全 文 ：·药剂与工艺·
中草药浸提过程的动力学模型
华东理工大学化学与制药学院　国家教育部超细材料反应工程开放实验室 (上海 200237)
储茂泉 　古宏晨　刘国杰
摘　要　根据中草药浸提机制和扩散理论 ,建立在浸提温度保持不变条件下的动力学模型 ,分别讨论了浸提时间、
溶剂倍量以及颗粒粒度与浸出有效成分浓度之间的函数关系 ,结果是: 在单因素变化的情况下 , lnCB与 lnt、 lnσ或
ln( M- R)均成线性关系。对丹参 ( Salvia miltiorrhiza Bge )中有效成分丹参酮 ( tanshinone )的浸提过程进行了实验
研究 ,结果表明该模型与实验结果相吻合。
关键词　中草药　浸提过程　动力学模型　丹参酮
Kinetic Model on Medicinal Herb Extraction Process
　　 Co llege of Chemistry and Pharmacy, East China Univ er sity of Science and Tech no lo gy ( Shanghai 200237)　 Chu
Maoquan, Gu Hongchen and Liu Guo jie
Abstract　　 Based on medicinal herb ex traction mechanism and dif fusion principles, a kinetic model
on iso thermal herb ex t raction process w as presented. The relation betw een the concentration of activ e
component and ex t raction time, size of herb pa rticle and volume of solvent w ere discussed respectiv ely.
The result show ed tha t the relations betw een lnCB and lnt , lnσ o r ln(M- R ) w ere linea r when only one
parameter wa s changed. A ca se for ex t racting tanshinone f rom Salvia m iltiorrhiza Bge w as sutdied, the
resul t indicated a perfect matching betw een the mathematical model and the experimenta l da ta.
Key words　medicinal herb　 isothermal ex t raction pro cess　 kinetic model　 ta nshinone
　　中草药在浸提过程中 ,溶剂倍量、颗粒粒度以及
浸提时间等是影响有效成分浸出的几个重要因素。
为提高中草药制剂的理论水平和控制能力 ,提高有
效成分的收率和降低生产成本 ,从理论上研究这些
因素与浸出有效成分浓度之间的关系是很有必要
的。但由于中草药结构复杂 ,成分繁多 ,目前对这一
方面的理论研究还很不充分。为此 ,本文建立了一个
动力学模型 ,并对此模型进行了实验检验。
1　浸提机制与数学模型
1. 1　中草药浸提过程机制:由于药材组织结构和成
分的复杂性 ,浸提过程的机制是复杂的。但一般地说
来 ,浸提过程可由三个步骤组成:第一步 ,溶剂向药
材内部渗透 ;第二步 ,依靠溶质的溶剂化等将溶质溶
解到固液界面上 ;第三步 ,溶质从固液界面向溶剂主
体扩散。一般地 ,浸提时溶剂的渗透和溶质的溶解进
行得较快 [1 ]。 本工作假定浸提过程的速率完全由第
三步来决定 ,这就是说 ,扩散是浸提速率的控制步
骤。
1. 2　数学模型的建立:据上 ,由 Fick第一扩散定律
图 1　 dCB /dx 与 t的关系
示意图
可得: dnB /dt = DS ( dCB /
dx )… ( 1) ,即溶质 B的扩
散速率与 其浓 度梯度
dCB /dx 和固液界面积 S
成正比。式中 nB为溶质 B
的物质的量 , D 为扩散系
数。在一个封闭的系统中 ,
扩散总是偏离平衡态的。
在浸提过程中 ,药材中溶
质浓度逐渐降低 ,药液中溶质浓度则逐渐增高。因此
在液固界面层中 ,溶质的浓度梯度 dCB /d x 在不断
减小。假定它随时间的改变如图 1所示 ,即开始时
dCB /dx 减小很快 ,随着时间的延长 ,减小趋势变得
缓慢 ,且渐趋于 0。 那么 ,图 1的曲线可用如下幂函
数 [2 ]来描述: dCB /dx= atb (a> 0, - 1 将式 ( 2)代入式 ( 1)可得: dnB /dt= DS atb… ( 3)对于
稀溶液 ,浓度对扩散系数的影响不大 ,而对浓溶液 ,
