孟慶卿，王寶華，季文琴，魯冰，李萍，楊貝貝

(北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102)

黃連提取液物性參數(shù)的測定及相關(guān)性研究

孟慶卿，王寶華*，季文琴，魯冰，李萍，楊貝貝

(北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102)

目的:測定黃連水提取液和黃連乙醇提取液在不同濃度、不同溫度下的黏度(η)和導(dǎo)熱系數(shù)(λ)，考察各濃縮液的黏度和導(dǎo)熱系數(shù)與濃度(C)、溫度(T)之間的相關(guān)性，建立黃連水提液和黃連醇提液的η-C、η-T、η-C-T、λ-C、λ-T、λ-C-T回歸方程。方法:采用加熱回流提取方法制得待測定提取液和濃縮液。采用旋轉(zhuǎn)法測定提取液的黏度η，采用瞬時雙熱線法導(dǎo)熱系數(shù)儀、電熱法比熱容測定儀測定導(dǎo)熱系數(shù)λ。運用Excel、1stOpt、SPSS等數(shù)據(jù)處理軟件對實驗數(shù)據(jù)進行分析。結(jié)果:數(shù)學(xué)模型η=a exp(eT+dC+fC2)能較好反映黃連提取液濃度、溫度對其黏度的綜合影響;黃連水提液方程(λ= 0.696 2-0.146 4C-0.002 7T)和醇提液方程(λ=0.313 0-0.043 1C-0.001 2T)可用來進行預(yù)測黃連提取液導(dǎo)熱系數(shù)值。結(jié)論:在中藥的提取、濃縮、干燥等過程以及制藥設(shè)備的設(shè)計、選型及使用過程中，可以利用中藥提取物的物性參數(shù)進行工藝參數(shù)控制，為制藥工程中的物料衡算、熱量衡算和過程速率方程等提供理論和數(shù)據(jù)支持。

黃連;提取液;物性參數(shù);相關(guān)性

藥品安全是當(dāng)前的社會焦點問題之一，密切關(guān)系到人的生命、健康和安全。然而，我國現(xiàn)階段的中藥制藥技術(shù)與國外先進制藥技術(shù)還存在一定差距，主要原因是中藥制藥過程多采用傳統(tǒng)工藝，裝備落后，且自動化水平低，缺乏質(zhì)量在線檢測手段和生產(chǎn)系統(tǒng)的集成和優(yōu)化［1］。提取濃縮是傳統(tǒng)的中藥制藥的準(zhǔn)備過程中必不可少的部分，濃縮水平離不開提取物黏度的變化，因此黏度可以用來衡量和控制提取程度。此外，提取液的導(dǎo)熱性也是一個重要性能參數(shù)，涉及到中藥制藥的多個過程，例如萃取、冷卻、蒸發(fā)、濃縮、蒸餾、吸收、干燥、烘焙、蒸煮等，了解和探索提取液的熱物性參數(shù)，對制藥過程中熱交換設(shè)備的加工、設(shè)計等具有重要影響。

目前食品流變學(xué)已經(jīng)有了一定程度的研究探索［2-4］，化妝品流變學(xué)的研究也變得越來越廣泛［5-7］，這些領(lǐng)域?qū)τ陴ざ鹊难芯恐饾u深入，而中藥在這些方面還鮮有報道，尤其是關(guān)于導(dǎo)熱系數(shù)的研究尤為缺乏，需要我們中藥研究者引起足夠重視并填補這部分的空缺。

黃連為毛茛科植物黃連(Coptis chinensis Franch.)的干燥根莖，主要含有小檗堿、巴馬汀、藥根堿等生物堿。黃芩苦寒，善清肺、大腸熱;而黃連苦寒，善瀉心火，散郁。首載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，為苦寒之品，能清熱燥濕、瀉火解毒，可去上、中二焦火邪而解熱毒。在臨床上應(yīng)用廣泛，物質(zhì)基礎(chǔ)明確，故本文選擇此藥，對中藥提取液的物理性質(zhì)(黏度)和熱力學(xué)性質(zhì)(導(dǎo)熱系數(shù))及其相關(guān)性進行初步探討。

