乙醇減壓提取工藝中真空度影響因素研究

黃 娟，楊秀梅，張定堃，韓 麗*，伍振峰，2，楊 明，2

(1.成都中醫(yī)藥大學(xué)中藥資源系統(tǒng)研究與開發(fā)利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，四川成都 611137;2.江西中醫(yī)藥大學(xué)現(xiàn)代中藥制劑教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌 330004)

中藥減壓提取工藝是指在負(fù)壓條件下，溶液在較低溫度下處于沸騰狀態(tài)從而進(jìn)行低溫、動(dòng)態(tài)提取的工藝［1-5］。相對(duì)于靜態(tài)提取，提取溶媒的動(dòng)態(tài)沸騰狀是保持最大濃度梯度的關(guān)鍵，是持續(xù)浸出的動(dòng)力;相對(duì)于高溫提取，適宜溫度的低溫提取既能保證有效成分的最大溶出，也能防止其在高溫下分解破壞;低溫還能降低淀粉、果膠等雜質(zhì)的糊化程度，提高提取液的質(zhì)量，降低后續(xù)操作的難度［6-9］。

減壓提取的溫度為溶劑在真空條件下的沸點(diǎn)，溶劑沸點(diǎn)與所在系統(tǒng)真空度相關(guān)，真空度是表示系統(tǒng)壓強(qiáng)實(shí)際數(shù)值低于大氣壓強(qiáng)的數(shù)值，體系真空度改變，溶液沸點(diǎn)也會(huì)發(fā)生變化，因此，真空度的控制是影響減壓提取工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課題組在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以乙醇溶液為對(duì)象，采用理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測(cè)定相結(jié)合的方法，考察不同體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液、不同質(zhì)地藥材及不同藥材加入量對(duì)真空度的影響，以期為中藥減壓提取技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 儀器與材料

SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水式多用真空泵 (鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司);電子恒溫水浴鍋 (北京中興偉業(yè)儀器有限公司);酒精計(jì) (浙江余姚鎮(zhèn)玻璃廠);三口瓶，溫度計(jì)等;紅花、梔子、白芍藥材 (均購(gòu)于四川科倫天然藥業(yè)有限公司);乙醇為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 不同體積分?jǐn)?shù)乙醇真空度理論值的計(jì)算 沸點(diǎn)為液體飽和蒸汽壓等于外界壓強(qiáng)的溫度，液體在該溫度沸騰時(shí)其飽和蒸汽壓與外界大氣壓、液體的溫度與飽和蒸汽壓的函數(shù)關(guān)系服從克勞修斯-克拉貝龍方程［10］:

已知純乙醇ΔβαHm為41.50 kJ/mol，可計(jì)算出100%乙醇不同沸點(diǎn)對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓。以拉烏爾定律與道爾頓定律為理論依據(jù)，采用文獻(xiàn)報(bào)道方法［11］計(jì)算出了不同體積分?jǐn)?shù)乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度，見表1～7。

2.2 不同體積分?jǐn)?shù)乙醇真空度實(shí)測(cè)值的獲得 分別量取30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%乙醇500 mL于三口瓶中，水浴加熱，通過放氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)真空度，讀取真空度和沸點(diǎn)，并記錄 (n=6)，見表1～7。

2.3 加入不同藥材對(duì)真空度的影響考察 分別稱取紅花、白芍、梔子粗粉25 g于三口瓶中，加入500 mL 60%乙醇溶液，水浴加熱，通過放氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)真空度，讀取真空度和沸點(diǎn)，并記錄 (n=6)，見表8。

2.4 加入不同藥材量對(duì)真空度的影響考察 分別稱取梔子

式中，P為液體的飽和蒸汽壓 (Pa);T為液體的絕對(duì)溫度 (K);ΔβαHm為液體的平均摩爾汽化熱 (kJ/mol);R為氣體常數(shù)。

積分形式為粗粉10.0、12.5、25.0、50.0、100.0 g于三口瓶中，加入500 mL 60%乙醇溶液，固液比分別為1∶50、1∶40、1∶20、1∶10、1∶5，水浴加熱，通過放氣閥調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)真空度，讀取真空度和沸點(diǎn)，并記錄 (n=6)見表9。

