脱液用量大大减少，生产成本较低。以下将通过实例对本发明进行详细描述。以下实例中，在没有特别说明的情况下涉及的各种原料和仪器均为市售品。大豆苷元：牌号59585c，购自adamas公司；n,n-二甲基乙酰胺：购自adamas公司；3-氨丙基三乙氧基硅烷：牌号90056b，购自adamas公司；四乙氧基硅烷：牌号83251c，购自adamas公司；无水乙酸：购自adamas公司；二氧化硅：购自alfa公司；甲醇：购自greagent公司；3-氨丙基三甲氧基硅烷：牌号01021049，购自adamas公司；四甲氧基硅烷：牌号01105023，购自adamas公司；三氧化二铝：购自alfa公司；索提筒：上磨口34mm，下磨口24mm，购自上海泰坦科技股份公司；紫外光谱扫描仪：型号uv-6100pc，购自上海美普达仪器公司；恒温振荡摇床：型号hz-2210k，购自太仓市华利达试验设备公司；针筒过滤器：0.22μm，购自上海泰坦科技股份公司；紫外光分光光度计：型号uv6100pc，购自上海美普达仪器公司。实施例1本实施例提供一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：(1)在室温条件下，将1mmol的大豆苷元、6mmol的3-氨丙基三乙氧基硅烷、18mmol的四乙氧基硅烷加入圆底烧瓶中，并加入18ml的n,n-二甲基乙酰胺，以40khz的频率超声10min，充分溶解，得到混合液i；(2)在室温条件下，向前述得到的全部混合液i中加入0.5g的二氧化硅、1ml浓度为1mol/l的乙酸水溶液，在600rpm下搅拌反应20h，得到混合液ii，将前述得到的混合液ii进行旋转蒸发(压力-0.1mpa，温度45℃，时间0.3h)，得到平均粒径为0.8μm的粉末状固体物料；(3)将所述粉末状固体物料用混合溶剂(含有体积比为4:1的甲醇和无水乙酸，其中甲醇的用量为160ml)在索提筒内进行连续索氏提取，每隔4h对索提筒内的洗脱液进行紫外光谱扫描分析，直至紫外光谱扫描检测不到大豆苷元特征峰为止，得到分子印迹聚合物前驱体，然后用甲醇清洗所述分子印迹聚合物前驱体至中性，并将清洗至中性的所述分子印迹聚合物前驱体在50℃下真空干燥12h。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物s1。实施例2本实施例提供一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：(1)在室温条件下，将1mmol的大豆苷元、8mmol的3-氨丙基三乙氧基硅烷、18mmol的四乙氧基硅烷加入圆底烧瓶中，并加入20ml的n,n-二甲基乙酰胺，以35khz的频率超声10min，充分溶解，得到混合液i；(2)在室温条件下，向前述得到的全部混合液i中加入1g的二氧化硅、2ml浓度为1mol/l的乙酸水溶液，在700rpm下搅拌反应24h，得到混合液ii，将前述得到的混合液ii进行旋转蒸发(压力-0.09mpa，温度40℃，时间0.2h)，得到平均粒径为1.0μm的粉末状固体物料；(3)将所述粉末状固体物料用混合溶剂(含有体积比为4:1的甲醇和乙酸，其中甲醇的用量为140ml)在索提筒内进行连续索氏提取，每隔4h对索提筒内的洗脱液进行紫外光谱扫描分析，直至紫外光谱扫描检测不到大豆苷元特征峰为止，得到分子印迹聚合物前驱体，然后用甲醇清洗所述分子印迹聚合物前驱体至中性，并将清洗至中性的所述分子印迹聚合物前驱体在60℃下真空干燥8h。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物s2。实施例3本实施例提供一种大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：(1)在室温条件下，将1mmol的大豆苷元、6mmol的3-氨丙基三乙氧基硅烷、20mmol的四乙氧基硅烷加入圆底烧瓶中，并加入16ml的n,n-二甲基乙酰胺，以30khz的频率超声10min，充分溶解后，得到混合液i；(2)在室温条件下，向前述得到的全部混合液i中加入0.75g的二氧化硅、2ml浓度为1mol/l的乙酸水溶液，在500rpm下搅拌反应22h，得到混合液ii，将前述得到的混合液ii进行旋转蒸发(压力-0.08mpa，温度35℃，时间0.5h)，得到平均粒径为1.2μm的粉末状固体物料；(3)将所述粉末状固体物料用混合溶剂(含有体积比为4:1的甲醇和乙酸，其中甲醇的用量为120ml)在索提筒内进行连续索氏提取，每隔4h对索提筒内的洗脱液进行紫外光谱扫描分析，直至紫外光谱扫描检测不到大豆苷元特征峰为止，得到分子印迹聚合物前驱体，然后用甲醇清洗所述分子印迹聚合物前驱体至中性，并将清洗至中性的所述分子印迹聚合物前驱体在55℃下真空干燥10h。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物s3。实施例4按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(1)中，用4mmol的3-氨丙基三乙氧基硅烷替换6mmol的3-氨丙基三乙氧基硅烷。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物s4。