苦味酸-羧甲基纤维素酯的稳定性及其对维生素B6的吸附性能

戴晓峰，方桂珍

（东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

苦味酸-羧甲基纤维素酯的稳定性及其对维生素B6的吸附性能

戴晓峰，方桂珍*

（东北林业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨 150040)

苦味酸羧甲基纤维素酯（CMC-PA）是一种对肌酐具有良好吸附性能的新型纤维素衍生物，在前期苦味酸羧甲基纤维素酯（CMC-PA）合成和对肌酐的吸附性能分析的基础上，进一步研究其稳定性以及对维生素B6的吸附性能。在模拟人体生理介质的条件下，采用紫外分光光度法（UV），以358nm为测定波长，分析了pH、水解时间以及放置时间对CMC-PA稳定性的影响；以303nm为测定波长，测定了在不同吸附时间下CMC-PA对维生素B6的吸附性能。研究结果表明，4～6h在pH分别为1、2、8的缓冲溶液中，CMC-PA的水解率分别为0.47%～0.69%、0.213%～0.226%、1.318%～ 1.418%，室温下放置2、4、6、8个月后，37℃时对肌酐的吸附容量与新制CMC-PA相比没有发生明显的变化。另外，CMC-PA在不同时间条件下，对维生素B6没有明显的吸附。

苦味酸羧甲基纤维素酯，水解率，苦味酸，维生素B6吸附

羧甲基纤维素钠（CMC）是一类重要的离子型纤维素的衍生物，具有独特增稠性、悬浮性、黏合性及水分保持特性等，被应用于食品、石油、日用化工等领域[1]。欧盟食品标准局已经批准羧甲基纤维素为添加剂，作为E466标记的乳化剂、稳定剂、增稠剂、胶凝剂类[2-3]。在我国也被用于冷饮、冷食、方便面、酸奶、果汁、酸性乳饮料等众多食品[4]。慢性肾功能衰竭病因主要是体内积蓄了大量的毒素，因此去除体内过量的毒素是治疗慢性肾衰竭的关键，其中尿素和肌酐是患者体内积聚的两种重要毒素。有研究者进行了氧化纤维素、包覆包醛氧淀粉和酶制剂等吸附作用研究[5-9]，取得了很好的进展，但是，目前具有较高吸附容量的吸附剂和吸附材料还很少。而对多糖进行化学改性是将天然的大分子聚合物变成可再生资源的另一种重要途径。作者以羧甲基纤维素（CMC）为骨架物质，依据肌酐在高温下及碱性条件下可与硝基苯衍生物发生络合反应[10-11]的特性，采用条件温和的酰氯化合成的方法，设计合成一种新型的、对慢性肾衰竭具有辅助治疗作用和具备膳食纤维特性的纤维素衍生物-苦味酸-羧甲基纤维素酯（CMC-PA）。在模拟人体生理介质的条件下，测定了CMC-PA对肌酐的吸附性能，分析了吸附动力学曲线和吸附等温曲线。研究结果表明，CMC-PA对肌酐有较好的吸附性能，吸附平衡时间为10h，对肌酐的最大吸附量为1.75mg/g。肌酐在CMC-PA上的吸附平衡符合Freundich方程，说明主要是化学吸附，且吸附指数（1/n）小于1，表明吸附为“优惠吸附”[12]，但是也存在着物理吸附。尽管苦味酸羧甲基纤维素酯对肌酐具有良好的吸附性，但是CMC-PA降解的产物苦味酸为酸性物质，会刺激胃肠黏膜，对人体健康产生副作用。另外，做为一种口服吸附剂，其对体内的重要物质维生素B6（维生素B6为人体内某些辅酶的组成成分，参与多种代谢反应）是否也具有吸附性有待研究。因此本论文在前期研究基础上，模拟人体生理介质的条件下，分析pH、水解时间以及放置时间对CMC-PA稳定性的影响，并且测定在不同条件下对维生素B6的吸附性能，为其做为吸附材料应用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

