一种利用磁性纳米材料提纯植物花青素的方法与流程

本发明涉及生物纳米载体材料应用和植物提纯技术领域，具体涉及一种利用磁性纳米材料提纯植物花青素的方法。

背景技术：

花青素是亲水性和水溶性的多酚类植物色素和代谢产物，是重要的抗氧化剂之一。它们具有广泛的药理学性质，如抗氧化剂、抗衰老、抗炎、抗菌和抗癌。花青素具有较强的抑菌作用，如抑制单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌、肠炎沙门氏菌和副溶血性弧菌的生长。花青素可以通过保护b细胞、改善胰岛素抵抗、增加胰岛素分泌、改善肝功能和抑制碳水化合物水解酶来降低血糖水平。此外，花青素具有诱导hepg-2细胞凋亡和抑制b16-f1细胞迁移和huvecs管形成的能力，具有较强的抗癌活性。因此，花青素在医药、食品、化妆品等领域具有巨大的应用潜力。然而，花青素相对较低的稳定性和生物利用度是限制其广泛有效应用的主要障碍。

中国专利cn101525327b、cn103145681b、cn103420970b（25）、cn104961783b、cn105175382b、cn106632204a、cn106632208a、cn107793456a、cn109400569a、cn110183410a等均分别公开了利用大孔吸附树脂对花青素进行分离纯化的方法，该方法有机残留物含量高，分离效果差，需与其他设备配合使用，操作过程复杂，且大孔树脂需经过冲洗再生才能反复使用，费时费力；中国专利cn106749151a和cn106923136a公开了利用超高压装置提取花青素的方法，该方法高压设备投资大且消耗大量电能，不宜大规模使用；中国专利cn106674186a和cn108658923a分别采用柠檬酸溶液和酸性氧化电位水作为提取剂提纯花青素，该方法会引入添加剂，造成残留。因此，目前花青素的提取纯化还存在一些问题亟需解决，寻找一种简单、高效、低成本的吸附材料已成为植物花青素产业化的关键问题。

磁性纳米粒子具有超顺磁性和磁场响应，在生物和生物医学领域具有广阔的应用前景。由于可以参与肝脏和脾脏代谢的fe³⁺离子的降解和释放，磁性纳米颗粒对人体的毒性非常低。研究表明，磁性纳米材料fe3o4和fe³⁺可以对色素进行吸附并增强其稳定性。基于聚合物表面改性的磁性纳米载体材料，可以结合和吸附色素分子，显示出很高的效率。以磁性纳米材料为载体吸附、提纯和释放花青素是一种很有前途的方法，其吸附和释放受局部ph控制。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种吸附能力强、吸附效率高、安全环保、工艺简单、易于推广使用的磁性纳米载体材料，对植物花青素进行分离提纯。

本发明所要解决的技术问题可通过如下技术方案实现：

将含铁离子的水合物加入到去离子水中，在20～40℃，650～1000r/min条件下搅拌，待溶解后，加入稳定剂，在350～600r/min条件下搅拌，溶解后加入多表面功能化修饰聚合物，在800～2000r/min条件下搅拌，待溶解后加入浓度为25%～28%的nh3h2o溶液，调节ph为8～11，继续搅拌15～45min，使其充分混匀。将上述混合液转移到高压反应釜中，于130～240℃反应3～20h。反应结束后，冷却至室温，除去上层清液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3～6次，超声分散，转速为5000～12000r/min，离心5～15min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于真空干燥箱中30～80℃烘干，常温避光保存，即得到磁性纳米载体材料。

所述的含铁离子的水合物为fecl36h2o、fecl24h2o、feso47h2o中的一种或多种，铁离子浓度为0.05～1.2mol/l。

所述的稳定剂为二水合柠檬酸三钠和尿素，浓度分别为0.05～0.20mol/l、0.10～0.25mol/l。

所述的表面功能化修饰聚合物为多巴胺、聚丙烯酰胺、聚乙二醇、丙烯酸树脂、聚乙烯亚胺中的一种或多种，占溶质总质量的百分比为12.3～28.5%。

所述的nh3h2o溶液为酸碱调节剂。

所述的磁性纳米载体材料粒径为10～600nm。

本发明中，表面功能化修饰聚合物是水溶性聚合物，其大分子链上拥有大量的羟基、氨基、羧基，不仅为磁性纳米颗粒提供了稳定存在的屏障，并且使纳米颗粒表面带上了电荷和功能性基团，这就为纳米颗粒的表面提供了多功能修饰，图1所示为以矢车菊-3-o-葡萄糖苷为例的吸附释放原理示意图。所述的纳米颗粒具有很好的水溶性和胶体稳定性。