1 實驗材料

1.1 儀器

RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠);密度計(燕河儀器儀表有限公司);NDJ-5S旋轉(zhuǎn)表觀黏度計(上海倫捷機電儀表有限公司);DRE-2A導(dǎo)熱系數(shù)測試儀(湘潭市儀器儀表有限公司)。

1.2 試藥

黃連片(北京同仁堂健康藥業(yè)股份有限公司)，經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)劉春生教授鑒定符合2015版《中國藥典》的要求;乙醇(分析純，北京化工廠);去離子水(自制高純水)。

1.3 不同濃度黃連水提液和醇提液樣品的制備

本實驗采用圓底燒瓶回流提取的方法進行黃連提取液的制備，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器進行減壓濃縮。分別稱取一定質(zhì)量的黃連片，分別加入8倍量的水或10倍量60%的乙醇，加熱回流提取3次，每次1 h，過濾，合并濾液。將濾液分別濃縮至含生藥質(zhì)量濃度分別為0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/mL，即得不同濃度的黃連水提液和黃連醇提液樣品。

2 結(jié)果與討論

2.1 表觀黏度測定及相關(guān)性分析

本實驗采用旋轉(zhuǎn)法測定黃連提取液的表觀黏度，分別記錄不同質(zhì)量濃度的水提液和醇提液在不同溫度下的表觀黏度值。

2.1.1 黏度與濃度關(guān)系

以濃度C為橫坐標(biāo)，黏度η為縱坐標(biāo)，作出黃連水提液和黃連醇提液黏度隨濃度的變化關(guān)系(圖1、2)。從圖1、2可以看出，同一溫度水平下，提取液的黏度隨濃度的增減均有有明顯變化，醇提液在低溫范圍變化跨度要更大。濃度-黏度主要有以下兩種模型［2，9-10］:

式中，a1、a2、b1、b2為常數(shù)，C為提取液濃度，單位為g/mL。

圖1 黃連水提液的黏度隨濃度的變化

圖2 黃連醇提液的黏度隨濃度的變化

采用Excel對提取液的黏度實測數(shù)據(jù)進行一元線性回歸分析，得到關(guān)于黏度 -濃度的回歸方程，見表1、2。

表1、表2均可以看出，指數(shù)關(guān)系式 η=a2exp (b2C)能更好地反映黃連提取液黏度與濃度的變化關(guān)系，這與食品領(lǐng)域［8-9］對于黏度-濃度模型的研究是一致的?？梢哉J(rèn)為該擬合方程能夠有效地反映中藥提取液的濃度對黏度的影響，在實際生產(chǎn)中能較快速、準(zhǔn)確地預(yù)測提取液的黏度，為濃縮工藝參數(shù)的確定和濃縮設(shè)備的選型提供科學(xué)依據(jù)。

表2 黃連醇提液黏度關(guān)于濃度的回歸方程

2.1.2 黏度與溫度的關(guān)系

以濃度T為橫坐標(biāo)，黏度η為縱坐標(biāo)，作出黃連提取液黏度-溫度的關(guān)系(圖3、4)。結(jié)果顯示，溫度對提取液黏度的影響也是非常顯著的。據(jù)相關(guān)研究結(jié)果［2，10-11］顯示，最簡單的液體表觀黏度 -溫度關(guān)系式——安德雷德(Andrade)公式能較好的反映溫度對黏度的影響:

式中A、B為常數(shù)，R為氣體常數(shù)(8.3144 kJ/K)，T為溫度，Ea為黏流活化能，表示分子由一個位置遷移到另一個位置所需的能量，與分子結(jié)構(gòu)、分子鏈的長短及溫度有關(guān)。