羧甲基纤维素钠（CMC） 宜兴市通达化学有限公司；苦味酸（分析纯，PA）、高碘酸钠 天津市科密欧化学试剂开发中心；维生素B6惠世生化试剂有限公司；肌酐、吡啶、氯化亚砜 均为分析纯，天津市科密欧化学试剂开发中心。

SHZ-82A兴恒温振荡器 常州国华电器有限公司；Tu-1800PC紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；XS205电子精密天平 梅特勒-托力多仪器上海有限公司。

1.2 苦味酸标准曲线的测定

用不同pH的缓冲溶液分配制苦味酸溶液，在200～400nm范围内进行吸光度-波长扫描，选定其最大吸收波长。配制不同浓度的苦味酸溶液，分别测定其吸光度，绘制标准曲线。

1.3 维生素B6标准曲线的测定

用pH=7.3的缓冲溶液配制维生素B6溶液，缓冲溶液是由分析纯的磷酸二氢钾和氯化钠（其浓度分别为0.01mol/L和0.14mol/L）配制而成，在250～400nm范围内测定其最大吸收波长。配制不同浓度的维生素B6溶液，分别测定其吸光度，绘制标准曲线。

1.4 苦味酸羧甲基纤维素酯的合成

按照文献[13]的合成方法。

1.5 苦味酸羧甲基纤维素酯稳定性分析测定方法

1.5.1 苦味酸氧化羧甲基纤维素酯在模拟人体生理条件下的水解稳定性分析 按照文献[14]分别配制pH1、2、8的缓冲溶液待用，在5个50mL的锥形瓶中，分别加入50mg CMC-PA试样和10mL pH为1的缓冲溶液，在37℃的恒温振荡水浴中分别溶解2、4、6、8、24h，过滤。以pH1的缓冲溶液为空白，用紫外分光光度计法测定溶液中苦味酸的浓度，根据下式计算不同水解时间CMC-PA的水解率：

式中，Ci—第i次取样测得苦味酸的浓度，g/L；Vi—第i次取样时溶液的体积，L；M0—苦味酸的分子质量，g/mol；m-称取CMC-PA的干基质量，g；M-苦味酸羧甲基纤维素酯的分子质量，g/mol。

CMC-PA在pH2、8的缓冲溶液中水解率的测定方法同上。

1.5.2 苦味酸-羧甲基纤维素酯放置稳定性分析 将CMC-PA在空气中放置2、4、6、8个月，再次测量其对肌酐的吸附容量[15]的变化。

1.6 苦味酸-羧甲基纤维素酯对维生素B6的吸附测定方法

用蒸馏水配制透析液，各组成的浓度为：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维生素B6浓度为100mg/L的维生素B6的透析液。

精确称取0.050g CMC-PA试样，称取10mL的100mg/L的维生素B6溶液，在37℃的振荡水浴上分别吸附2、4、6、8h后，过滤，滤液用紫外分光光度法测定残余的维生素B6浓度。按下式计算CMC-PA对维生素B6的吸附容量：

式中：C0为吸附前溶液中维生素B6的浓度，mg/L；C为吸附后溶液中维生素B6的浓度，mg/L；W为称取吸附剂的干基质量，g。

2 结果与讨论

2.1 苦味酸羧甲基纤维素酯稳定性分析原理

苦味酸羧甲基纤维素酯的不稳定性主要是在酸或碱的催化作用下发生酯水解生成羧甲基纤维素和苦味酸；另一方面，苦味酸羧甲基纤维素酯在室温下放置一段时间，也有可能发生一系列的断键反应。反应方程式如图1。