实施例5按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(1)中，用16mmol的四乙氧基硅烷替换20mmol的四乙氧基硅烷。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物s5。对比例1按照实施例3的方法制备聚合物，不同的是，在步骤(1)中，不加大豆苷元。得到非印迹聚合物ds1。对比例2按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(2)中，所述二氧化硅的用量为0.3g。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物ds2。对比例3按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(2)中，所述二氧化硅的用量为1.2g。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物ds3。对比例4按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(1)中，用等摩尔量的3-氨丙基三甲氧基硅烷替换3-氨丙基三乙氧基硅烷。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物ds4。对比例5按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(1)中，用等摩尔量的四甲氧基硅烷替换四乙氧基硅烷。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物ds5。对比例6按照实施例3的方法制备大豆苷元溶胶凝胶分子印迹聚合物，不同的是，在步骤(1)中，用等摩尔量的三氧化二铝替换二氧化硅。得到大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物ds6。测试例1分别采用实施例和对比例制得的聚合物对大豆苷元分子进行吸附回收处理实验，具体检测结果见表1。具体测试方法为：分别取10mg实施例和对比例制得的聚合物对5ml浓度为20mg/l的大豆苷元甲醇溶液进行吸附实验，并计算吸附容量。所述吸附实验的具体操作步骤为：将大豆苷元甲醇溶液和前述制得的聚合物样品混合后加入烧瓶中，将烧瓶放入恒温振荡摇床中，在室温下以200rpm速度振荡60min，得到混合溶液；取5ml的混合溶液，然后采用针筒过滤器过滤混合溶液中的聚合物，从而得到澄清溶液(不含聚合物的大豆苷元甲醇溶液)，通过紫外分光光度计测量澄清溶液在256nm处的吸光度，通过标准曲线得到该吸光度对应的澄清溶液浓度。吸附容量的计算公式为：式中，qt表示吸附容量，单位为mg/g；c0表示吸附前大豆苷元甲醇溶液的浓度，单位为mg/l；ct表示振荡一定时间t，被聚合物吸附后余下的大豆苷元甲醇溶液的浓度，单位为mg/l；v表示大豆苷元甲醇溶液的体积，单位为l；m表示采用聚合物的质量，单位为g。表1吸附容量,mg/g实施例11.65实施例21.71实施例31.80实施例41.42实施例51.55对比例10.21对比例21.30对比例31.25对比例41.06对比例51.13对比例60.92通过表1的结果可以看出，采用本发明方法制备得到的大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物对大豆苷元具有较高的吸附选择性，能够对豆粕等复杂体系中大豆苷元的分离提取、纯化回收方面提供应用指导。测试例2采用循环吸附-脱附实验对实施例和对比例制得的聚合物的重复利用性能进行评价。循环吸附-脱附实验的具体操作：取50mg聚合物对30ml的浓度为20mg/l的大豆苷元甲醇溶液进行吸附实验，在室温下以200rpm速度振荡2h，并对振荡后得到的材料进行离心处理，取上清液，测上清液在256nm处的吸光度，通过标准曲线得到该吸光度对应的上清液浓度，并计算吸附容量；将吸附后的材料用混合溶剂(含有体积比4:1甲醇和乙酸)洗脱除去大豆苷元模板分子，甲醇洗至中性，在55℃下真空干燥10h，得到除去大豆苷元分子的印迹材料，完成一次吸附-脱附实验。用除去大豆苷元分子的印迹材料再次进行吸附-脱附实验，实验操作相同同前，重复5次吸附-脱附循环实验，分别计算出每次吸附实验的吸附容量，并计算重复5次吸附-脱附循环实验后的吸附容量下降值和吸附容量剩余率。具体结果见表2。其中，所述吸附容量的计算公式同测试例1；所述吸附容量下降值的计算公式为：(第一次吸附实验的吸附容量-第五次吸附实验的吸附容量)；所述吸附容量剩余率的计算公式为：(第五次吸附实验的吸附容量/第一次吸附实验的吸附容量)×100％。表2从表2可以看出，采用本发明方法制得大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物经过5次吸附-脱附实验，吸附容量仍能保证在90％以上，说明本发明制得的大豆苷元溶胶凝胶表面分子印迹聚合物具有优异的重复使用性能，重复利用率高。以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。当前第1页12