朱明輝　劉旭海　王谷洪　熊靜

摘要：中藥提取是中藥的制藥關(guān)鍵工序，傳統(tǒng)提取方式存在藥材堆積，有效成分提取率不高，提取效率低等問題，為解決以上問題，研制出了中藥吊籃式循環(huán)提取設(shè)備，并對(duì)孔形、孔徑、吊籃個(gè)數(shù)等進(jìn)行了研究試驗(yàn)，有效提高了有效成分轉(zhuǎn)移率和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：中藥提取;吊籃式;孔形;吊籃個(gè)數(shù)

中圖分類號(hào)：TQ461 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ?文章編號(hào)：1671-0797（2022）02-0066-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.019

0 ? ?引言

如圖1所示，傳統(tǒng)提取方式中，藥材沉積在罐體底部，堆積密實(shí)程度不一，吸水膨脹后，藥材擠壓在罐底狹小空間，堆積結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，提取溶媒不能有效進(jìn)入藥材內(nèi)部，被浸出的藥效成分難以及時(shí)擴(kuò)散出來，造成提取時(shí)間長，提取效率低，能耗高，污染環(huán)境。針對(duì)傳統(tǒng)提取雙效濃縮方式的缺點(diǎn)，從提高溶出效率，增加藥材間溶媒內(nèi)外循環(huán)的角度出發(fā)，研制中藥吊籃式循環(huán)提取設(shè)備。如圖2所示，將藥材分層置于各個(gè)籃體中，籃體懸空置于藥液中，藥液不斷穿過籃體層與層之間的孔隙，形成內(nèi)循環(huán);另外，藥液還不斷通過籃體周邊的孔隙，與溶媒進(jìn)行交換，形成外循環(huán)，大大增加了溶媒與藥材的接觸面積，內(nèi)外循環(huán)同時(shí)進(jìn)行，提高了提取效率。

1 ? ?吊籃孔形研究

為便于提取溶劑進(jìn)出、浸漬藥材，提取吊籃一般遍布用于溶劑進(jìn)出的小孔，小孔的大小與分布對(duì)提取的效率影響非常明顯。該項(xiàng)目中，研究人員對(duì)金屬吊籃孔洞形狀進(jìn)行了調(diào)研，一般可采用圓形、方形、三角形、菱形等孔徑，如圖3所示。

1.1 ? ?應(yīng)力分布分析

應(yīng)力即截面上某一點(diǎn)單位面積上的內(nèi)力，在材料力學(xué)上有應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力在固體局部區(qū)域內(nèi)顯著增大的現(xiàn)象，多出現(xiàn)于尖角、缺口、溝槽以及有剛性約束處及其鄰域。應(yīng)力集中會(huì)使塑性材料產(chǎn)生疲勞裂紋，最終在應(yīng)力的反復(fù)作用下斷裂。

圖4所示帶圓孔的板條，在受到軸向拉伸后，在圓孔附近的局部區(qū)域內(nèi)，應(yīng)力急劇增大，而在離這一區(qū)域稍遠(yuǎn)處，應(yīng)力迅速減小而趨于均勻。這種由于結(jié)構(gòu)形狀改變而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱為“應(yīng)力集中”。在圓孔中心位置截面上，孔邊最大應(yīng)力σmax與同一截面上的平均應(yīng)力σ之比為α，α稱為“理論應(yīng)力集中系數(shù)”，它反映了應(yīng)力集中的程度。試驗(yàn)表明，孔形改變愈劇烈，應(yīng)力集中系數(shù)就愈大。

為了避免材料或構(gòu)件因應(yīng)力集中而遭到破壞，工程上主要采取避免尖角，即把棱角改為圓角，適當(dāng)增大過渡圓弧半徑的方法，如圖5所示。曲率半徑逐步變化的外形有利于降低應(yīng)力集中系數(shù)。

1.2 ? ?不同孔形提取吊籃應(yīng)力模擬分析

吊籃在提取罐中受到自身重力和藥材重力還有提取液流沖擊力的作用，但由于提取液流速很小，產(chǎn)生的流體力極小，所以吊籃受力以自身重力和藥材重力為主。

對(duì)此，利用ANSYS軟件對(duì)板面兩種孔進(jìn)行應(yīng)力分析。在加載相同外力（上下兩邊施加）的情況下，圓孔周邊的應(yīng)力分布與三角形孔周邊的應(yīng)力分布如圖6所示。

