丁香等8種中藥含油水體的溶液環(huán)境對(duì)體系通量和收油率影響的研究

1、.丁香等8種中藥含油水體的溶液環(huán)境對(duì)體系通量和收油率影響的研究 摘要中藥揮發(fā)油膜富集過程綠色環(huán)保，切實(shí)可行，具有良好的應(yīng)用前景。該文以丁香、荊芥、佩蘭、石菖蒲、辛夷、野菊花、香附、青皮8種含油水體為試驗(yàn)體系，在統(tǒng)一條件截留相對(duì)分子質(zhì)量為14萬的聚偏氟乙烯膜（PVDF-14W），溫度40 ，壓力0.1 MPa，膜面速度150 rmin-1下對(duì)上述8種含油水體進(jìn)行過膜，探索中藥含油水體的溶液環(huán)境對(duì)膜時(shí)通量和收油率的影響規(guī)律。結(jié)果表明，pH較小的體系通量相對(duì)較低，對(duì)揮發(fā)油截油率未表現(xiàn)出明顯趨勢(shì)；表面張力與純水的表面張力相差越大，其截油率越?。浑妼?dǎo)率對(duì)膜富集過程未有顯著影響規(guī)律；濁度大的體系通量低，對(duì)

2、揮發(fā)油截油率未表現(xiàn)出明顯趨勢(shì)；重油的通量低于輕油的，而截油率略高于輕油；黏度較大的體系通量要比黏度較小的低，除辛夷揮發(fā)油外，揮發(fā)油的截油率明顯高于黏度大的體系。試驗(yàn)結(jié)果為膜富集揮發(fā)油技術(shù)產(chǎn)業(yè)化推廣提供一定數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞揮發(fā)油；含油水體；溶液環(huán)境；影響 揮發(fā)油類成分療效突出，是中草藥中一類常見的重要活性成分1，因此有關(guān)揮發(fā)油的研究十分活躍。膜富集中藥揮發(fā)油過程綠色環(huán)保，切實(shí)可行，可以有效克服傳統(tǒng)工藝的弊端，得到較高收油率和有效成分保留率，具有良好的應(yīng)用前景2-4。 膜分離的效果除與工藝操作參數(shù)和膜結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)外，與被分離溶液的體系環(huán)境及組成有密切關(guān)系5?！绑w系環(huán)境”是指體系所具有的

3、黏度、pH、離子強(qiáng)度、電解質(zhì)成分等特征性質(zhì)和組成。這些性質(zhì)直接影響到與之接觸的膜的表面性質(zhì)，同時(shí)溶液性質(zhì)的變化還會(huì)改變其中所含待分離顆?；虼蠓肿尤苜|(zhì)的存在狀態(tài)和性質(zhì)，造成了膜與溶劑、顆粒、溶質(zhì)等的作用發(fā)生變化，從而影響到膜的分離性能和滲透性能。 本試驗(yàn)在相同膜工藝參數(shù)條件下操作，研究中藥含油水體的溶液環(huán)境對(duì)體系通量和收油率的影響規(guī)律，以期找出關(guān)鍵影響因素，進(jìn)而對(duì)此過程進(jìn)行有效控制和優(yōu)化。 1材料 膜裝置300 mL超濾杯（上海摩速有限公司）；聚偏氟乙烯膜（截留相對(duì)分子質(zhì)量14萬，PVDF-14W，面積0.007 85 2，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所膜分離技術(shù)研究發(fā)展中心研制，批號(hào)201209

4、08）；BT300-1F型蠕動(dòng)泵（保定蘭格恒流泵有限公司）；HH-1型恒溫水浴鍋（國華電器有限公司）；PHSJ-4A實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；DDSJ-308A電導(dǎo)率儀（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；SZD-2型智能化散射光濁度儀（上海自來水設(shè)備工程公司）；Brookfield DV-1 Cp 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）；最大氣泡法表面張力測(cè)定裝置（南京中醫(yī)藥大學(xué)自制）；HP-5890A氣相色譜儀（美國惠普公司）；DSA100型動(dòng)態(tài)接觸角測(cè)定儀（Kruss公司）。 丁香、荊芥、佩蘭、石菖蒲、辛夷、野菊花、香附、青皮飲片均購于南京藥材公司，批號(hào)分別為20120202，

