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新型α-VE分子印迹聚合物的制备工艺研究与应用

范文

金晶袁传勋

摘要?以α-VE为模板分子，甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）为功能单体，乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）为交联剂，偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂制备α-VE分子印迹材料。通过单因素试验，确定制取α-VE分子印迹聚合物的最佳工艺参数。一系列表征试验分析表明该α-VE分子印迹聚合物性能良好。该试验为α-VE分子印迹聚合物的工业化生产提供了技术参考，同时也为很多复杂成分中分離α-VE提供了新思路。

关键词?α-VE;分子印迹聚合物;制备

中图分类号?TS20?文献标识码?A?文章编号?0517-6611（2021）01-0143-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.038

Abstract?In this paper， the molecularly imprinted polymer（MIP）@α-VE was prepared by α-VE as the template molecule， methyl acryloyl-oxy ethyl trimethylammonium chloride as the functional monomer， ethylene glycol dimethyl acrylate as the crosslinking agent， azodiisobutyronitrile as the initiator. Through the single factor experiment， the optimum process parameters for preparing MIP@α-VE was determined. After a series of characterization tests， it showed that the MIP@α-VE had stable performance. In the experiment， it provided a new idea for the separation of α-VE from many complex components， as well as it provided technical reference for the industrial production.

Key words?α-VE;Molecularly imprinted polymer;Preparation

维生素E（VE）是一种常用的脂溶性维生素，早在20世纪初就被Evans和他的同事在研究大白鼠生殖过程中发现，并在1924年得以命名[1]。天然VE具有抗氧化的作用，它不但有中断氧化游离基的作用，而且能淬灭单线态氧，是目前广泛使用的抗氧化剂之一[2]。从分子组成上来说，VE包括α-VE、β-VE、δ-VE以及γ-VE这4种[3-4]。在这4种VE中，又以α-VE的生物活性最大[5]，故在营养素标记VE时常以α-VE当量为计量标准。

VE在哺乳动物体内无法自我合成，必须从外界摄取[6]。近年来，研究人员非常重视VE的保健功能，联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）建议人们每天服用足够的VE补充剂来满足健康需求[7]，这就导致VE需求量的增大，为了避免其市场的供不应求，大量的研究工作者开始寻找解决其供应的问题。植物油脱臭馏出物作为植物油精炼过程中的副产物被广泛应用于VE的分离提取，而常规的分离方法主要包括分子蒸馏法和柱层析法[8-10]。

目前，关于制备α-VE分子印迹聚合物（MIP@α-VE）的报道很少，且基本使用的是常规的功能单体。该研究通过对比2种常规的功能单体丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）以及阳离子液体甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）合成的分子印迹聚合物对α-VE的吸附效果，比较3种功能单体的优劣，并探究最佳功能单体制备的MIP@α-VE对VE的选择吸附效果，以期为VE的分离提取提供一种新方法，并为企业生产带来新的思路和技术参考。

1?材料与方法

1.1?材料与仪器

试剂材料：α-VE（98%）、丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）、偶氮二异丁腈（AIBN）均购自美国阿拉丁化学试剂有限公司;大豆油脱臭馏出物（SODDs）购自湖北中粮集团;无水乙醇、甲醇、氢氧化钠、氯化锌均购自国药集团。

仪器设备：UV-2550型紫外分光光度计;数显恒温水浴锅;DZG-401电热真空干燥箱;RE52-98旋转蒸发器;钨灯丝扫描电镜（SEM）;傅里叶红外光谱仪（FTIR）;高效液相色谱仪（HPLC）。

1.2?功能单体的选择

首先，精密称取0.43 g（0.001 mol）的α-VE，溶于100 mL无水乙醇中，定容后，将制备好的α-VE标准溶液（0.01 mol/L）分别取5 mL置于4根20 mL试管中，备样。接着，精密称取0.004 mol的AM、AA、DMC，分别溶于100 mL无水乙醇中，定容后，再各取溶液（0.04 mol/L）5 mL至上述试管中，留一组为对照组，并按照顺序进行标号。最后，对1～4号样品进行紫外全波长扫描。紫外全波长扫描条件：波长190～400 nm，间隔0.1 nm。