采用Excel對實驗數(shù)據(jù)進行一元線性回歸分析，利用式(4)對提取液的η-T關(guān)系進行回歸分析，方程的各參數(shù)見表3。

表3表明，指數(shù)關(guān)系式η=A exp(B/T)能很好地反映黃連提取液的黏度-溫度的變化關(guān)系。

圖3 黃連水提液的黏度隨溫度的變化

圖4 黃連醇提液的黏度隨溫度的變化

表3 不同濃度下溫度對黃連提取液黏度的影響

2.1.3 黏度與溫度、濃度的關(guān)系

濃度、溫度單方面的對黏度產(chǎn)生作用，這在中藥制劑過程中基本是不可能獨立存在的，因此需要考察濃度、溫度兩方面對于黏度的綜合影響，因此需要建立最佳溫度-濃度-黏度綜合數(shù)學(xué)模型。結(jié)合其他領(lǐng)域?qū)τ跍囟?濃度-黏度綜合影響的研究結(jié)果［11］，模型有如下形式:

式中，a、d、e、f均為常數(shù)。采用1stOpt數(shù)據(jù)分析軟件進行二元非線性擬合(η-C-T)，結(jié)果見表4。

表4 溫度、濃度對黃連提取液黏度的綜合影響

從表4可知，用數(shù)學(xué)模型η=a exp(eT+dC+fC2)來表征中藥提取液的黏度-濃度-溫度的關(guān)系最為合適，方程的擬合程度較高，因此推薦將該擬合公式推廣用于實際制劑生產(chǎn)中預(yù)測不同溫度T、不同濃度C的中藥提取液的黏度。

2.2 導(dǎo)熱系數(shù)的測定及相關(guān)性分析

本實驗采用熱線法測定黃連提取液的導(dǎo)熱系數(shù)，分別記錄不同質(zhì)量濃度的水提液和醇提液在不同溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)值。

2.2.1 導(dǎo)熱系數(shù)與濃度的關(guān)系

以提取液的濃度C為橫坐標(biāo)，導(dǎo)熱系數(shù)λ為縱坐標(biāo)，作出各提取液導(dǎo)熱系數(shù)隨濃度的變化曲線(圖5、6)?？煽闯?，濃度對提取液的導(dǎo)熱系數(shù)影響顯著，提取液的導(dǎo)熱系數(shù)隨著濃度的增大而呈線性減小。

圖5 黃連水提液導(dǎo)熱系數(shù)隨濃度的變化

圖6 黃連醇提液導(dǎo)熱系數(shù)隨濃度的變化

采用Excel對黃連水提液和黃連醇提液的導(dǎo)熱系數(shù)實測數(shù)據(jù)進行一元線性回歸分析，建立導(dǎo)熱系數(shù)-濃度之間的關(guān)系式，結(jié)果見表5。

由表5可以看出，各溫度下的實驗測定值的擬合度均較高，表明該線性模型能較好的反映導(dǎo)熱系數(shù)和濃度之間關(guān)系。

2.2.2 導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系

以溫度T為橫坐標(biāo)，導(dǎo)熱系數(shù)λ為縱坐標(biāo)，作出黃連提取液的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化的曲線(圖7、8)?？煽闯?，溫度對提取液的導(dǎo)熱系數(shù)影響很大，其中醇提液的導(dǎo)熱系數(shù)值明顯小于水提液的，提取液的導(dǎo)熱系數(shù)均與溫度呈現(xiàn)線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著溫度升高，導(dǎo)熱系數(shù)值逐漸減小。

