揮發(fā)油的提取和包合工藝的研究

孫恩軼

(江蘇大學(xué)：制藥工程 JT0201)

一、引言

丁香為常用中藥，其主要有效成分為丁香揮發(fā)油，具有健胃，鎮(zhèn)痛作用，暖胃、溫腎之功，常用于胃寒痛脹、呃逆、吐瀉、疝痛、口臭，牙科常用作止痛藥等。其揮發(fā)油具有較強(qiáng)的藥理活性，是主要的有效成分。但揮發(fā)油的穩(wěn)定性較差，易氧化，揮發(fā)，逸散，且為液體，易于在中藥制劑的生產(chǎn)和貯藏過程中散失，影響藥效。

當(dāng)花蕾由綠色轉(zhuǎn)紅時(shí)采摘，曬干。本品含揮發(fā)油不得少于16.0%。丁香油中主要含有丁香酚，丁香油及丁香酚在1：8000-1：16000時(shí)，對(duì)致病性真菌即有抑制作用，在1：2000-1：8000時(shí)，對(duì)金黃葡萄球菌、肺炎雙球菌、志賀氏痢疾桿菌、大腸桿菌、變形桿菌、結(jié)核桿菌等均有抑制作用。由于揮發(fā)油是丁香中的主要有效成分，本實(shí)驗(yàn)對(duì)丁香中的揮發(fā)油進(jìn)行提取，通過正交試驗(yàn)法得到丁香揮發(fā)油提取的最佳工藝。

為了提高其穩(wěn)定性，減少散失，可將其制成-環(huán)糊精(以下簡稱β-CD)的包合物能使該產(chǎn)品具有抗氧化和揮發(fā)能力。為保證藥品質(zhì)量，提高丁香油與β-CD的包合效果，本文在實(shí)驗(yàn)中用飽和水溶液法，通過正交試驗(yàn)法，以包合物收得率、揮發(fā)油利用率、含油率為優(yōu)選指標(biāo)，并對(duì)包合前后揮發(fā)油的質(zhì)量進(jìn)行了研究。為提高其包合率，對(duì)影響包合率的諸多因素進(jìn)行正交設(shè)計(jì)優(yōu)選，以得到較佳的包合工藝條件。

二、丁香中揮發(fā)油提取工藝的優(yōu)化

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑與儀器

2.1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

石油醚,分析純AR;β-環(huán)糊精,分析純AR;無水乙醇,分析純AR。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平;HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋;85-2恒溫嗞力攪拌器;SXHW型電熱套;ZF超聲波清洗機(jī);FZ102微型植物試樣粉碎機(jī);SHB-III循環(huán)水式多用真空泵。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)材料

丁香，桃金娘科常綠喬木丁香的花蕾。

2.2 提取工藝的優(yōu)化

2.2.1 正交表的設(shè)計(jì)

2.2.1.1 確定水平和因素

首先要找出制表因子，確定水平數(shù)。通過對(duì)本實(shí)驗(yàn)的方法研究，最終選了浸泡時(shí)間A(h)、加水量Β(倍)、提取時(shí)間(h)C三個(gè)因素，各個(gè)因素取三個(gè)水平見表2-1。

表2-1 因素水平表(注：提取時(shí)間為沸騰后時(shí)間)

2.2.1.2 選表

選用正交表時(shí)，應(yīng)使確定的水平數(shù)與正交表中因子的水平數(shù)一致，正交表列的數(shù)目應(yīng)大于要考察的因子數(shù)。本實(shí)驗(yàn)選用L9(34)正交表。

2.2.1.3 制定實(shí)驗(yàn)方案，見表2-2。

表2-2 正交設(shè)計(jì)方案

2.2.2 丁香揮發(fā)油的提取

稱取丁香9份，每份30g。分別放在圓燒瓶中編號(hào)，在電熱套上加水蒸餾。浸泡時(shí)間、加水量及提取時(shí)間按照上述實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表2-3。

表2-3 蒸餾條件對(duì)丁香揮發(fā)油得率

表中：K1表示-水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(揮發(fā)油得率)總和的平均值；K2表示二水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(揮發(fā)油得率)總和的平均值；K3表示三小平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(揮發(fā)油得率)總和的平均值；R為極差，是平均得率K之中的最大值和最小值之差。

2.3.1 分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)直接獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果:從表中9個(gè)實(shí)驗(yàn)中直接用丁香揮發(fā)油得率最高的實(shí)驗(yàn)號(hào)9號(hào)，得率最高的是9號(hào)。即浸泡時(shí)間3小時(shí)，加水量12倍，提取時(shí)間4小時(shí)。

