膳食纤维固定化牛磺酸及其吸附LDL-C的性能研究

生物医学工程研究2008。2732L7220JOUMALOFBIOMEDICALENGINCRESEARCHU一膳食纤维固定化牛磺酸及其吸附LDLC的性能研究赵辉，陈晶晶，方波，刘玮，丛海霞，殷良华东理工大学化工学院化学工程研究所，上海200237摘要研究一种利用静电作用选择性去除低密度脂蛋白胆固醇LDLC的吸附剂。以花生壳膳食纤维为载体，牛磺酸为配基合成此吸附剂，通过探讨反应时间、温度和牛磺酸用量对吸附剂中SO,一含量的影响，获得理想的制备条件；探讨吸附剂用量、吸附时间对血浆吸附效果的影响，获得合适的吸附条件。结果表明，该吸附剂对血浆总胆固醇TC吸附率达到339，低密度脂蛋白胆固醇IJL广C吸附率达,J4O3，高密度脂蛋白胆固醇HDLC的吸附率为164。该吸附剂对胆固醇具有较高的吸附选择性，可以以其为基础进行双亲性胆固醇吸附剂的研制。关键词膳食纤维；牛磺酸；低密度脂蛋白；吸附剂；静电作用；选择性中图分类号R31808；R4595文献标识码A文章编号16726278200803021704IMMOBILIZEDTAURINEWITHDIETARYFIBERANDITSABSORPTIONPROPERTIESOFLDLCZHAOHUI，CHENJINGLING，FANGBO，LIUWEI，CONGHAIXM，YINIAANGCHEMICALENGINEENNGRESEARCHCENTER，SCHOOLOFCHEMICALENGINEERING，EASTCHINAUNIVERSITYOFENCEANDTECHNOOGY，SHANGHA200237ABS喇TOGAINANABSORBENTWHICHCALLSELECTIVELYTOREMOVELOWDENSITYLIPOPROTEINCHOLESTEROLLDLCUSINGELECTROSTATICINTERACTIONTHEABSORBENTWASSYNTHESIZEDWITHDIETARYFIBERASTHECALER，TAURINEASLIGANDTHEEFFECTSOFREACTIONTIME，REACTIONTEMPERATUREANDAMOUNTOFTAURINEONTHECONTENTOFS04INABSORBENTWERESTUDIED，ANDTHEPREPARATIONCONDITIONWASOBTAINEDTHECONDITIONFORABSORPTIONWASOBTAINEDBYINVESTIGATINGTHEINFLUENCEOFABSORBENTAMOUNTANDABSORPTIONTIMETHERESULTSSHOWTHATTHEADSORPTIONPERCENTAGEF0THEREMOVALOFTOTALCHOLESTEROLTC，LOWDENSITYLIPOPROTEINCHOLESTEROLLDLCANDHIGHDENSITYLIPOPROTEINCHOLESTEROLHDLCALERESPECTIVELY339，403AND164，THISABSORBENTHASAHISHSELECTIVITYINREMOVINGCHOLESTEROL，ANDAMPHIPHILICCHOLESTEROLABSORBENTCANBEALSORESEARCHEDOILITSBASISKEYWORDSDIETARYFIBER；TAURINE；LOWDENSITYLIPOPMTEIN；RBENT；ELECTROSTATICINTERACTION；SELECTIVITY1引言临床医学研究表明心血管疾病包括冠心病、中风及其它动脉疾病等75的死亡是由动脉粥样硬化引起的。血浆中胆固醇浓度过高，会造成动脉血管壁的胆固醇酯沉积，而在胆固醇运输中起主要作用的是低密度脂蛋白LDL，它与胆固醇代谢及动脉粥样硬化密切相关2。目前常用的药物和饮食疗法等治疗效果均不理想，而血液灌流通过吸附剂通信作者EMAILFANGBOECUSTEDUCN选择性去除血液中低密度脂蛋白胆固醇来治疗高脂血症，是一种应用前景广阔且行之有效的方法。目前，壳聚糖、纤维素、PVA树脂等为常用吸附剂载体材料；而用以做配基的有氨基酸、磷酸、氯磺酸、氯乙酸等；再加上不同的手臂，因此吸附剂的种类较多，而吸附效果也不尽相同。膳食纤维以低廉的成本、良好的反应性及可再生性，广泛用作吸附剂载体材料，其分子链上含有大量羟基，可以键连各种配基，发生功能基化反应，生218生物医学工程研究第27卷成的膳食纤维衍生物具有良好的化学反应性和生物相容性，可以吸附螯合胆固醇，降低心脏病和直肠癌的发病率_3。