由圖6可以很清晰地看出，三角形孔兩個(gè)尖角處應(yīng)力比圓孔集中得更明顯，同時(shí)在圓孔的應(yīng)力集中區(qū)，應(yīng)力會(huì)分散到周邊區(qū)域。

由上述分析可知，當(dāng)施加相同的外力作用時(shí)，三角形孔尖角處所受應(yīng)力明顯大于圓孔。此外，由于面板上各孔的應(yīng)力存在相互聯(lián)系，每個(gè)尖角處的應(yīng)力集中系數(shù)α?xí)兊酶?，所以三角形的板面尖角處長期處于應(yīng)力集中狀態(tài)，會(huì)使得該板面尖角處更容易產(chǎn)生疲勞裂紋，影響使用壽命。

綜上分析，中藥提取罐的吊籃受到應(yīng)力的反復(fù)作用，對(duì)于方形、三角形和菱形孔而言，應(yīng)力集中的尖角部位易產(chǎn)生疲勞裂紋，最終導(dǎo)致金屬開裂。相對(duì)來說，圓形孔因?yàn)闆]有尖角，應(yīng)力分布相對(duì)均勻，不易產(chǎn)生疲勞裂紋和金屬開裂，從而壽命最長，所以，吊籃孔形的最佳設(shè)計(jì)方式是圓形。

2 ? ?吊籃孔形對(duì)藥材成分浸出的影響

2.1 ? ?吊籃孔形的篩選與制作

孔的數(shù)量、形狀會(huì)影響中藥材的溶出率，以圓形孔和方形孔為例進(jìn)行分析，假設(shè)吊籃的尺寸為直徑1 500 mm，高度481 mm，孔與孔的邊緣距離為1 mm，最上面孔到邊緣距離和最下面孔到邊緣距離均為1 mm。

圓形孔垂直方向數(shù)量為480/（5+1）=80個(gè)，相鄰孔垂直方向數(shù)量為79個(gè);圓周方向數(shù)量為1 500×π/[（5+1）×cos 30°]≈907個(gè)，則圓形孔總數(shù)量為454×

80+453×79=72 107個(gè)。

方形孔垂直方向數(shù)量為480/（5+1）=80個(gè)，圓周方向數(shù)量為1 500×π/（5+1）≈785個(gè)，則方形孔總數(shù)量為785×80=62 800個(gè)。

同樣面積孔板，圓形孔總面積為72 107×π×52/4≈

1 415 818 mm2，方形孔總面積為62 800×52=1 570 000 mm2。

方形孔的面積比圓形孔的面積大（1 570 000-1 415 818）/

1 415 818≈11%，面積越大，液體流動(dòng)性越大，藥材的有效成分溶出就越徹底。

雖然方形孔與圓形孔相比，更有利于有效成分的徹底溶出，但對(duì)機(jī)械制造而言，方形孔的加工比圓形孔要困難許多，沖模加工成本高;方形孔還存在模具裝配方向性的要求，裝配精度要求極高;而且方形孔4個(gè)90°角存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，時(shí)間久了應(yīng)力逐漸擴(kuò)張，將使吊籃的強(qiáng)度下降，易變形，易開裂。菱形孔和三角形孔同樣存在這樣的問題，甚至更嚴(yán)重。所以，從加工成本和使用壽命來說，吊籃的小孔宜采用圓形孔。

根據(jù)孔徑原理，結(jié)合機(jī)械加工實(shí)際情況，綜合考慮采用圓形孔徑最實(shí)用，如圖7、圖8、圖9所示。研制的中藥吊籃式循環(huán)提取設(shè)備如圖10所示。

2.2 ? ?吊籃孔形對(duì)提取物質(zhì)量的影響

2.2.1 ? ?處方與工藝

如表1所示，取1 000片處方量的藥材708.6 g，分別置于圓形孔、方形孔、菱形孔籃體中，分別提取兩次，第一次6倍量水煎煮2 h，第二次5倍量水煎煮1 h，合并煎液，使用旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器濃縮至相對(duì)密度為1.09～1.13（70～80 ℃）的清膏，干燥，得浸膏粉。

2.2.2 ? ?橙皮苷含量測(cè)定

2.2.2.1 ? ?儀器、試劑、對(duì)照品

（1）儀器：高效液相色譜儀、電子天平、恒溫水浴鍋、回流裝置。

（2）試劑：十八烷基硅烷鍵合硅膠、0.5%醋酸溶液、甲醇。

（3）對(duì)照品：橙皮苷。

2.2.2.2 ? ?色譜條件與系統(tǒng)適用性試驗(yàn)