(2)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果:極差R的大小可用來衡量實(shí)驗(yàn)中相應(yīng)因子作用的大小。因子水平數(shù)完全一樣時(shí)，R大的因素為主要素，R小的因素為次要因素。本實(shí)驗(yàn)中主要因素為A(浸泡時(shí)間)、C(提取時(shí)間)、Β(加水量)影響最小。K1、K2、K3中數(shù)據(jù)最大者對(duì)應(yīng)的水平為最佳水平。從表2-3中可得到，本實(shí)驗(yàn)中的最佳水平組合是A3Β3C2，即最佳提取工藝條件為浸泡時(shí)間3小時(shí)，加水量12倍，提取時(shí)間4小時(shí)。

2.4 實(shí)驗(yàn)討論與結(jié)果

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，由于種種原因，導(dǎo)致一些意外和現(xiàn)象的發(fā)生，失敗了兩次，因此，有必要在此討論一下。首先，由于我用的加熱器是電爐，因此在加熱時(shí)圓底燒瓶受熱不均勻，剛開始時(shí)由于溫度過高，所以蒸發(fā)的很快，所以把溫度降下來，但是數(shù)小時(shí)后，發(fā)現(xiàn)圓底燒瓶里的丁香由于水分的揮發(fā)發(fā)生結(jié)塊，液面下的揮發(fā)油的提取過程中，一定要保持丁香和水的混合液時(shí)刻在沸騰的狀態(tài)。以保持揮發(fā)油的持續(xù)揮發(fā)。

在提取過程中，提取的初期，水和揮發(fā)油分層很明顯，但是在一個(gè)小時(shí)后(在溶液沸騰時(shí)開始記時(shí))，由于揮發(fā)油是混合物，所以有些成分的比重大于水，有些小于水，那些比重大于水的成分會(huì)慢慢的沉下去，并通過回流管返回提取液重新提，并且使得水層渾濁不清。在提取過程結(jié)束后，往往是揮發(fā)油層有好幾段的，并且有一段在回流管中，這樣使得揮發(fā)油的接收變的困難，在回收廢液和揮發(fā)油時(shí)特別要注意仔細(xì)分辨揮發(fā)油層和水層，如果有時(shí)間的話建議靜置一段時(shí)間，這樣揮發(fā)油層和水層就比較好分辨分層也比較清晰了。

從表2-3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，RA>RC>RΒ,由此可知因子A和C是影響揮發(fā)油和率的關(guān)鍵，因子Β則處于次要地位。因此丁香揮發(fā)油的最佳提取工藝為A3Β3C2，即最佳提取工藝條件為浸泡時(shí)間3小時(shí)，加水量12倍，提取時(shí)間4小時(shí)。

三、陳皮揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物制備工藝研究

在中藥制劑和貯存過程中常因揮發(fā)油的損失而影響制劑質(zhì)量和療效。因此，研究用β-環(huán)糊精包合工藝對(duì)陳皮揮發(fā)油進(jìn)行包合，以增加陳皮揮發(fā)油的穩(wěn)定性。報(bào)道的方法中有飽和水溶液法、研磨法、液-液包封法、氣-液包封法等。本實(shí)驗(yàn)采用飽和水溶液法進(jìn)行包對(duì)陳皮揮發(fā)油的β-環(huán)糊精包合進(jìn)一步探索。

具體方法為：按正交試驗(yàn)表，以一定的攪拌速度在磁力加熱器上恒攪拌，用移液管準(zhǔn)確量取一定量陳皮揮發(fā)油緩緩滴入保持一定溫度的β-CD溶液中，繼續(xù)恒溫?cái)嚢柚烈?guī)定時(shí)間進(jìn)行包合，置冰箱中冷藏24h，抽濾，少量水洗(10ml分3次)，少量乙醚洗滌(10ml分3次)，抽干，收集濾渣后置真空干燥器中干燥，得白色粉末狀的包合物。包合物中揮油的含量測(cè)定：將制得的包合物置500ml燒瓶中，加入重蒸水200ml，連接揮發(fā)油提取器，加液體石蠟1ml到接受器中，讀取揮發(fā)油量，減去液體石蠟1ml，即得包合物實(shí)際含油量。

3.1 包合揮發(fā)油工藝條件選擇

正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選工藝研究：包合溫度、油與β-環(huán)糊精比例、包合時(shí)間為主要因素，用正交實(shí)驗(yàn)以陳皮揮發(fā)油的利用率為優(yōu)選指標(biāo)篩選最佳工藝條件。

3.1.1 正交表的設(shè)計(jì)

3.1.1.1 確定水平和因素

為了尋找陳皮揮發(fā)油的最佳包合條件，首先要找出制表因子，確定水平數(shù)。本實(shí)驗(yàn)選擇了包合溫度(A)、油與β-環(huán)湖精比例(B)、包合時(shí)間(C)三個(gè)因素，每個(gè)因素各取3個(gè)水平，因素水平表見表3-1。