以上述3种试剂为功能单体，α-VE为模板分子，EGDMA为交联剂，AIBN为引发剂，按照n（功能单体）∶n（α-VE）∶n（EGDMA）∶n（AIBN）=2.0∶1.0∶4.0∶0.5的比例，在70 ℃下反应9 h，得到3种含模板分子的印迹聚合物。将3种印迹聚合物分别放置索氏提取装置中，加入乙醇，在140 ℃下索氏提取8 h，通过检测上清液中α-VE的含量，确定3种印迹聚合物携带的α-VE洗净后，备用。配制5 mg/mL的α-VE标准溶液10 mL，分别置于3个锥形瓶中，每瓶25 mL，再分别向3个锥形瓶中加入1 g的3种印迹聚合物，振荡3 h后，检测3个锥形瓶中剩余α-VE的含量，重复试验3次。

1.3?单因素试验

1.3.1?时间对聚合反应的影响。

选用反应时间4、5、6、7、8、9、10 h共7个时间点作为7个梯度，同时每组设置3个水平。选择称取DMC 0.4 g，交联剂1.2 g，引发剂添加量为0.2 g，用乙醇充分溶解之后加入试管中，用乙醇溶液定容至20 mL，在水浴锅加热之前，通入足量氮气排除其中多余的空气，然后使用玻璃塞塞紧试管，同时使用封口胶做封口处理，置于水浴锅内进行恒温加热，设置温度为75 ℃，在加热过程中避免試管的剧烈晃动以免产生的聚合物分散。在试验结束之后，先用大量的乙醇冲洗，进行抽滤洗涤，充分洗去其中的交联剂。再收集至培养皿，用保鲜膜封口，同时开孔放入烘箱内，干燥称重。

1.3.2?温度对聚合反应的影响。

选择温度为45、50、55、60、65、70、75 ℃共7个温度点作为7个梯度，同时每组设置3个水平，设置时间为10 h，试验方法步骤同“1.3.1”。

1.4?MIP@α-VE的表征

1.4.1?扫描电镜测量方法。

检测条件[11]：发射源为普通灯丝;加速电压0.2～30 kV;电子束位移±20 μm。

1.4.2?傅里叶红外光谱检测方法。

测试范围[12]：4 000～525 cm-1;分辨率4 cm-1;扫描次数64次;检测配件为衰减全反射（ATR）。

1.4.3?VE高效液相色谱测量方法。

检测条件[13]：流动相为甲醇∶水（V/V）=98∶2，混匀，临用前超声脱气;柱温为35 ℃;色谱柱为C18反向柱;紫外检测波长210 nm;进样量10 μL。

1.4.4?从大豆油脱臭馏出物中分离VE。

首先，称取50 g SODDs加入至250 mL装有150 mL乙醇溶液的圆底烧瓶中，振荡溶解后，加入NaOH 4.8 g、ZnCl2 15 g、保护剂抗坏血酸0.5 g，在水浴75 ℃下反应1.5 h，转速为300 r/min。反应结束后，固液分离，取液相于60 ℃下减压蒸馏至样品呈油状，即不皂化物部分。

精密称取1 g上述制备的SODDs不皂化物部分，溶解于乙醇溶液中，在100 mL容量瓶中定容，配制10 mg/mL的样品溶液。取20 mL该样品溶液，加入制备好的MIP@α-VE 1 g，在室温下，振荡吸附8 h，固液分离后，取出吸附了α-VE的MIP@α-VE。将上述固体印迹聚合物置于2 mL乙醇溶液中，摇床振荡解吸4 h，固液分离，取滤液，减压蒸馏后，利用高效液相色谱分析α-VE的含量变化。

2?结果与分析

2.1?功能单体的选择

3种功能单体与α-VE的紫外全波长扫描图如图1所示，对比3种功能单体与α-VE的紫外谱图，可以明显地发现，DMC与α-VE的紫外全波长扫描图最大吸收波长相较于其他2种功能单体而言有明显蓝移，这说明VE与该阳离子液体形成了较强的氢键与静电力作用，从而导致α-VE自身分子间内部较强的氢键破坏。

3种印迹聚合物对α-VE的吸附效果如图2所示，通过比较能明显看出以DMC为功能单体合成的聚合物对于α-VE的吸附效果远高于其他2种，说明该阳离子液体聚合的分子印迹材料能与α-VE形成较强的键合力，从而能强力吸附目标物质。