扩散系数则是浓度的函数 [3 ]。一般情况下 ,中草药浸
提液为较浓溶液。林亚平 [4 ]等在研究非溶蚀性药物
·504· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2000年第 31卷第 7期
Address: Chu Maoquan, Col lege of Ch emis t ry and Ph arm acy, Eas t China University of Science and Tech nology, Sh angh ai储茂泉　男 ,博士 (在读 ) ,研究方向为天然药物有效成分的提取及制剂。
体系的释放动力学时 ,认为扩散系数与溶质浓度的
幂成正比 ,即: D= D0CBn　 (n < 0)… ( 4) ,式中 , D0
是一个仅与溶质的特性和温度等有关的常数 ,被称
为溶质的固有扩散系数。
将式 ( 4)代入式 ( 3) ,积分 ,并假定开始时药液中
的溶质 B的浓度为 0, t时刻 nB= VCB ,其中 V为药
液体积。则得: CB= [D0Sa( 1-n )V ( 1+ b) t( 1+ b) ]1 /( 1-n )… ( 5)。
一般地 ,药材被粉碎成颗粒状 ,若药材的颗粒数
目为k,颗粒粒度为e,药材总的干质量为 G,密度为
d,则: S= kke2… ( 6) , G= k′kde3… ( 7) ,式中 ,k、 k′为
比例常数 ,均与药材颗粒的形状等因素有关。于是由
式 ( 6)、 ( 7)可得: S= KG /e… ( 8) ,式中 , K= k /k′d。
如果药材的浸提是在溶剂回流的情况下进行
的 ,则可不计因蒸发而引起的溶剂损失。此时溶剂倍
量可用下式表示: M= V /G+ R… ( 9) ,式中 R是药
材充分吸湿所需的溶剂体积与干药材质量之比 ,被
称为药材的吸溶剂率。对于确定的干药材 , R是个定
值 ,可由实验确定。
将式 ( 8)和 ( 9)代入 ( 5) ,得: CB = [TtU /e(M-
R ) 1 /( 1-n)… ( 10) ,式中T= K ( 1- n )TD0 /U,U= 1+ b。
对于确定药材 ,当浸提温度保持不变时 ,T和 U均为
常数。 式 ( 10)便是本文导得的中草药浸提过程的动
力学模型 ,它表示了浸出有效成分浓度与溶剂倍量、
颗粒粒度以及浸提时间之间的函数关系。 下面分别
讨论之。
①当只考虑浸提时间发生改变而其它条件保持
不变时 ,对式 ( 10)取对数并移项可得: lnC= λ+ Vlnt
… ( 11) ,式中 ,λ= [1 /( 1- n ) ln [T/e(M- R ) ] ,V= U/
( 1- n ) ,它们均为常数。
②当只考虑药材粒度发生改变而其它条件保持
不变时 ,对式 ( 10)取对数并移项可得: lnC= - h
lne… ( 12) ,式中 , = [1 / ( 1- n ) ln [TtU /(M- R ) ] ,
h= 1 /( 1-n ) ,它们均为常数。
③当只考虑药材粒度发生改变而其它条件保持
不变时 ,对式 ( 10)取对数并移项得: lnC= a-Yln(M-
R )… ( 13) ,式中 ,a= [ 1 /( 1 - n ) ] ln (TtU /e) ,Y=
1 /( 1- n) ,它们均为常数。
式 ( 11)、 ( 12)和 ( 13)分别是中草药浸提时的浸
出有效成分浓度与浸提时间、药材粒度和溶剂倍量
之间的数学关系。
2　实验
2. 1　原料、试剂与主要仪器:丹参 (上海市药材有限
公司 ,经鉴别为丹参 ) ,无水乙醇 ( AR级 ) , 760CRT
双光束紫外可见分光光度计 (上海第三分析仪器
厂 ) ,微量进样器 ( 100μL)。
2. 2　标准曲线: 银又新 [5 ]通过紫外光谱扫描 ,发现
可以选择丹参酮 Ⅱ A为基准物 ,以乙醇为溶剂在 268
nm处测定总丹参酮的浓度 ,实验得到标准曲线回
归方程为: CB= 11. 850 9E- 0. 112 1… ( 14) ,式中 E
为丹参酮吸光度 , CB 为丹参酮浓度 ,单位为 μg /
mL。
2. 3　实验方法
2. 3. 1　干药材吸溶剂率的测定:取不同质量的干燥
丹参颗粒分别置于烧杯中 ,分别向其中缓慢加入无
水乙醇 ,直至药材充分吸湿 ,记下溶剂体积。
2. 3. 2　浸提:浸提过程是在常压下采用溶剂回流形
式在置于恒温槽中三角瓶中进行的。实验条件为: 温
度为 70℃ ,搅拌转速为 100 r /min,溶剂倍量分别
为: M1= 10 mL /g、 M2 = 13 mL /g、 M3= 15 m L /g、
M4= 18 mL /g、M5= 20 mL /g ,药材粒度 (以过筛时
目数接近的上下两筛筛孔孔径的平均值代替 )分别
为: σ1= 3. 75× 10- 2 cm、σ2= 2. 50× 10- 2 cm、σ3= 1.