圖7 黃連水提液導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系

圖8 黃連醇提液導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化

采用Excel對數(shù)據(jù)進行線性回歸分析，建立導(dǎo)熱系數(shù)與溫度之間的關(guān)聯(lián)方程，見表6。

由表6可以看出，黃連提取液的λ-T方程的擬合程度均較好，方程較準(zhǔn)確可靠。

表5 黃連提取液導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)于濃度的回歸方程

表6 黃連提取液導(dǎo)熱系數(shù)關(guān)于溫度的回歸方程

2.2.3 導(dǎo)熱系數(shù)與濃度、溫度的關(guān)系

傳熱過程的研究，通常需要結(jié)合待測樣品的性質(zhì)及測定環(huán)境。因此濃度和溫度對導(dǎo)熱系數(shù)的綜合影響的研究就很有必要。運用SPSS數(shù)據(jù)軟件處理數(shù)據(jù)后，可得到黃連提取液導(dǎo)熱系數(shù)-溫度-濃度之間的關(guān)系符合二元線性回歸，得到黃連水提液方程:λ= 0.696 2-0.146 4C-0.002 7T(r=0.998 0)，黃連醇提液方程:λ=0.313 0-0.043 1C-0.001 2T(r= 0.995 1)。方程較準(zhǔn)確，可用于預(yù)測。

3 結(jié)論

中藥提取物的物性參數(shù)和傳熱特性，一方面影響著制劑前處理過程，另一方面也影響著后期制劑成型及制劑產(chǎn)品的最終質(zhì)量。但目前對于中藥提取液流體物性及傳熱傳質(zhì)特性的研究尚不完善，研究者們應(yīng)當(dāng)借鑒食品、化工等領(lǐng)域的研究思路來加深對提取液性質(zhì)的認(rèn)識，來逐步提高對中藥制藥過程的控制手段［12］。

本實驗測定常用中藥黃連提取液的黏度和導(dǎo)熱系數(shù)，探索了中藥提取物物性參數(shù)變化的規(guī)律，構(gòu)建了較準(zhǔn)確的黏度-溫度，黏度-濃度，黏度-溫度-濃度，導(dǎo)熱系數(shù)-溫度，導(dǎo)熱系數(shù)-濃度及導(dǎo)熱系數(shù)-溫度-濃度等模型。這些參數(shù)的測定有助于完善中藥提取物的提取、濃縮過程傳熱傳質(zhì)研究及過程中的物料衡算和熱量衡算數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，模型的建立有助于研究者們預(yù)測提取和濃縮過程的傳熱分析。

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Determination and Correlative Studies for Physical Parameters of Coptis Chinensis Extracts

MENG Qing-qing，WANG Bao-hua*，JI Wen-qin，LU Bing，LI Ping，YANG Bei-bei
(School of Chinese Pharmacy，Beijing University of Chinese Medicine，Beijing 100102，China)

Objective:Determine the viscosity(η)and thermal conductivity(λ)of Coptis chinensis extracts under different concentrations(C)and temperatures(T).Investigate the correlation of viscosity and thermal conductivity with concentrations and temperatures.Establish the regression equations η-C，η-T，η-C-T，λ-C，λ-T，η-C-T and λ-C-T of the water extract and the alcohol extract.Methods:Obtain the water extract and the alcohol extract with different concentrations by heating reflux and measure the viscosity(η) and thermal conductivity(λ)of the extracts respectively by using the rotational viscometer and transient double-hot-wires technique at different temperatures.Establish the relationship and analyze the experimental data with excel，1stOpt and SPSS data analysis software.Results:The results verified the mathematical model η=a exp(eT+dC+fC2)could well reflect the combined effect of concentrations and temperatures on viscosity.The thermal conductivity of Coptis chinensis extracts could be respectively predicted by the regression equations of the water extract(λ=0.696 2-0.146 4C-0.002 7T)and the ethanol extract(λ=0.313 0-0.043 1C-0.001 2T).Conclusion:This experiment can provide theories and relevant data for the process of extraction，concentration，drying of traditional Chinese medicine，the design and selection of pharmacy equipment，the pharmaceutical industries in the material balance，energy balance and rate calculation.

Coptis chinensis;Extracts;Physical parameters;Correlation

R28

A

1002-2406(2017)02-0034-05

孟慶卿(1990-)，女，北京中醫(yī)藥大學(xué)在讀碩士研究生，主要研究方向:中藥藥劑學(xué)。

王寶華*(1965-)，女，教授，碩士研究生導(dǎo)師，主要研究方向:中藥制藥及制藥工程。

2016-06-21

修回日期:2016-07-02