Selective adsorption and separation of stevioside and rebaudioside A by a metal-organic framework with boronic acid

The boronic acid functionalization metal-organic frameworks (MOFs), as unique boronate affinity adsorbents, have desired specific molecular affinity for the separation and enrichment of cis-diol-compounds. Herein, the boronic acid functionalized Zn-based MOF adsorbent (MOF-BA) was synthesized through a simple one-step microwave method and used for the recognition and isolation of steviol glycosides (SGs). This MOF-BA exhibits the same spherical structure and isostructure with the parent framework composed only of the primitive ligand as verified by SEM and XRD characterization. It was confirmed that changing the ratio of ligands could achieve the adjustability of the boron content in the framework. At the same time, the MOF-BA-1.0 showed a suitable pore size (4.69 nm), and the presence of boric acid functional groups showed favorable selectivity for stevioside (STV). The static adsorption results showed that adsorption performances of rebaudioside A (RA) and STV from crude sugar solution (5.0 mg [mL.sup.-1], pH 8) on MOF-BA-1.0 were investigated at 303 K for 15 h. The adsorption capacities for STV and RA were 42.93 mg [g.sup.-1] and 22.96 mg [g.sup.-1], respectively, and the adsorption selectivity ([[alpha].sub.STV/RA]) reached 4.35. The adsorption isotherm and kinetic data of MOF-BA-1.0 for RA and STV obeyed the Langmuir isotherm model and pseudo second order kinetic model, respectively. The study demonstrated that MOF-BA-1.0 adsorbent could be used as a potential adsorbent to purify the active ingredients of stevia and obtain a high concentration of RA products. Key words: boronic acid functionalized metal organic framework (MOF-BA), separation, stevioside, rebaudioside A. Les réseaux métallo-organiques (MOF, metal-organic frameworks) fonctionnalisés par un acide boronique, employés comme adsorbants possédant une affinité pour un boronate en particulier, présentent une affinité moléculaire spécifique qui est souhaitable pour effectuer la séparation et l'enrichissement des composés cis-diol. Dans le présent article, nous avons synthétisé un adsorbant consistant en un MOF à base de Zn fonctionnalisé par un acide boronique (MOF-BA) au moyen d'une méthode simple en une étape, fondée sur les micro-ondes, et nous avons utilisé cet adsorbant pour effectuer la reconnaissance et l'isolation des glycosides du stéviol (GS). Ce MOF-BA présente la même structure sphérique et isostructure que le MOF parent, qui se compose uniquement du ligand primitif, tel que le confirme la caractérisation par microscopie électronique à balayage (MEB) et par diffraction des rayons (DRX). Nous avons démontré qu'il est possible de moduler la teneur du bore dans le MOF en variant le rapport des ligands. Par ailleurs, le MOF-BA-1.0 présentait une taille de pores appropriée (4,69 nm), et la présence de groupes fonctionnels àbase d'acide borique a conféré à ce composé une sélectivité favorable pour le stévioside (STV). Les performances d'adsorption statique sur le MOF-BA-1.0 du rébaudioside A (RA) et du stévioside (STV) dans une solution de sucre brut (5,0 mg [mL.sup.-1], pH 8) ont été évaluées à 303 K pendant 15 h. Les résultats ont montré que la capacité d'adsorption du STV et du RA était respectivement de 42,93 mg [g.sup.-1] et de 22,96 mg [g.sup.-1], et que la sélectivité d'adsorption ([[alpha].sub.STV/RA]) atteignait 4,35. L'isotherme d'adsorption et les données cinétiques du MOF-BA-1.0 pour l'adsorption du RA et du STV obéissaient au modèle de l'isotherme de Langmuir et au modèle cinétique de pseudo-second ordre, respectivement. L'étude a permis de montrer que le MOF-BA-1.0 pouvait éventuellement servir d'adsorbant pour purifier les ingrédients actifs du stévia et obtenir une concentration élevée de RA. [Traduit par la Rédaction] Mots-clés: réseau métallo-organique fonctionnalisé par un acide boronique (MOF-BA), séparation, stévioside, rébaudioside A.
Introduction Steviol glycosides (SGs) extracted from Stevia rebaudiana Bertoni leaves are a high-quality natural sweetener and dietary supplement. (1,2) Owing to their high sweetness (250-450 times sweeter than sugar), zero [...]