图1 苦味酸-羧甲基纤维素酯的水解反应方程Fig.1 Equation of hydrolysis reaction of CMC-PA

因此苦味酸-羧甲基纤维素酯的稳定性可以通过水解后苦味酸浓度的变化进行分析。

2.2 苦味酸-羧甲基纤维素的稳定性分析

2.2.1 苦味酸标准曲线的绘制 以蒸馏水为空白，在250～600nm范围内进行扫描，紫外光谱如图2所示。其中1、2、3曲线分别为25、20、10mg/L的苦味酸溶液的紫外吸收曲线，可以看出苦味酸溶液在358nm处最大吸收峰，吸光度随浓度的变化而变化。图3为不同pH条件下22mg/L苦味酸溶液的紫外吸收峰。其中1、2、3曲线分别为pH1、2、8缓冲溶液下的紫外吸收曲线。从图3中可以看出，358nm处的吸收峰不受pH的影响，故可以选择358nm为测定波长。

配制不同浓度梯度的苦味酸标准溶液，以蒸馏

图2 不同浓度的苦味酸溶液的紫外吸收光谱Fig.2 UV spectra of PA solution in different concentrations

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

水为空白，在358nm处测其吸光度，绘制标准曲线如图4所示。当苦味酸质量浓度在0～30mg/L时，吸光度与浓度之间存在良好的线性关系，线性回归方程为：y=0.0586x，线性相关系数R2＝0.9984，用标准曲线法可以测定苦味酸的浓度。

图4 苦味酸溶液的标准浓度曲线Fig.4 The standard curve of PA solution

图5 CMC-PA在pH1缓冲溶液中的水解率Fig.5 Hydrolysis rate curves of CMC-PA in buffer solution of pH1

2.2.2 CMC-PA在不同pH条件下的稳定性 作为肌酐等有害物质的吸附剂，其使用过程中的稳定性是很重要的，依据CMC-PA作为吸附剂主要在肠道吸收肌酐，分析了在胃的酸性环境中（pH1～2）和在肠的偏碱性环境中（pH8）的不同pH透析液中CMC-PA稳定性，图5是在37℃时，CMC-PA在pH1的缓冲溶液中的水解作用曲线。可以看出在酸性条件下，CMCPA的水解率随时间的增加而缓慢增加，24h仍然没有达到平衡，水解率可达到1.75%。而食物在胃中的停留时间大约在4～6h，CMC-PA的水解率在这段时间内最高值仅为0.69%，CMC-PA水解率很低，所水解产生的苦味酸的浓度很低，对胃的刺激作用很小。

图6是在37℃时，CMC-PA在pH2的缓冲溶液中的水解作用曲线。从图中可以看出，随着时间的增加其水解率缓慢增加，当到达6h后迅速增加，24h基本达到平衡。水解率在4～6h为0.213%～0.226%，与图5相比其水解的趋势大致相同，最大水解率略低，主要是由于酸度对酯的水解具有催化作用，酸性越强，其水解越明显。而CMC-PA做为口服吸附剂，在模拟胃中的酸性条件下，其水解率很低，而且稳定性比较好，可以通过胃的酸性环境到达肠道。

图6 CMC-PA在pH2缓冲溶液中的水解率Fig.6 Hydrolysis rate curves of CMC-PAin buffer solution of pH2

图7是37℃时，CMC-PA在pH8的缓冲溶液中的水解曲线。随时间的增加其水解率逐渐增加，24h仍没有达到平衡，此时水解率为3.629%。而食物在肠中的停留时间约为4～6h，这段时间CMC-PA的水解率为1.318%～1.418%。与酸性条件下相比，碱性条件下其水解率更高，主要由于碱性条件下对酯水解的催化效果更好，使平衡向水解方向移动。另外，水解的苦味酸在碱性条件下可以生成醇钠，进一步使平衡向着水解方向移动。人体的消化周期大约在10h左右，在这段时间内CMC-PA水解率很低，稳定性较好。

图7 CMC-PA在pH8缓冲溶液中的水解率Fig.7 Hydrolysis rate curves of CMC-PA in buffer solution of pH8