5、20120302，20120501，20120201，20120205，20120305，20120105，20120205，經(jīng)南京中醫(yī)藥大學(xué)吳啟南教授鑒定，均符合2010年版中國藥典規(guī)定。 2方法與結(jié)果 2.1丁香等藥材含油水體的制備 采用水蒸汽蒸餾法制備丁香等8種揮發(fā)油，分取揮發(fā)油2 mL加入裝有蒸餾水250 mL的燒杯中，在磁力攪拌器上以350 rmin-1攪拌3 h，所得模擬液的濃度為8 mLL-1，用以探索中藥含油水體的溶液環(huán)境對(duì)體系通量和收油率的影響規(guī)律。 2.2丁香等藥材含油水體理化參數(shù)的測(cè)定 將丁香、荊芥、佩蘭、石菖蒲、辛夷、野菊花、香附、青皮8種含油水體分別命名為A，B，C，

6、D，E，F(xiàn)，G，H，在統(tǒng)一條件（正交優(yōu)化試驗(yàn)所得的最佳工藝，PVDF-14W膜，溫度40 ，壓力0.1 MPa，攪拌速度150 rmin-1）下對(duì)上述8種含油水體進(jìn)行過膜。 2.2.1pH及鹽度測(cè)定 取樣品20 mL，在恒溫水浴40 條件下保持10 min，測(cè)定樣品的pH，重復(fù)3次，求平均值。 2.2.2電導(dǎo)率測(cè)定 取樣品20 mL，在恒溫水浴40 條件下保持10 min，測(cè)定其電導(dǎo)率，重復(fù)3次，求平均值。 2.2.3表面張力的測(cè)定 取樣品10 mL，在恒溫水浴40 條件下保持10 min，用最大氣泡法測(cè)定其表面張力，重復(fù)3次，求平均值。 2.2.4濁度測(cè)定 取樣品50 mL，在恒溫水浴40

7、條件下保持10 min，測(cè)定樣品的濁度值，重復(fù)3次，求平均值。 2.2.5黏度測(cè)定 取樣品16 mL，40 條件下測(cè)定樣品的黏度值，重復(fù)3次，求平均值。 2.2.6密度的測(cè)定 取樣品16 mL，以PZ-D-5型液體比重天平，按2010年版中國藥典一部相對(duì)密度測(cè)定法之韋氏比重稱法測(cè)定樣品40 時(shí)的相對(duì)密度。 2.2.7體系通量和截油率的測(cè)定 將上述藥液（原含油水體）置于超濾杯中，在恒溫條件下進(jìn)行濃縮，10 min后，體系通量穩(wěn)定，計(jì)算體系通量和截油率，結(jié)果見表18。 體系通量=收到的滲透液體積/0.007 85 截油率=收到的揮發(fā)油體積/含油水體中揮發(fā)油總體積100% 中藥油水復(fù)雜體系的穩(wěn)定性與

8、pH有關(guān)，因?yàn)橛偷卧谒行纬呻p電層和帶電性，可因溶液的pH不同而帶不同電荷，從而發(fā)生相互間的排斥或吸引，進(jìn)而改變其在溶液中的存在形態(tài)。 pH較小的丁香含油水體、石菖蒲含油水體和青皮含油水體的體系通量相對(duì)較低，而揮發(fā)油截油率未表現(xiàn)出明顯趨勢(shì)，提示pH與體系通量存在一定程度的相關(guān)性，其原因可能是油滴會(huì)因pH不同而 帶不同電荷，帶電油滴6可與膜面和膜孔中的基團(tuán)發(fā)生相互作用，使膜被污染，pH越小，油滴帶電越多，這種污染過程發(fā)生得越快越劇烈，通量下降也越快。膜孔堵塞程度與通量下降程度呈正相關(guān)。 電導(dǎo)率是物質(zhì)對(duì)電流導(dǎo)通能力的反映，它取決于溶液具有的帶電微粒的數(shù)量、帶電狀況和遷移速率。從理論上分析，電導(dǎo)率同

