صفحات اکسید گرافن با نانوذرات کیتوزان-صمغ عربی برای جداسازی ترکیبات زیست‌فعال: جذب کروسین از عصاره زعفران

این تحقیق دیدگاه جدیدی نسبت به کاربرد کامپوزیت‌های بیوپلیمری-گرافنی به‌عنوان بستری جامد برای جداسازی و تصفیه ترکیبات زیست‌فعال ارائه می‌دهد. نانوکامپوزیت‌های اکسید گرافن با شیت‌های عملکردی‌شده از طریق نانو کمپلکس‌های محلول و نامحلول کیتوزان و صمغ عربی با موفقیت سنتز و برای جذب و تصفیه کروسین، یک ترکیب تغذیه‌ای-دارویی از زعفران، بکار گرفته شدند. این کامپوزیت‌ها دارای ساختار نانویی با اندازه ذره ۱۰ نانومتر بودند و افزایش بی‌سابقه‌ای در سطح ویژه به میزان حدود ۳۰۰٪ تجربه کردند و فاصله شیت‌ها (d-spacing) آن‌ها به میزان ۱۷٪ بهبود یافت. شرایط بهینه برای جداسازی کروسین شامل دما = ۳۱۸ کلوین، نرخ همزدن = ۳۰۰ دور در دقیقه، غلظت اولیه = ۱۰۰ میلی‌گرم بر لیتر و pH = ۶ بود.

تحت این شرایط، نانوکامپوزیت‌ها ۹۹.۱٪ کروسین را در زمان تعادل ۳۰ دقیقه جداسازی کردند.داده‌های جذب بهترین نمایش را با ایزوترم فروندلیش و مدل‌های سینتیک شبه‌دوم داشته‌اند. مطالعات ترمودینامیکی نشان داد که جذب کروسین روی نانوکامپوزیت‌ها یک فرآیند اندوترمیک، خود به خود و فیزیکوشیمیایی بوده است. آنالیز کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC) نشان داد که نانوکامپوزیت‌های تولید شده به طور مؤثری کروسین را از عصاره زعفران جذب می‌کنند و خلوص آن مشابه نمونه استاندارد است. مکانیسم‌های ممکن تعامل بین کروسین و نانوکامپوزیت‌ها شامل تعاملات الکترواستاتیک و پیوند هیدروژنی بوده‌اند.

This work provides a new perception toward the application of the graphenic-biopolymeric composites as a solid-bed for separation and purification of bioactive compounds. Graphene oxide nanocomposites with functionalized sheets by soluble and insoluble nanocomplexes of chitosan and Arabic gum, were successfully synthesized and employed for the adsorption and purification of crocin, a nutraceutical from saffron. The composites exhibited a nanostructured scaffold with a particle size of 10 nm and experienced an unprecedented increase in the surface area by about 300% and improved d-spacing sheets by 17%. The optimum conditions for crocin separation were temperature = 318 K, stirring rate = 300 rpm, initial concentration = 100 mg L−1 and pH = 6. Under these conditions, the nanocomposites separated 99.1% of crocin in an equilibrium time of 30 min.

The adsorption data were best represented by Freundlich isotherm and pseudo-second-order kinetic models. The thermodynamic studies indicated that the crocin adsorption on nanocomposites was an endothermic, spontaneous and physisorption process. The high-performance liquid chromatography (HPLC) analysis revealed that produced nanocomposites adsorbed crocin efficiently from saffron extract with a purity similar to the standard sample. The possible interaction mechanisms between crocin and nanocomposites were electrostatic interactions and hydrogen bonding.