55× 10- 2 cm、σ4= 1. 20× 10- 2 cm、σ5= 8. 75× 10- 3
cm。 研究溶剂倍量与丹参酮浓度间关系时 ,将药材
粒度控制在 σ2;研究药材粒度与丹参酮浓度间关系
时 ,将溶剂倍量控制在 M2。
2. 3. 3　样品浓度测定:精确吸取不同浸提时间下的
药液 100μL,置于 10 mL容量瓶中 ,用无水乙醇定
容至刻度 ,立即检测丹参酮的吸光度。 然后代入式
( 14) ,所得结果乘以 100,即为药液中总丹参酮浓
度。
3　结果与讨论
本工作首先测得了干燥丹参颗粒充分吸湿所需
的无水乙醇的体积 ,结果示于表 1。然后分别在不同
溶剂倍量和颗粒粒度条件下测得浸提过程的动力学
数据。
表 1　药材充分吸湿所需的溶剂量
丹参根粉末 ( g) 10 15 20 25
无水乙醇 ( m L) 11 16 22 27
　　由表 1不难得出药材的吸溶剂率 R= 1. 09
mL /g ,其值为表 1中四组数据的平均值。图 2～ 4分
别为丹参酮浓度与浸提时间、颗粒大小和溶剂倍量
间的关系图 ,它们是根据实验的动力学数据绘得的。
　　由图 2～ 4中的线性关系可见 ,本模型与实验结
果是相符合的 ,它可为中草药有效成分提取工艺选
择操作条件提供理论依据。但应指出 ,当药材的粒度
过细时 ,本模型不再适合 ,这是由于颗粒过细时 , 浸
·505·中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2000年第 31卷第 7期
提过程的动力学不再是扩散控制。此外 ,本模型也不
适于溶剂倍量过小的情况 ,因为过小的溶剂倍量会
影响溶质的溶解 ,从而使模型偏离扩散控制。
4　结论
在假定中草药浸提过程的速率是受扩散控制
后 ,本工作建立了一个动力学模型 ,它反映了中草药
有效成分的浸提浓度与浸提时间、溶剂倍量和药材
粒度之间的关系。 用无水乙醇浸提丹参中丹参酮的
实验结果表明 ,这个模型能满意地反映实验事实 ,能
为浸提中草药有效成分的工艺设计和操作条件的选
择提供有价值依据。
参 考 文 献
1　 Robert E T. Mas s-Transfer Operat tons. Second Edi tion. New
York: M cGraw -Hil l Book Company, 1968
2　庄楚强 ,吴亚森 . 应用数理统计基础 . 广州:华南理工大学出版
社 , 1992
3　戴干策 ,任德呈 ,范自晖 .传递现象导论 . 北京:化学工业出版
社 , 1996
4　林亚平 ,卢维伦 . 药学学报 , 1997, 32( 11): 869
5　银又新 .华东理工大学硕士学位论文 . 1997
( 1999-10-08收稿 )
毛细管电泳测定当归饮片中阿魏酸含量△
中山医科大学化学教研室 (广州 510089)　　陈缵光 　张敏生
中山大学化学与工程学院　　　　　 　　　莫金垣　 蔡沛祥　吴海云
中山医科大学第一附属医院　　　　　 　　张　孔
摘　要　研究了用反向毛细管电泳分离测定当归中阿魏酸含量的条件。当归饮片用热水提取 ,电泳缓冲液为 Tris-
H3BO3 ( 20∶ 80 mmo l /L ) ,并加入 0. 8 mmo l / L的 C TAB作为电渗流改向剂 ,分离电压为 - 10. 0 kV ,用安培检测
器检测。 分析结果每克当归饮片含阿魏酸 0. 415 mg ,R SD 2. 3% ,回收率为 97. 1%。
关键词　毛细管电泳　当归　阿魏酸
Determination of Ferulic Acid in the Root of Angelica sinens is
　　 Depar tment o f Ch emistr y, Sun Ya t-sen Univ er sity o f Medical Sciences ( Guang zhou 510089)　 Chen Zuanguang and
Zhang Minsheng
　　Colleg e o f Chemistry and Chemical Engineering , Sun Yat-sen Univ ersity　 Mo Jinyuan, Cai Peixiang and Wu Haiyun
　　 First Hospita l, Sun Yat-sen Univ ersity o f Medica l Sciences　 Zhang Kong
Abstract　　 Experimenta l condi tions fo r the separation and determination of ferulic acid in the roo t of
Angelica sinensis ( Oliv. ) Diels by capilla ry electrophoresis w ere studied. Sliced A. sinensis was ex tracted
w ith hot wa ter, and the ferulic acid in the ex tract w as separated by capillary elect ropho resis and detected
·506· 中草药　 Chinese T raditional and Herbal Drug s　 2000年第 31卷第 7期
Address: Ch en Zuanguang, Departm en t of Chemis t ry, Sun Yat-sen University of Medical Sciences, Guangzhou陈缵光　中山医科大学化学教研室副教授 ,中山大学化学系博士研究生。曾参与国家自然科学基金项目 1项 ,主持广东省医药卫生项目 1项 ,主持中山医科大学科研项目 2项。已在国内外发表研究论文 16篇 ,参编高校教材 2本 ,获中国专利 12项。获第五届中国新技术新产品博览会银奖 , 1994中国专利技术博览会金奖。△国家自然科学基金资助项目 (批准号 29675033)