全 文 ：第 ! 卷第 # 期
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生"物"加"工"过"程
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收稿日期&$%%. 8%! 8$
基金项目&青岛科技大学科研启动基金项目$bHD:$%%-&$&-%
作者简介&赵文英$&.).#%"女"山东蓬莱人"博士"副教授"研究方向&天然产物活性成分"XN<=;G& O`34=>%%.eO=4>>7C><7C?
薏苡仁油回流提取工艺参数优化及其动力学研究
赵文英"公衍玲"黄"山"于慧荣"卢永亭
$青岛科技大学 化工学院"青岛 $))%,$%
摘"要&探索加热回流法提取薏苡仁油的最佳工艺条件"并对提取过程进行深入探讨 采用单因素法考察溶剂(
料液比(药材粒径(提取时间等对薏苡仁油提取率的影响"在此基础上研究其提取动力学 结果表明薏苡仁油较
佳的提取条件为采用丙酮作为溶剂"液固比 - 倍"药材平均粒径%f$ <<"提取# 4 动力学研究表明"粒径较小
时$%f$ g%f!# <<%"薏苡仁油的提取动力学符合二阶溶出动力学模型"即减小药材粒径"可明显增加有效成分
的提取率
关键词&薏苡仁油)动力学)加热回流提取
中图分类号&Z$!,f$""""文献标志码&(""""文章编号&&)-$ 8#)-!$$%&%%%# 8%%%& 8%
+9G.H.I5G.2/5/JK./0G.:1724G-040763L./; 0LG45:G.2/942:01127!"#$ 100J2.6
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""薏苡仁为禾本科薏苡属草本植物薏苡$!"#$
(%0623&%N8"*#T;??%的干燥成熟种仁"具有健脾(补
肺(清热(利湿的功效"*本草纲目+中称其乃上品养
心药 近年来"国内外学者对薏苡的化学成分和药
理活性进行了研究"并得到多种化学成分"其中薏
苡仁油是薏苡仁中的主要成分 现代药理学研究
证明薏苡仁油有抗肿瘤(降糖(降压(抑制骨骼肌收
缩等作用,&- "在临床上具有广泛的应用
""薏苡仁油的提取目前仍是以采用适当的溶剂
进行固液浸提为主"浸提的速度是设计浸提工艺过
程的一个重要的参数"因此考察各提取因素随时间
变化的趋势很有必要 人们已经研究了许多天然
产物的浸提过程,$- "希望对浸提过程的机制和动力
学有合理的解释 本文在考察各影响因素的基础
上"研究粒径随时间变化的动力学过程"以期对工
程放大和优化生产提供指导
E?材料与方法
EPE?实验仪器与材料
""旋转蒸发仪ZX $"上海亚荣生化仪器厂)循
环水多用真空泵"河南巩义市峪予华仪器厂)高速
万能粉碎机"天津泰斯特仪器有限公司 薏苡仁"
安徽海鑫中药饮片有限公司)其余试剂均为分
析纯
EPC?实验方法
&f$f&"提取实验
""分别称取 份 &% J薏苡仁粉于圆底烧瓶中"按
表 & 中所列的溶剂及条件进行提取$平行实验%"加
热至微沸"回流提取"过滤"取滤液用旋蒸仪回收溶
剂至干"用减质量法计算所得薏苡仁油的质量及提
取率
""薏苡仁油提取率i&$提取的薏苡仁油%0&$薏
苡仁药材% j&%%k
表 E?影响提取率的主要因素
F5M60E?#L904.H0/G56:2/J.G.2/1
不同溶剂 粒径0
<<
液固比 提取时间0
4
乙醇 &f-% #h& &
丙酮 %f!# h& $
乙酸乙酯 %f -h& #
二氯甲烷 %f#! .h& ,
环己烷 %f$ &&h&