9、樣會(huì)影響油滴在水中的存在狀態(tài)，從而影響膜富集過程。電導(dǎo)率大，含油水體濃度高，膜易被污染而導(dǎo)致體系通量下降，膜分離效率降低；電導(dǎo)率小，含油水體濃度低，雖然可以保證體系通量維持在較好的水平，但一方面小油滴相互不易聚集而易于進(jìn)入滲透液側(cè)，另一方面，油濃度低，要收集到同樣的揮發(fā)油所需處理含油水體的量大，膜分離效率低。 從表2中可以看出，上述8味中藥揮發(fā)油油水混合體系的電導(dǎo)率都較小，在23.3 150.0 scm-1，電導(dǎo)率的大小順序?yàn)镚EBCAFHD，體系通量大小的順序?yàn)镕CGEBDAH，而截油率大小順序?yàn)镈CGFA=BHE，結(jié)果未顯示出電導(dǎo)率對(duì)膜富集過程的顯著影響規(guī)律，但這并不意味電導(dǎo)率對(duì)膜富集過程

10、沒有影響，這有待于進(jìn)一步深入研究。 從表3可以看出，樣品AH的鹽度均為0，說明這8味中藥含油水體不含大量離子。但鹽度確實(shí)對(duì)膜富集過程存在影響7，將1.5的氯化鈉加入到含油水體中，結(jié)果顯示其體系通量和截油率均比未處理組提高10%18%，見表4。原因可能在于，鹽離子可以破壞油滴在水中形成雙電層和帶電性，促使油滴發(fā)生聚合。 從表5可以看出，辛夷、野菊花含油水體的表面張力和揮發(fā)油截油率均小于香附、石菖蒲。結(jié)果顯示，揮發(fā)油油水混合體系的表面張力與純水的表面張力相差越大，其截油率越小。其原因可能是油水混合體系的表面張力與純水的表面張力相差越大，其體系越偏于親油，越利于滲透親油性的膜孔而進(jìn)入滲透?jìng)?cè)，從而不利

11、于截油。 從表6可以看出，濁度對(duì)膜富集過程的影響主要表現(xiàn)為對(duì)體系通量的影響，濁度較大的青皮含油水體、香附含油水體、辛夷含油水體的通量較濁度較小的佩蘭含油水體、野菊花含油水體小，在一定程度上說明了中藥含油水體的濁度越大，在過膜富集過程中污染程度越大，從而引起體系通量的下降。 黏度對(duì)膜富集過程的影響是多方面的。一方面，黏度通過影響膜阻力從而影響體系通量，從表7中可以看出，黏度較大的青皮含油水體的通量要比黏度較小的佩蘭含油水體、辛夷含油水體、香附含油水體小，這是因?yàn)轲ざ却?，滲透阻力大，擴(kuò)散速度小，反之，滲透阻力小擴(kuò)散速度大。另一方面，黏度影響揮發(fā)油的截油率，考慮到這方面影響是由于揮發(fā)油的聚集能力引起

12、的。在這8種揮發(fā)油中香附的黏度佩蘭丁香辛夷荊芥野菊花石菖蒲青皮，先不考慮2種重油，對(duì)M1而言，相同的操作條件下，除辛夷揮發(fā)油外，黏度小的揮發(fā)油含油水體進(jìn)行過膜時(shí)，揮發(fā)油的截油率明顯高于黏度大的揮發(fā)油含油水體。這是因?yàn)轲ざ刃〉暮退w中揮發(fā)油油滴以較大的粒徑聚集在一起，油滴更易被截留。揮發(fā)油油滴在水中更容易聚集在一起，油滴增大過程迅速，溶解油所占的比重小，油滴更易被截留。辛夷揮發(fā)油的截油率低，可能是所含油成分部分易溶于水，溶解油所占比重較大引起的。 從總體趨勢(shì)上看，丁香、石菖蒲重油（密度比水大）的通量低于香附、佩蘭、辛夷、荊芥、野菊花等輕油（密度比水小），而截油率略高于輕油，分析其原因可能是重油