表1 30%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表2 40%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表3 50%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表4 60%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表5 70%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表6 80%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表7 90%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下的真空度

表8 加入藥材對(duì)60%乙醇不同沸點(diǎn)下真空度的影響

表9 不同藥材量對(duì)60%乙醇對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)下真空度的影響

以純?nèi)軇┱婵斩葘?shí)測(cè)值為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)沸點(diǎn)為橫坐標(biāo)作圖，可得不同體積分?jǐn)?shù)乙醇真空度、沸點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系，見圖1。

圖1 不同體積分?jǐn)?shù)乙醇溫度-真空度曲線圖

將加入紅花、梔子粗粉、白芍后的真空度值每?jī)山M相減，算出差值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，將其與 (0，0)采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果見表10。同理，對(duì)加入不同藥材量后的真空度值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表11。

表10 加入藥材后真空度值的統(tǒng)計(jì)分析

表11 加入不同藥材量后真空度值的統(tǒng)計(jì)分析

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 以上圖表可知，乙醇體積分?jǐn)?shù)不同與真空度相對(duì)應(yīng)的沸點(diǎn)不同，相同體積分?jǐn)?shù)乙醇沸點(diǎn)隨著真空度升高而減小，不同體積分?jǐn)?shù)乙醇溶液，相同真空度下隨著乙醇體積分?jǐn)?shù)的增加沸點(diǎn)逐漸減小。相同體積分?jǐn)?shù)乙醇相同沸點(diǎn)下真空度實(shí)測(cè)值較理論計(jì)算值小;加入藥材后系統(tǒng)真空度實(shí)測(cè)值較純?nèi)軇?shí)測(cè)值減小，紅花、白芍、梔子粗粉加入后系統(tǒng)真空度相近，統(tǒng)計(jì)分析無顯著性差異，說明不同藥材質(zhì)地對(duì)系統(tǒng)真空度的影響無明顯差異。藥材加入量從固液比1∶50增至1∶5時(shí)，沸點(diǎn)對(duì)應(yīng)真空度無明顯變化，統(tǒng)計(jì)結(jié)果無顯著性差異，表明不同藥材加入量對(duì)真空度影響無差異。

3 結(jié)論與討論

減壓提取需根據(jù)藥材性質(zhì)等選取適宜的動(dòng)態(tài)提取溫度，溶劑沸點(diǎn)與真空度存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過調(diào)節(jié)放氣閥控制系統(tǒng)真空度可以獲得相應(yīng)溫度。圖1不同體積分?jǐn)?shù)乙醇沸點(diǎn)、真空度關(guān)系圖，可直接讀取對(duì)應(yīng)體積分?jǐn)?shù)下乙醇的沸點(diǎn)和真空度而進(jìn)行試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)室用水泵真空表大多為相對(duì)真空表，測(cè)得真空度為相對(duì)真空度，讀數(shù)為負(fù)值，表示被測(cè)對(duì)象的壓力與測(cè)量地點(diǎn)大氣壓的差值。由于各地海拔不同，大氣壓也不同，測(cè)得的真空度也有差異。試驗(yàn)中真空度理論值將外界大氣壓看做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓來計(jì)算的，而測(cè)量地區(qū)平均海拔為500 m，大氣壓低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，因而實(shí)測(cè)出的真空度較理論值低。

試驗(yàn)過程中，加入不同質(zhì)地藥材、不同藥材量后，引起了真空度實(shí)測(cè)值較純?nèi)軇?shí)測(cè)值減小，加入藥材后45℃～65℃范圍內(nèi)對(duì)60%乙醇真空度實(shí)測(cè)值幾乎沒有影響，70、75℃真空度實(shí)測(cè)值有變化，變化幅度約在0.003～0.007 MPa之間，其對(duì)真空度-沸點(diǎn)對(duì)應(yīng)關(guān)系、設(shè)備安全性不會(huì)產(chǎn)生影響，對(duì)中藥減壓提取工藝參數(shù)的篩選也不會(huì)發(fā)生影響。至于加入藥材后真空度變小的具體原因有待于進(jìn)一步研究。

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