&f$f$"动力学实验
""分别称取平均粒径为 &f-%(%f!#(%f(%f#!(
%f$ <<的薏苡仁粉适量放入& %%% 中"加入& %%% 的时间取样"每次用移液管取&% 量的烧瓶中"用旋蒸仪蒸干"称质量并计算薏苡仁
油的产量
C?结果与讨论
CPE?溶剂种类的影响
""采用平均粒径为 %f$ <<的药材颗粒"按液固
比 h&加入溶剂提取# 4"分别考察极性溶剂对提取
率的影响"结果如图 & 所示 从图 & 可看出"溶剂性
质不同"对薏苡仁油的提取率有很大影响 本实验
中"丙酮的提取率最高"为 !f&)k"而无水乙醇的提
取率最低"仅为 ,f)#k"几乎是丙酮提取率的一半
薏苡仁油中含有的成分主要是甘油三酯"极性较
小"因此"用环己烷提油量较多$-f-k% 丙酮提取
油量最多的原因"一方面是因为丙酮的极性属于中
等"对小极性和大极性的物质均有一定的溶解能
力)另一方面可能因为薏苡仁油中的甘油三酯以不
饱和脂肪酸酯为主"其中的不饱和双键与丙酮中的
羰基之间存在静电力"形成分子间相互作用"有助
于油脂在丙酮中的溶解度增加,#- 另外"薏苡仁丙
酮抽提物具有明显的抑制艾氏腹水癌(子宫癌等癌
细胞生长的作用,&- "故以丙酮作溶剂为宜
图 E?溶剂对薏苡仁油提取率的影响
Q.;=E?#70:G127J.7040/G126R0/G12/5H23/G272.6
CPC?薏苡仁粒径的影响
""取一定量不同粒径的薏苡仁药材"加入 倍量
丙酮提取# 4"考察粒径大小对薏苡仁油提取率的影
响"结果如图 $ 所示 图 $ 中"平均粒径在 %f g
&f-% <<之间"薏苡仁油提取率增加缓慢"而从
%f<<到 %f$ <<"随着粒径的减小"薏苡仁油提
取率急剧增加"这是因为 %f g&f-% <<的药材颗
粒细胞结构未被破坏或破坏程度很小"大部分油脂
还被封闭在细胞内部"溶剂不易渗透进入细胞内
部"因此油提取率较低)随着粒径的减小"药材颗粒
细胞结构破坏程度增加"同时"其相对表面积增大"
与溶剂接触面积也越大"因此油提取率增加很快"
从图 $ 趋势看"随着药材颗粒破坏程度的增加"提取
率会有进一步的提高"但细胞结构破坏到一定程
度"不再成为影响溶剂渗透到细胞内部的主要障碍
时"提取率就不会再增加 反而会因为过度破碎"
使细胞本身的一些结构碎片溶解于溶剂中"同时过
细的药材颗粒聚集在一起也会影响溶剂的渗透"从
而降低提取率
""因此为了更快更完全地浸出有效成分"在薏苡
仁预处理$粉碎% 时"应尽量破坏细胞结构"使溶剂
很容易渗透进入细胞内部"但同时薏苡仁应该具有
必要的机械结构性能"以保证在药材颗粒之间良好
的溶剂渗透性
$ 生"物"加"工"过"程"" 第 ! 卷"
图 C?粒径对薏苡仁油提取率的影响
Q.;=C?#70:G127H5G04.561.I02/0LG45:G.2/07.:.0/:B
CP@?液固比的影响
""取粒径为 %f$ <<药材"加入丙酮作为溶剂提
取# 4"考察液固比对提取率的影响"结果如图 # 所
示 由图 # 可知"溶剂用量为药材用量的 - 倍时"薏
苡仁提油率最高 由溶剂倍量的影响趋势可看出"
在前一阶段"随着提取溶剂用量的增加"提油率明
显增大"这是因为对于一定量的薏苡仁药材来说"
溶剂用量的增加相当于降低了溶剂中油的浓度"增
加了药材中油与浸出液中油的浓度差"使扩散传质
的动力增加"从而提高了油脂的浸出速度和浸出
率,,- )但是当液固比超过 - 倍时"出油率有所降低
可能是由于薏苡仁中含有大量淀粉类物质,- "当溶
剂用量过大时"会有一些淀粉类物质通过助溶作用
进入提取液中"对其中的有效成分有吸附作用"从