而牛磺酸具有抗动脉粥样硬化，促进高脂血症动物胆固醇代谢，抑制血管钙化，抗凝血等作用引。本研究以花生壳膳食纤维为载体，牛磺酸为配基，制备低密度脂蛋白胆固醇吸附剂，利用静电作用吸附血浆中低密度脂蛋白胆固醇，有效降低其含量，是一种优良的胆固醇吸附剂。2原理与方法21试剂与仪器花生壳膳食纤维，实验室自制；环氧氯丙烷AR，上海凌峰化学试剂有限公司；牛磺酸BR，上海源聚生物科技有限公司。722分光光度计，上海精科仪器设备有限公司；HH一2A恒温水浴锅，金坛市宏华仪器厂；THZD台式恒温振荡器，上海申贤恒温设备厂；802电动离心机，金坛市江南仪器厂。22合成基本原理膳食纤维以ROH表示，吸附剂的合成过程如下OC1CH2一_ONCFT2一CH2SO3FROCTT，一【IROC2CHCTKIINCH2CH2SO3H23合成方法231花生壳膳食纤维的活化_7在500ML三口烧瓶中依次加入10G花生壳膳食纤维，50ML环氧氯丙烷和200ML3MOLL的NAOH溶液，置于40恒温水浴中，均匀搅拌反应25H。产物过滤，用乙醇洗涤23次，再用去离子水洗至中性，抽滤备用。232吸附剂的合成在100ML三口烧瓶中依次加入5G活化膳食纤维湿基，25RILL去离子水和10磺酸，置于80的恒温水浴锅中，均匀搅拌反应4H。产物过滤，用去离子水充分洗涤至中性，即得该产品。24吸附测定方法241溶胀度测定吸附剂先用生理盐水浸泡24H，充分溶胀后，用滤纸吸干其表面水分，称重；于5O真空干燥，称重。用下式计算其溶胀度为842。溶胀度M一MOMOX1001M为溶胀后湿态的质量G，MO为干燥后干态的质量G。242吸附测定采用静态吸附法。取少量新鲜猪血于离心试管中，3000RMIN下离心10MIN，取上清液备用。称取一定量的溶胀后的吸附剂于三角烧瓶中，加入5“LL血浆，于365下恒温振荡2H后取出，离心分离，取上清液进行测定。用生化实验方法8I9测定吸附前后血浆中的TC、HDLC的含量，LDLCTCHDLC。吸附率用下式计算，1A；100240C0、C分别为吸附前、后原血浆中TC、HDLC的浓度MGD1。3结果与讨论31红外光谱分析从图1上可以看出，在波数3420CM处有强吸收峰，显示有一OH基团的OH键和一NH一基团的NH键伸缩振动；在2926CM。处有中强吸收，显示有CH2或一C地基团的CH伸缩振动；在1656CM处有强吸收，显示有一NHCOCH基团的CO键的伸缩振动、非对称伸缩振动和NH键的弯曲振动；在1171CM处有中强吸收，证明有S03一基团的SO键伸缩振动；在1047CM处有强吸收，显示有CO的伸缩振动和CN的伸缩振动；在897CM指纹区有吸收，证明有COS键的伸缩振动。可以确定牛磺酸被接到了膳食纤维上。一褂M甚40003000200010000波数CM图1膳食纤维反应后的红外光谱FIG1INFRAREDSPECTRAOFDIETARYFIBERAELRRI组胡蛐32反应条件的确定321反应时间在100ML的三EI烧瓶中，依次加入5G活化膳食纤维湿基，25NLL去离子水和5G牛磺酸，在均匀搅拌的情况下，于60QC的恒温水浴中反应，时间依次为2H、25H、3H、35H、4H、45H、踟如0第3期赵辉，等膳食纤维固定化牛磺酸及其吸附LDLC的性能研究2195H，测定产物中S04一的含量。由图2可知，吸附剂中SO,一的含量随着反应时间的增加而增高，当反应时间超过4H后，SO4一的含量98基本不再变化，因此反应时间取4H。辞岫抽譬0反应时间TH图2反应时间对SO4一含量的影响FIG2TIMEOFRTETIONOILTHECONTENTOFSO4一322反应温度固定反应时间4H，活化膳食纤维湿基5G，牛磺酸5G，25IIL1去离子水，反应温度取40、50C、60、70、8O、85，测定产物中SO4一含量。由图3可以看出，当反应温度达到80时，SO4一的含量1455达到稳定，因此反应温度取80水一删如求I皿罨0204O6080100反应温度0C图3反应温度对S04一含量的影响FIG3TEMPERALUREOFRMETLONONTHECONTENTOFSO4一323牛磺酸用量固定反应时间4H，反应温度80，活化膳食纤维湿基5G，25LL1L去离子水，分别加入25G、5G,75G、10G、125G牛磺酸，测定产物中SO,一含量。由图4可以看出，当牛磺酸的用量为10G时，SO,一含量198达到稳定，因此膳食纤维牛磺酸12。