2.2.3 CMC-PA的放置稳定性分析 CMC-PA在空气中分别放置2、4、6、8个月后，在37℃条件下分别对肌酐的吸附容量进行测定[16]，从表1中可以看出，其吸附容量并没有太大的变化，可以推断出CMC-PA在室温下放置稳定性较好。

表1 不同放置时间下CMC-PA对肌酐的吸附容量Table 1 The adsorption capacity of creatinine on CMC-PA in different time

2.3 CMC-PA对维生素B6的吸附性能分析

2.3.1 维生素B6溶液标准曲线的绘制 图8为用pH7.3的缓冲溶液配制的浓度为100mg/L的维生素B6溶液的紫外吸收曲线，在303nm处有最大的吸收波长，故选择此波长为最终测定波长。配制不同浓度的维生素B6标准溶液，以缓冲液为空白，在303nm处测其吸光度，并绘制标准曲线如图9所示。当维生素质量浓度在0～100mg/L时，吸光度与浓度之间存在良好的线性关系，线性回归方程为：y=0.0235x，线性相关系数R2＝0.9681。

图8 维生素B6溶液的紫外吸收光谱Fig.8 UV spectra of vitamin B6

图9 维生素B6溶液的标准浓度曲线Fig.9 The standard curve of vitamin B6

2.3.2 CMC-PA对维生素B6的吸附性能 维生素B6为人体内某些辅酶的组成成分，参与多种代谢反应，可作为蛋白质代谢中转氨酶、脱羧酶、消旋酶和脱水酶的辅酶而参与所有氨基酸的生物合成和分解代谢，缺少它，人吃下去的蛋白质就无法分解转化为人体自身的蛋白质，会出现抽筋、呕吐等病症。当维生素B6含量过低时，脂类代谢能力会下降，从而出现动脉粥样硬化等不良反应[17]。

CMC-PA对维生素B6的吸附性能见表2，从表2中可以看出CMC-PA对维生素B6的吸附性能非常小，而且吸附量随吸附时间的增加并没有发生任何趋势性的变化，表明由于CMC-PA是高分子结构，具有卷曲结构。而且从图10中可以看出维生素B6具有的主要官能团为羟基，与CMC-PA的主要官能团硝基和羟基不易发生化学作用。因此CMC-PA对维生素B6之间主要是存在一定量的物理吸附，使维生素B6附着在纤维素衍生物的表面上，但是其量很少，不会对维生素B6的人体吸收产生影响。

表2 不同吸附时间条件下CMC-PA对维生素B6的吸附容量Table 2 The adsorption capacity of vitamin B6on CMC-PA in the condition of different adsorption time

3 结论

本实验在苦味酸-羧甲基纤维素酯合成以及对肌酐吸附性能研究的基础上，模拟人体生理介质的条件下，分析pH、水解时间以及放置时间对CMC-PA稳定性的影响，并且测定在不同条件下对维生素B6的吸附性能，研究结果表明：

CMC-PA是一种性能稳定的吸附剂，CMC-PA在pH分别为1、2、8的缓冲溶液中水解4～6h的水解率分别为0.47%～0.69%、0.213%～0.226%、1.318%～1.418%。室温下放置2、4、6、8个月后，37℃时对肌酐的吸附性能相比新制的CMC-PA没有发生明显的变化，证明其具有良好的稳定性。

CMC-PA不影响维生素B6的吸收：CMC-PA对维生素B6的吸附容量很小，并且没有任何趋势性的变化，可能是由于CMC-PA对维生素B6存在一定量的物理吸附，使维生素B6附着在纤维素衍生物的表面上。

CMC-PA是一种新型的纤维素衍生物，具有作为功能性食品与药品原料开发的价值，今后将进一步加强其使用安全性、对尿素类物质吸附等方面的研究。

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

DAI Xiao-feng，FANG 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 *通讯联系人

戴晓峰（1985-），男，硕士研究生，研究方向：纤维素功能材料。

东北林业大学论文资助项目（j2am02）；高等学校博士学科点专项科研基金资助项目（20060225008）。