2.2?单因素试验分析

2.2.1?时间对聚合反应的影响。

从图3可以看出，随着聚合时间的提高，聚合物质量有明显提高，根据3个平行组的数据所得误差线分析可知，聚合物产生的量十分稳定，不存在很大的波动，试验数据准确。在开始阶段，聚合物的质量增长很快，随后呈现平稳趋势，因为本身聚合物的大量生成会导致后续的DMC无法自聚，有一定的阻碍作用。在8 h之后，聚合物质量不再发生变化，因为随着试验的进行，聚合反应基本结束，所以可以大体判断8 h左右为反应的最佳时间。

2.2.2?温度对聚合反应的影响。

如图4所示，整体而言，随着温度的升高，聚合物质量有显著升高。但是在55 ℃时，其增长速率有明显下降，根据平行试验所得的误差线分析，在排除了试验数据不准确这一因素下，分析原因为55 ℃下，DMC跟引发剂的结合可能不是很好。随后，伴随温度的进一步升高，其聚合反应速率加快，根据误差线可知，所得的试验数据较为准确。在超过60 ℃之后，其质量的增长很少，一方面为随着反应的进行，聚合反应比较彻底，另一方面，因为随着温度升高，试管内某处的温度可能比较接近引发剂失效的温度，这也可能导致聚合反应的结束。而在65 ℃时，反应聚合产物接近最大值，因此认为最佳的反应温度为65 ℃。

2.3?MIP@α-VE的表征分析

2.3.1?MIP@α-VE的SEM表征分析。

图5为MIP@α-VE在钨灯丝扫描电镜下的图片，能明显发现该印迹聚合物形成的空腔结构较大，拥有充足的吸附空间用于对目标物质的吸附，有利于模板分子与聚合物之间的特异性结合。

2.3.2?MIP@α-VE的FTIR表征分析。

图6是在干燥条件下，合成制备的MIP@α-VE的傅里叶红外光谱图。其中，在波数1 726 cm-1处有强烈的吸收峰，符合酯键的官能团C=O的特征吸收峰，说明DMC中酯基保存完好。而在2 960～3 000 cm-1范围内的吸收振动峰说明脂肪族C-H键的存在，而无C=H双键的存在，这说明该印迹聚合物的聚合效果良好。此外，在波长1 160 cm-1处的吸收峰被认为是α-VE中的酚羟基由于DMC吸附导致的内部自身分子间作用力减小，而蓝移的结果说明DMC为功能单体合成的MIP与α-VE能够形成较强的键合作用。

2.3.3?MIP@α-VE的分离效果验证。

通过高效液相色谱分析，该不皂化物中主要成分除了部分杂醇、杂酮、杂烃等未分析成分外，包括总VE含量约占总含量的49.6%（对比标准曲线计算），角鲨烯、植物甾醇（β-谷甾醇、豆甾醇）以及部分紫外未显示物质。图7是210 nm下，不皂化物的HPLC谱图，其中17 min的峰为δ-VE，19 min的峰为β-VE以及γ-VE（同分异构体同一点出峰），22 min的峰为α-VE，45 min的峰为角鲨烯。

图8为波长210 nm下，通过一步吸附解吸后样品的HPLC谱图，不皂化物中的VE由于其酚羟基与DMC分子印迹聚合物能够特异性空腔匹配，加上静电力作用对于VE的特异性吸引，VE能够很好地被选择性吸附在印迹聚合物中，而不皂化物中的其他类物质，如角鲨烯、植物甾醇以及杂醇、杂烃等物质也会有稍许通过物理吸附于印迹表面，但其大部分仍均匀分布在溶液中。通过一步解吸，印迹吸附的VE分子松动，被洗入溶液中，其总含量变化较小，而VE纯度提高较大。通过对比标准品标准曲线峰面积计算，VE的总纯度从预处理后的50%左右提高到85%左右，以吸附解吸过程前后VE含量比较，其回收率能达98.7%。

3?结论

该试验通过测定2种常规的功能单体以及离子液体DMC与α-VE的紫外全波长扫描图谱，分析了几种功能单体与α-VE的相互作用，从理论分析和试验结果两个方面入手对比后，选出DMC为合成α-VE分子印迹聚合材料的功能单体，并通过单因素分析该MIP@α-VE制备工艺的最佳条件为65 ℃下反应8 h。该试验探究了制备的MIP@α-VE对植物油脱臭馏出物不皂化物中VE的选择吸附性，通过一步简单的吸附解吸过程，VE的纯度能达85%左右，回收率能达98.7%。该试验为工业化生产MIP@α-VE提供了技术参考，同时为从植物油脱臭馏出物中分离提取VE提供了新思路。

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