13、由于重力作用沉降在膜表面，凝膠層形成迅速，膜孔易被堵塞，通量下降；同時(shí)由于膜孔被堵塞，更多的油滴不能滲透膜表面，截留率增高。但此規(guī)律是否存在，需要更多的揮發(fā)油試驗(yàn)驗(yàn)證。 3結(jié)論 中藥含油水體的物化性質(zhì)對(duì)于膜富集過程有很大的影響，其中尤以表面張力、黏度、密度的影響最為突出。要控制膜富集過程就要從這些影響突出的因素出發(fā)，采取有效手段比如對(duì)膜進(jìn)行接枝改性，研制出與揮發(fā)油的親和性較小的膜材質(zhì)，改變膜與揮發(fā)油接觸界面的表面張力，提高揮發(fā)油的收得率；適宜的提高操作溫度，降低揮發(fā)油的黏度，從而降低膜阻力，提高膜分離的效率；根據(jù)揮發(fā)油的密度不同，研制出分別適用于輕油和重油的膜材質(zhì)，減緩膜污染的速度和程度，提高

14、膜分離的效率和揮發(fā)油的收率等，以便推進(jìn)膜分離技術(shù)用于中藥揮發(fā)油收集領(lǐng)域的進(jìn)程。 參考文獻(xiàn) 1 滑艷，鄧雁如，汪漢卿. 各種揮發(fā)油的藥理活性及在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用J. 天然產(chǎn)物研究與開發(fā)， 2003， 15（5）： 467. 2 樊文玲，郭立瑋，韓志峰，等. 5種中藥油水分離超濾工藝的主要影響因素考察J. 中國醫(yī)藥工業(yè)雜志， 2012， 11（2）： 56. 3 韓志峰，沈潔，郭立瑋，等. 微濾法用于丁香揮發(fā)油含油水體的油水分離研究J. 中國中藥雜志， 2011，36（1）：41. 4 沈潔，韓志峰，郭立瑋，等. 草果等4種中藥含油水體模擬體系物化參數(shù)與超濾過程膜通量的相關(guān)性研究J. 中國中藥雜志，

15、 2010，35（17）：2273. 5 邢衛(wèi)紅， 范益群， 徐南平. 無機(jī)陶瓷膜應(yīng)用過程研究的進(jìn)展J. 膜科學(xué)與技術(shù)， 2003， 23（4）： 86。 6 王北福，于水利，聶立宏， 等. 原油對(duì)離子交換膜的污染及機(jī)理研究J. 膜科學(xué)與技術(shù)， 2006， 26（6）： 40. 7 沈潔， 韓志峰， 郭立瑋，等. 無機(jī)鹽預(yù)處理對(duì)羌活含油水體膜分離過程的影響J. 中國中藥雜志， 2011， 36（4）： 425. Study on effect of oil-bearing solution environment of Caryophylli Flos and other traditiona

16、l Chinese medicines on system flux and oil recovery rate FAN Wen-ling1， 2*， GUO Li-wei2， LIN Ying1， SHEN Jie2， CAO Gui-ping2， ZHU Yun1， XU Min1， YANG Lei1 （1. College of Pharmacy， Nanjing University of Traditional Chinese Medicine， Nanjing 210029， China； 2. Key Laboratory of Separation Engineering o

17、f Chinese Medicine Compound， Nanjing University of Traditional Chinese Medicine， Nanjing 210029， China） Abstract The membrane enrichment process of traditional Chinese medicine volatile oil is environmental friendly and practical， with a good application prospect. In this article， oil-bearing soluti

18、ons of eight traditional Chinese medicines， namely Caryophylli Flos， Schizonepetae Herba， Eupatorii Herb， Acori Talarinowii Rhizoma， Magnoliae Flos， Chrysanthemum indicum， Cyperi Rhizoma and Citri Reticulatae Pericarpium Viride， were taken as the experimental system. Under unified conditions （membra

19、ne： PVDF-14W， temperature： 40 ， pressure： 0.1 MPa， membrane surface speed： 150 rmin-1）， trans-membrane was conducted for above eight oil-bearing solutions to explore the effect of their oil-bearing solution environment on system flux and oil recovery rate. The results showed that systems with smaller pH had a lower flux， without significant effect on oil recovery rate. Greater differences between the surface tension of solutions and that of pure water contributed to a lower oil recovery rate. The conductivity had no notable effect on membrane enrichment