本发明中，吸附提纯步骤如下：

在花青素溶液中加入上述烘干的磁性纳米载体材料固体，温度20～80℃下，振荡或搅拌0.5～22h。固液分离，转速5000～12000r/min，向固体中加入酸性溶剂，温度20～60℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素溶液。

所述的花青素溶液的溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、水中的一种，ph为1～13。

所述的酸性溶剂为甲醇、乙醇、丙酮、水中的一种，ph为0.5～5。

本发明中，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为5：1～1：100。

优选的，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为1：30～1：80。

由于上述技术方案的应用，本发明具有以下优点：

（1）本发明可通过调节合成工艺控制磁性纳米材料的粒径大小，比表面积大，可有效吸附色素并增强其稳定性。

（2）本发明以磁性纳米材料为吸附载体，易于分离反复使用，实现靶向可控释放，提纯分离效率高，如图2所示为提纯分离流程示意图。

（3）本发明利用磁性纳米材料提纯花青素的工艺简单，操作方便，所用试剂为常规试剂，反应条件温和，易于工业生产和大规模应用。

附图说明

图1为本发明以矢车菊-3-o-葡萄糖苷为例的原理示意图；

图2为本发明的提纯分离流程示意图；

图3为实施例二所制备的磁性纳米材料粒径分布图；

图4为实施例二所制备的磁性纳米材料吸附花青素后粒径分布图；

图5为花青素第一次释放百分比；

图6为花青素第二次释放百分比；

图7为实施例二吸附前花青素高效液相色谱图；

图8为实施例二释放后花青素高效液相色谱图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

实施例一

将fecl36h2o加入到去离子水中，铁离子浓度为0.05mol/l，在20℃，650r/min下搅拌，待溶解后，加入二水合柠檬酸三钠和尿素，浓度分别为0.05mol/l和0.10mol/l，在350r/min下搅拌，溶解后加入多巴胺和聚乙烯亚胺，占溶质总质量的12.3%，在800r/min条件下搅拌，待溶解后加入浓度为25%～28%的nh3h2o溶液，调节ph为8，继续搅拌15min，使其充分混匀。将上述混合液转移到高压反应釜中，于130℃反应3h。反应结束后，冷却至室温，除去上层清液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，超声分散，转速为5000r/min，离心5min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于真空干燥箱中30℃烘干，常温避光保存，得到磁性纳米载体材料。

在ph为1的花青素乙醇溶液中加入上述烘干的磁性纳米载体材料固体，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为1：100，20℃下，搅拌22h。固液分离，转速5000r/min，向固体中加入ph为0.5的乙醇溶液，20℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素溶液。

经测试，上述磁性纳米材料直径为10nm，图5所示提纯分离花青素的效率为25%。

实施例二

将fecl36h2o、fecl24h2o加入到去离子水中，铁离子浓度为0.8mol/l，在30℃，800r/min下搅拌，待溶解后，加入二水合柠檬酸三钠和尿素，浓度分别为0.10mol/l和0.15mol/l，在500r/min下搅拌，溶解后加入聚丙烯酰胺、聚乙二醇，占溶质总质量的18.5%，在1500r/min条件下搅拌，待溶解后加入浓度为25%～28%的nh3h2o溶液，调节ph为10，继续搅拌25min，使其充分混匀。将上述混合液转移到高压反应釜中，于180℃反应12h。反应结束后，冷却至室温，除去上层清液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤5次，超声分散，转速为8000r/min，离心10min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于真空干燥箱中60℃烘干，常温避光保存，得到磁性纳米载体材料。

在ph为8的花青素甲醇溶液中加入上述烘干的磁性纳米载体材料固体，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为1：60，60℃下，振荡18h。固液分离，转速8000r/min，向固体中加入ph为1.6的甲醇溶液，40℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素第一次释放溶液。向上述分离的固体中再次加入ph为1.6的甲醇溶液，40℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素第二次释放溶液。

经测试，图3为上述技术方案制备的磁性纳米材料粒径分布图，磁性纳米材料直径为193nm；图4为磁性纳米材料吸附花青素后粒径分布图，吸附后直径为222nm；上述提纯分离花青素，图5所示第一次释放效率为60%，图6所示第二次释放效率为14%。图7和图8为吸附前和释放后花青素的高效液相色谱图，花青素出峰时间保持一致。