表3-1 因素水平表

3.1.1.2 選表

選用正交表時(shí)，應(yīng)使確定的水平數(shù)與正交中因子的水平數(shù)一致，正交表列的數(shù)目應(yīng)大于要考察的因子數(shù)。本實(shí)驗(yàn)選用L9(34)正交表。

3.1.1.3 制定實(shí)驗(yàn)方案,見表3-2。

表3-2 正交設(shè)計(jì)方案

3.1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.1.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

稱取陳皮揮發(fā)油9份，每份0.5ml。緩緩滴加到帶有編號(hào)的錐形瓶中，在磁力攪拌器加熱包合。包合溫度、油與β-環(huán)糊精比例及包合時(shí)間按照上述實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作。

3.1.2.2 包合物中陳皮揮發(fā)油含油率及油利用率的測(cè)定。

將所制得的干燥包合物精密稱重，置裝有沸石的圓底燒中，加蒸餾水20ml，連接揮發(fā)油測(cè)定器，沸騰1-2h，至油量不再增加時(shí)停止加熱。放置1h后，至油呈清亮或亮黃色時(shí)讀數(shù)。折算成包合物中實(shí)際含油率。按下式計(jì)算包合物含油率及油利用率。

包合物中陳皮揮發(fā)油利用率=包合物中實(shí)際含油量(ml)/投油量(ml)×100%

包合物收得率=包合物實(shí)際重量(g)/(β-CD+投油量)(g)×100%

包合物的含油率=包合物中揮發(fā)油量(g)/包合物重量(g)×100%

3.1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果,見表3-3。

表3-3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1.3.1 計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

(1)對(duì)揮發(fā)油利用率的數(shù)理分析,見表3-4。

表3-4 揮發(fā)油利用率的數(shù)理分析

表中：K1表示一水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(揮發(fā)油利用率)總和的平均值；K2表示二水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(揮發(fā)油利用率)總和的平均值；K3表示三水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(揮發(fā)油利用率)總和的平均值；R為極差，是平均得率K之中的最大值和最小值之差。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差R的大小可用來衡量實(shí)驗(yàn)中相應(yīng)因子作用的大小。因子水平數(shù)完全一樣時(shí)，R大的因素為主要因素，R小的因素為次要因素。本實(shí)驗(yàn)中主要因素為A(包合溫度)、B(油與β-環(huán)糊精比例)、C(包合時(shí)間)影響。K1、K2、K3中數(shù)據(jù)最大者對(duì)應(yīng)的水平為最佳水平。從表3-4中可得到，本實(shí)驗(yàn)中的最佳水平組合是A3Β3C1，即最佳工藝條件為包合溫度50℃，油與β-環(huán)糊比例為1：3，包合時(shí)間20分鐘。

(2)對(duì)包合物收得率的數(shù)理分析,見表3-5。

表3-5 包合物收得率的數(shù)理分析

表中：K1表示一水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(包合物收得率)總和的平均值；K2表示二水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(包合物收得率)總和的平均值；K3表示三水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(包合物收得率)總和的平均值；R為極差，是平均得率K之中的最大值和最小值之差。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差R的大小可用來衡量實(shí)驗(yàn)中相應(yīng)因子作用的大小。因子水平數(shù)完全一樣時(shí)，R大的因素為主要因素，R小的因素為次要因素。本實(shí)驗(yàn)中主要因素為A(包合溫度)、B(油與β-環(huán)糊精比例)、C(包合時(shí)間)影響。K1、K2、K3中數(shù)據(jù)最大者對(duì)應(yīng)的水平為最佳水平。從表3-5中可得到，本實(shí)驗(yàn)中的最佳水平組合是A3Β1C1，即最佳工藝條件為包合溫度50℃，油與β-環(huán)糊精比例為1：7，包合時(shí)間20分鐘。

(3)對(duì)包合物含油率的數(shù)理分析,見表3-6。

表3-6 包合物含油率的數(shù)理分析

表中：K1表示一水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(包合物含油率)總和的平均值；K2表示二水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(包合物含油率)總和的平均值；K3表示三水平實(shí)驗(yàn)結(jié)果(包合物含油率)總和的平均值；R為極差，是平均得率K之中的最大值和最小值之差。