而造成出油率的下降"具体原因还有待进一步研究
图 @?液固比对薏苡仁油提取率的影响
Q.;=@?#70:G127H5G04.56S126R0/GH51145G.2 2/
0LG45:G.2/07.:.0/:B
CPT?提取时间的影响
""采用丙酮作为提取溶剂"按液固比 h&加入提
取器中"考察提取时间对提取率的影响"结果如图
, 所示 从图 , 可以看出"提取时间对%f$ <<薏
苡仁粉的产油量影响很小"因为在此粒径范围内"
药材颗粒细胞大部分被破坏或变形"大部分油脂
很容易被溶解出来"而且比表面积增大"与溶剂充
分接触"原料充分浸润(溶胀"油提取速率加快
所以提取时取# 4"既节省时间又能充分提取薏苡
仁油
图 T?提取时间对薏苡仁油提取率的影响
Q.;=T?#70:G1270LG45:G.2/G.H02/0LG45:G.2/07.:.0/:B
""对于粒径较大的药材"因为颗粒细胞基本未被
破坏或变形"薏苡仁油溶解并从较大粒子内部溶出
到溶剂需要一定的时间"故油脂提取率随提取时间
呈现一种逐渐上升的趋势"最后达到动态平衡 从
图 , 可以得出"随药材颗粒的减小"提取时间对其提
取率的影响逐渐减小
CPU?薏苡仁油提取动力学
$ff&"药材粒径对薏苡仁油提取速率的影响
""薏苡仁粒径大小对薏苡仁油的提取率有较大
影响"结果如图 所示 由图 可知"粒径越大"提
取速率越低"达到饱和所需的时间越长)粒径越小"
提取速率越高"达到饱和所需的时间越短
图 U?不同薏苡仁粒径下浸提时间与薏苡仁油浓度的关系
Q.;=U?V065G.2/270LG45:G.R0G.H05/J:2/:0/G45G.2/
742HJ.7040/GJ.5H0G04H5G04.561
""对同一粒径下的薏苡仁来说"薏苡仁油的浸出
速率也是随着时间的增加先增加"增加到一定程度
#"第 # 期 赵文英等&薏苡仁油回流提取工艺参数优化及其动力学研究
时"浸出速率开始减小"最后达到动态平衡 %f!# g
&f-% <<粒度之间的薏苡仁油的提取要经过一个比
较缓慢的逐渐上升的过程"最后达到动态平衡)而
提取%f <<以下的薏苡仁油时"达到动态平衡的
时间较快 同时也应该注意到"药材颗粒在 %f!# g
&f-% <<之间"其达到动态平衡时"提取率相差不
大"而颗粒粒径在%f$ <<的提取率远高于它们"这
说明在药材颗粒较大时"细胞整体结构未被完全破
坏"溶剂不容易渗透进细胞内部将其完全解析溶解
出来
$ff$"薏苡仁油提取的动力学方程
""根据二阶动力学假设建立数学模型,)- 该动
力学模型是建立在二阶溶出假设基础上的"该假设
认为大部分薏苡仁油以极快的速率溶出"并将薏苡
仁油的浸出过程分为快速扩散和慢扩散 $ 个阶段"
是一快一慢 $ 种平行反应的综合过程&&%纯溶剂的
推动力使初始阶段粒子表面的油脂瞬间洗涤下来
溶入溶剂#洗涤过程)$%破碎细胞及细胞间隙中的
油脂由于扩散阻力小会以较快的速度扩散到溶剂
中#快速扩散过程)#%完好细胞中的油脂由于扩散
阻力大"则会以较慢的速度扩散到溶剂中#慢扩散
过程 其中"前 $ 个过程统称为快速扩散过程"大部
分薏苡仁油的提取发生在此过程中
""薏苡仁油浸出被简单地认为是以下过程&
薏苡仁$固% m有机溶剂$液%
"
薏苡仁油$溶液%
""假设这个过程只是溶液中薏苡仁油浓度的函
数"因为固体活性物质$薏苡仁%和纯液体$丙酮%是
一个整体 在相同的溶出条件下"薏苡仁油的饱和
浓度水平被认为是不变的
""二阶动力学速度方程可表示如下&
@
"
:
@1
9)$
"
D
:
"
:
%
$
$&%
