为大规模制备茶黄素-3,3’-双没食子酸酯(TFDG)单体,南京农业大学食品科技学院吴光亮、刘新涛、胡 冰等人利用单因素试验和响应面法中的Box-Behnken设计优化TFDG合成底物EGCG/ECG物质的量比、pH值和温度等反应条件,并利用AB-8层析柱结合HSCCC从酶促反应液中纯化TFDG单体。
1、生成TFDG的HPLC检测结果
梨PPO可以催化EGCG和ECG合成TFDG,经过60 min的反应,大部分表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)和表儿茶素没食子酸酯(ECG)转化为TFDG,这说明梨PPO具有较好的合成TFDG能力。因此,本研究以TFDG产率高低作为评价标准,探讨PPO催化EGCG和ECG合成TFDG的最适EGCG/ECG物质的量比、pH值和反应温度。
2、单因素试验结果
EGCG/ECG物质的量比对合成TFDG的影响
结果可知,以EGCG和ECG作为底物合成TFDG时,EGCG和ECG的物质的量比对TFDG产率影响较大。EGCG/ECG物质的量比为1∶1时,EGCG产生的醌不足以和ECG产生的醌相结合,TFDG的产率为54.1%;但是EGCG/ECG物质的量比为3∶1时,EGCG产生的醌足以和ECG产生的醌相结合,TFDG的产率可大幅度提高到77.3%,随着底物物质的量比例的升高,TFDG的产率并未明显提高。为节约儿茶素同时保证TFDG产率,设定EGCG/ECG物质的量比为3∶1作为响应面试验的中心点。
反应pH值对合成TFDG的影响
当pH值为3.0时,酶活力在该pH值条件下比较低,导致TFDG的产率仅为22.7%;pH值在4.0~5.5范围时,TFDG产率为80%~87%;当pH值升高到6.0~7.0时,TFDG产率急剧下降至35.5%,推测pH值升高使得PPO活力下降,且TFDG在碱性条件下不稳定。根据单因素试验结果,选取pH 4.0作为响应面试验的中心点。
反应温度对合成TFDG的影响
温度升高到35 ℃,TFDG的产率随着温度的升高而增加,在35 ℃左右TFDG产率达到峰值,随后开始下降。由此,选择35 ℃作为响应面试验的中心点。
3、响应面试验结果与分析
通过软件分析确定PPO催化合成TFDG的最佳条件为EGCG/ECG物质的量比为3.08∶1、pH 4.10、温度36.96 ℃,在此条件下计算得出的TFDG产率理论值为84.63%。为方便实验进行选取EGCG/ECG物质的量比3.1∶1、pH 4.10、温度37 ℃进行验证实验,得到TFDG产率为(85.14±0.40)%,实验值与预测值一致性较好。说明该多元二次回归方程可靠性较好,适合对TFDG产率的预测。
4、TFDG单体的纯化结果
经HPLC分析2号和3号峰分别为EGCG和ECG,4号峰为TFDG,TFDG的纯度可达到97%,说明该方法能够高效地从TFDG的粗提物中纯化出高纯度的TFDG单体。
结 论
通过单因素试验探讨了物质的量比(EGCG/ECG)、pH值和反应温度对皇冠梨PPO催化EGCG和ECG合成TFDG的影响,利用Box-Behnken试验优化得出最佳底物物质的量比(EGCG/ECG)3.1∶1、pH 4.1、反应温度37 ℃;利用AB-8层析柱结合HSCCC对最优反应条件下合成的TFDG反应液进行纯化,TFDG产率和纯度分别能达到85.14%和97%;实验表明该方法对TF1、TF2A和TF2B的制备同样适用,因此本研究为高效率制备各茶黄素单体提供了参考依据。