分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差R的大小可用來衡量實(shí)驗(yàn)中相應(yīng)因子作用的大小。因子水平數(shù)完全一樣時(shí)，R大的因素為主要因素，R小的因素為次要因素。本實(shí)驗(yàn)中主要因素為A(包合溫度)、B(油與β-環(huán)糊精比例)、C(包合時(shí)間)影響。K1、K2、K3中數(shù)據(jù)最大者對(duì)應(yīng)的水平為最佳水平。從表3-6中可得到，本實(shí)驗(yàn)中的最佳水平組合是A2Β1C2，即最佳工藝條件為包合溫度40℃，油與β-環(huán)糊精比例為1：7，包合時(shí)間30分鐘。

3.3 結(jié)論

根據(jù)包合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，油與β-環(huán)糊精比例對(duì)包合影響顯著，包合溫度次之，包合時(shí)間影響最小。從油利用率、收得率、含油率這三個(gè)考察指標(biāo)的結(jié)果最終確定最佳包合工藝為：A3Β1C1，即50℃，油與β-環(huán)糊精比例為1：7，包合時(shí)間為20分鐘。陳皮揮發(fā)油與β-環(huán)糊精包合物外觀為白色不揮發(fā)性粉末，無味。制成包合物后，陳皮揮發(fā)油由液態(tài)變成固體粉末，使其更易于進(jìn)一步制劑；包合后陳皮揮發(fā)油穩(wěn)定性增加，從而保證中藥制劑的質(zhì)量和療效，從這兩個(gè)方面來講，對(duì)陳皮揮發(fā)油進(jìn)行包合具有相當(dāng)重要的意義。

3.4 討論

關(guān)于揮發(fā)油包合的文獻(xiàn)有很多，其中有些的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較全面和科學(xué)，下面就是對(duì)包合的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，由于包合時(shí)間對(duì)包合物形成影響不大隨陳皮揮發(fā)油與β-CD的比例增大(1：3,1：7)的情況下，包合物的收得率緩慢升高，包封率逐漸下降。方差分析表明：陳皮揮發(fā)油與β-CD的比例對(duì)包合物的收得率及包封率均有顯著影響，溫度對(duì)包合物的形成有顯著影響，包合時(shí)間對(duì)包合物無顯著影響。經(jīng)試驗(yàn)，本工藝包合最佳條件為A3Β1C1，即：溫度為50℃，陳皮揮發(fā)油與β-CD的比例為1：7，包合時(shí)間為20min。文獻(xiàn)表明，β-CD揮發(fā)油包合技術(shù)已為藥學(xué)工作者廣泛關(guān)注，而且在某些中藥制劑研究與應(yīng)用上出現(xiàn)了可喜的進(jìn)展。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高包合物收得率、包封率，減少原輔料消耗、降低生產(chǎn)成本、保留揮發(fā)油及揮發(fā)油成分，在提高中藥產(chǎn)品的質(zhì)量和臨床方面有重要意義。將β-CD用于部分中藥制劑的研究為新藥劑型的開發(fā)提供了一個(gè)新的方向。

四、全文總結(jié)

關(guān)于丁香中的揮發(fā)油的提取工藝研究，還有其他的一些文獻(xiàn)，具有一定的參考價(jià)值。通過對(duì)其他文獻(xiàn)和本實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步研究，我們可以發(fā)現(xiàn)：在整個(gè)揮發(fā)油的提取過程中，提取的溫度始終保持在很高的溫度上，這們有利于提取，可以知道提取的溫度是影響提取工藝的主要影響因素。而通過本實(shí)驗(yàn)，我們找到了一個(gè)比較好的提取條件(在一定的范圍內(nèi))，就是浸泡3小時(shí)，加12倍水量，提取4小時(shí)，并建議最好在提取過程完成后，等待一段時(shí)間再收集揮發(fā)油，這樣揮發(fā)油的純度比較高，也便于分辨和收集。

當(dāng)然，還其他的影響因素可以作為考慮的因素來考察，比如原料的粉碎度(目)等等，這些都是會(huì)影響到提取的效果好壞的因素之一，所以建議大家在做提取工藝優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)的時(shí)候先做單因素實(shí)驗(yàn)，以便于更好的掌握這項(xiàng)工藝。

而對(duì)于包合來說，經(jīng)過對(duì)一些條件下包合工藝的比較我們得到的結(jié)論是：β-CD為1：7，包合溫度為50℃，包合時(shí)間為20min。而這樣的結(jié)論同樣是在條件不是很成熟的情況下完成的，因此有一些片面性，但可以肯定的是影響包合工藝的主要因素就是本實(shí)驗(yàn)所做的這三項(xiàng)，而且這三項(xiàng)因素和時(shí)間有密切的聯(lián)系，也就是說：包合工藝的好壞其實(shí)就是包合整個(gè)過程所用的時(shí)間長短起到很大的作用。以上就是本實(shí)驗(yàn)及綜合其他一些文獻(xiàn)所得出的結(jié)論。

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