式中&)为二阶浸出速率常数"J0$"
D
为溶
出饱和度"即饱和时薏苡仁油的质量浓度"J0"
:
为1时溶液中薏苡仁油的质量浓度"J0""整理后得&
1
"
:
9
&
)
"
D
$
;
1
"
D
$$%
式$$%即为二阶动力学方程"用来表示溶液中薏苡
仁油质量浓度对二阶速率的影响
""将实验数据代入方程"所得直线如图 ) 所示
""由图 ) 各方程的线性相关系数可知"除薏苡仁
颗粒大小在&f-% <<范围内时"提取过程不符合该
图 W?不同粒径下薏苡仁油的二阶浸出动力学曲线
Q.;=W?!0:2/JS24J040LG45:G.2/27:2.L 100J2.65G
J.7040/G954G.:601.I01
模型外 平均粒径在 %f$ g%f!# <<范围内的药材
颗粒提取过程与该模型线性关系良好"由图 ) 可知"
不同粒径下各动力学方程的斜率$&0
"
D
%基本一样"
因此饱和浓度可定为相同"与假设相符)并且随着
粒径的减小"截距 &0$)
"
D
$
%逐渐减小"其速率常数
逐渐增加
""由此可以得出"模型 1
"
:
i
&
)
"
D
$
m
1
"
D
可以正确地
解释加热回流提取薏苡仁油的过程机理 即薏苡
仁油的提取主要为快速扩散过程"通过减小药材粒
径(增加料液比来增大细胞内外的有效成分浓度
差"加快提取过程
@?结?论
""在考察各因素对薏苡仁油提取率影响的基础
上"系统研究了薏苡仁油的回流提取条件"并对提
取过程进行了动力学研究"优化了提取过程
""&%通过考察溶剂类型(液固比(药材粒经(提取
时间对薏苡仁油提取率的影响"确定了较佳提取条
件为丙酮提取"液固比 -h&"原料平均粒径%f$ <<"
提取时间# 4
""$%研究不同粒度下的薏苡仁油提取动力学"发
现粒径大小对薏苡仁油的提取有很大的影响&粒径
较小时$%f$ g%f!# <<%"提取过程符合动力学方
程 1
"
:
i
&
)
"
D
$
m
1
"
D
"提示薏苡仁油提取率的增加可以
通过减小药材粒径和增加液固比来实现
参考文献&
,&-"张启华7薏苡仁药理作用及临床应用研究进展,W-7实用中医
药杂志" $%%)"$$$!%&&-N&!7
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EG=]>?BJGOC>D;@BDEF><=&#(%$>(%*2% Z>I2 ;`:4 B:4=?>G,W-7/=:HN
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BI:F=C:>? @D,W-7SB9 5HF;E_BC4?>G"$%%-"$$#%&,!-N,.)7
,,-"谢秀琼7现代中药制剂新技术 ,a-7北京&化学工业出版
社"$%%,7
,-"江苏新医学院7中药大词典&上册,a-7上海&科学技术出版
社"$%%&7
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<>@BG2H;G@;?J>EGB=C4;?J>E` =:BFND>GH2GBC><9>H?@D>E5#(#%
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炼钢过程中产生的废气"是T=?3=_BC4公司用于生产燃料和化学品的极好原料 全世界 %k的钢铁产
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$文伟河%
"第 # 期 赵文英等&薏苡仁油回流提取工艺参数优化及其动力学研究