，、辞一如求I皿G0圈4牛磺酸用量对SO4一含量的影响FIG4AMOUNTOFTAURINEO11THECONTATOFSO4一33吸附条件的确定331吸附剂用量对吸附效果的影响分别称取02G,03G、04G、O5G、06G吸附剂于25RI1L三角烧瓶中，加入5IILL血浆，于365下恒温振荡25H后取出J离心分离，取上清液测定吸附前后血浆中的TC、HDLC的含量。用3个血浆样本重复实验操作，吸附结果见表1。表1吸附剂用量对吸附率的影响3TABLE1THEEFFECT0FABRBMTANIOMAONTHEABS0PENMN302101170203314204769850257O3963562413O11984661372950487552310293181105823438OO5822463522742116854827416O68015136825515224546437418原血浆1267273292193822注A为3个样本的平均吸附率由表1可知，当双亲型吸附剂用量为05G，血浆用量5RNL时，它对TC和LDLC的平均吸附率分别可达到352和416，而对HDLC的吸附率为168，表现出良好的选择性。332吸附时间对吸附效果的影响固定吸附剂的量05G，吸附时间053H，间隔05H取样测定，确定吸附时间对吸附率的影响。在N3的情况下，做TC、HILC、LDLC吸附率的平均值随时间的变化关系。加M0220生物医学工程研究第27卷5O4O、料3O莲21O005L152253吸附时间TH卜_一RC,IIDI，CR一I1L_一C图5吸附时间对TC、HDL、LDL吸附率的影响，L3FIG5THEEFFEETOFABSONIONTIME0IITHEABSORPTIONPATETC、HDLC、ILC，L3由图5可知，随着吸附时间的增加，TC、HDLC、LDLC的吸附率逐渐增加，当超过2H后，LDLC的吸附达到平衡，吸附率基本不再变化，而IIDLC由于吸附较少，吸附率仍在增加，因此吸附最佳时间取2H。34吸附效果测定与比较称取O5G吸附剂于三角烧瓶中，加入5RNL血浆，于365下恒温振荡2H后取出，离心分离，取上清液测定吸附前后血浆中的TC、HDLC的含量。用L5个血浆样本重复实验操作，吸附结果见表2。表2膳食纤维吸附剂的吸附效果，L15JTABLE2ABSORVEONPROPERTIESOFTHELDLCABSORBENT15注A为L5个样本的平均吸附率由表2可以看出，吸附后血浆中的TC、HLC、HDLC的含量均有了显著性的变化，但是LDLC的变化最明显，其吸附率403明显高于HDLC的吸附率164。种LDL吸附剂，在纤维素上连接不同的手臂DENHIN1ERGLG3，GS后与牛磺酸反应，基于手臂不同，其对LDLC的吸附率在3257之问H。此吸附剂由于连接了手臂，因此吸附效果相对较好，但是制备过程较为复杂六步，所用原料和试剂也较多。而本吸附剂合成方法十分简单膳食纤维的活化和牛磺酸的固定；所用的原料和试剂中，膳食纤维廉价易得，反应性良好；而牛磺酸性质温和，对人体没有副作用；反应条件易于达到，8002下恒温反应即可；对LDLC的吸附效果也较为显著。如果在后期的临床试验中效果较好，此吸附剂可用于大规模的工业生产。4结论以花生壳膳食纤维为载体，牛磺酸为配基，可制备低密度脂蛋白胆固醇吸附剂。当膳食纤维上固定牛磺酸后，由于磺酸基团的存在，使其带有负电荷；而LDLC表面存在正电荷富集区，从而使合成的吸附剂可利用静电作用选择性地吸附LDLC。如果以其为基础，进行双亲型吸附剂的研制，同时利用疏水和静电作用对LDLC进行吸附，相信会取得较好的效果。当血浆用量为5RNL，吸附剂用量为05G，吸附时间为2H，用15个血浆样本重复实验，得此吸附剂对T平均吸附率达到339，对LDLC平均吸附率达到403，而对HDLC的平均吸附率为164。该吸附剂对胆固醇具有良好的吸附选择性。参考文献1SUZETTEJ，BIELINSKI，WEIHONGTANG，ETA1GENOMEWIDELINKAGESCANSFORLOCIAFFECTINGTOTALCHOLESTEROL，HDLC，ANDTRIGLYCERIDESTHEFAMILYBLOODPRESSUREPROGRAMJHUMGENET，2006，1203713802YAMASHITAS，MARUYAMATMOLECULARMECHANISMSLIPOPROTEINABNORMALITIESANDATHEROGENICI