实施例三

将fecl24h2o、feso47h2o加入到去离子水中，铁离子浓度为1.2mol/l，在40℃，1000r/min下搅拌，待溶解后，加入二水合柠檬酸三钠和尿素，浓度分别为0.20mol/l和0.25mol/l，在600r/min下搅拌，溶解后加入丙烯酸树脂，占溶质总质量的28.5%，在2000r/min条件下搅拌，待溶解后加入浓度为25%～28%的nh3h2o溶液，调节ph为11，继续搅拌45min，使其充分混匀。将上述混合液转移到高压反应釜中，于240℃反应20h。反应结束后，冷却至室温，除去上层清液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤6次，超声分散，转速为12000r/min，离心15min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于真空干燥箱中80℃烘干，常温避光保存，得到磁性纳米载体材料。

在ph为13的花青素水溶液中加入上述烘干的磁性纳米载体材料固体，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为5：1，80℃下，搅拌0.5h。固液分离，转速12000r/min，向固体中加入ph为5的水溶液，60℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素溶液。

经测试，上述磁性纳米材料直径为600nm，提纯分离花青素的效率为14%。

实施例四

将fecl36h2o加入到去离子水中，铁离子浓度为0.6mol/l，在35℃，750r/min下搅拌，待溶解后，加入二水合柠檬酸三钠和尿素，浓度分别为0.15mol/l和0.15mol/l，在550r/min下搅拌，溶解后加入多巴胺、聚丙烯酰胺，占溶质总质量的15%，在1800r/min条件下搅拌，待溶解后加入浓度为25%～28%的nh3h2o溶液，调节ph为10，继续搅拌35min，使其充分混匀。将上述混合液转移到高压反应釜中，于200℃反应20h。反应结束后，冷却至室温，除去上层清液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤5次，超声分散，转速为10000r/min，离心8min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于真空干燥箱中50℃烘干，常温避光保存，得到磁性纳米载体材料。

在ph为9的花青素水溶液中加入上述烘干的磁性纳米载体材料固体，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为1：80，40℃下，振荡15h。固液分离，转速8000r/min，向固体中加入ph为1.6的水溶液，50℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素第一次释放溶液。向上述分离的固体中再次加入ph为1.6的水溶液，50℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素第二次释放溶液。

经测试，上述磁性纳米材料直径为320nm，提纯分离花青素，图5所示第一次释放效率为21%，图6所示第二次释放效率为7%。

实施例五

将fecl36h2o、feso47h2o加入到去离子水中，铁离子浓度为1.0mol/l，在30℃，800r/min下搅拌，待溶解后，加入二水合柠檬酸三钠和尿素，浓度分别为0.10mol/l和0.20mol/l，在500r/min下搅拌，溶解后加入聚丙烯酰胺、聚乙二醇、聚乙烯亚胺，占溶质总质量的26%，在1200r/min条件下搅拌，待溶解后加入浓度为25%～28%的nh3h2o溶液，调节ph为9，继续搅拌30min，使其充分混匀。将上述混合液转移到高压反应釜中，于200℃反应15h。反应结束后，冷却至室温，除去上层清液，将沉淀固体转移至离心管中，分别用去离子水和无水乙醇洗涤3次，超声分散，转速为8000r/min，离心10min，除去上清液，以去除杂质。所得到的固体，置于真空干燥箱中40℃烘干，常温避光保存，得到磁性纳米载体材料。

在ph为6的花青素水溶液中加入上述烘干的磁性纳米载体材料固体，花青素与磁性纳米载体材料的质量比为1：30，70℃下，振荡8h。固液分离，转速6000r/min，向固体中加入ph为1.0的水溶液，30℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素第一次释放溶液。向上述分离的固体中再次加入ph为1.0的水溶液，30℃下，振荡洗脱，使得花青素从磁性纳米材料分离，即得提纯的花青素第二次释放溶液。

经测试，上述磁性纳米材料直径为490nm，提纯分离花青素，图5所示第一次释放效率为54%，图6所示第二次释放效率为12%。

本发明制备得到的磁性纳米材料，通过不同原料比例、反应温度、反应时间、溶液酸碱度，改变粒径大小和基团种类，以适应不同结构的花青素吸附提纯条件，满足实际需要。