以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑，甲醇—0.5%醋酸溶液（40：60）為流動(dòng)相;檢測(cè)波長為283 nm;理論板數(shù)按橙皮苷峰計(jì)算應(yīng)不低于2 000。

2.2.2.3 ? ?對(duì)照品溶液的制備

取橙皮苷對(duì)照品12.5 mg，精密稱定，置100 mL量瓶中，加甲醇使溶解并稀釋至刻度，搖勻;精密量取3 mL，置25 mL量瓶中，加50%甲醇稀釋至刻度，搖勻，即得（每1 mL中含橙皮苷15 μg）。

2.2.2.4 ? ?供試品溶液的制備

取樣品0.3 g，精密稱定，加硅藻土1 g，精密加入甲醇20 mL，稱定重量，置水浴上加熱回流1 h，放冷，再稱定重量，用甲醇補(bǔ)足減失的重量，搖勻，濾過，精密量取續(xù)濾液5 mL，置10 mL量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，即得。

2.2.2.5 ? ?測(cè)定法

分別精密吸取對(duì)照品溶液與供試品溶液各20 μL，按Agilent高效液相色譜儀操作規(guī)程操作，注入液相色譜儀，測(cè)定，即得。

2.2.3 ? ?結(jié)果與分析

由表2可知，使用圓形孔吊籃生產(chǎn)的提取物得率、橙皮苷轉(zhuǎn)移率略低于菱形孔吊籃和方形孔吊籃。其中，方形孔吊籃提取物得率、含量轉(zhuǎn)移率最高。

3 ? ?吊籃個(gè)數(shù)與藥材溶出率的關(guān)系

吊籃的個(gè)數(shù)應(yīng)≥2，如果為1，則與常規(guī)提取罐就沒有什么區(qū)別。藥材均等地放置于吊籃內(nèi)，如果吊籃個(gè)數(shù)為N個(gè)，則每個(gè)吊籃內(nèi)放置的藥材重量為傳統(tǒng)提取藥材總重量的1/N。吊籃個(gè)數(shù)越多，則每個(gè)籃框內(nèi)放置的藥材量就越少，藥材平鋪在吊籃內(nèi)堆積的厚度就越薄，在煎煮過程中藥液的濃度梯度就越大，藥物的分子運(yùn)動(dòng)就越激烈，溶出效率就越高。

下面以健胃消食片為例，研究吊籃個(gè)數(shù)與藥材溶出效率的關(guān)系。

3.1 ? ?處方與工藝

根據(jù)表1，取1 000片處方量的藥材708.6 g，分別置于一個(gè)、兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)圓形孔吊籃中，分兩次提取，第一次6倍量水煎煮2 h，第二次5倍量水煎煮1 h，合并煎液，使用旋轉(zhuǎn)式蒸發(fā)器濃縮至相對(duì)密度為1.09～1.13（70～80 ℃）的清膏，干燥，得浸膏粉。

3.2 ? ?橙皮苷含量測(cè)定

3.2.1 ? ?儀器、試劑、對(duì)照品

（1）儀器：高效液相色譜儀、電子天平、恒溫水浴鍋、回流裝置。

（2）試劑：十八烷基硅烷鍵合硅膠、0.5%醋酸溶液、甲醇。

（3）對(duì)照品：橙皮苷。

3.2.2 ? ?色譜條件與系統(tǒng)適用性試驗(yàn)

以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑，甲醇—0.5%醋酸溶液（40：60）為流動(dòng)相;檢測(cè)波長為283 nm;理論板數(shù)按橙皮苷峰計(jì)算應(yīng)不低于2 000。

3.2.3 ? ?對(duì)照品溶液的制備

取橙皮苷對(duì)照品12.5 mg，精密稱定，置100 mL量瓶中，加甲醇使溶解并稀釋至刻度，搖勻;精密量取3 mL，置25 mL量瓶中，加50%甲醇稀釋至刻度，搖勻，即得（每1 mL中含橙皮苷15 μg）。

3.2.4 ? ?供試品溶液的制備

取樣品0.3 g，精密稱定，加硅藻土1 g，精密加入甲醇20 mL，稱定重量，置水浴上加熱回流1 h，放冷，再稱定重量，用甲醇補(bǔ)足減失的重量，搖勻，濾過，精密量取續(xù)濾液5 mL，置10 mL量瓶中，加水稀釋至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，即得。

3.2.5 ? ?測(cè)定法

分別精密吸取對(duì)照品溶液與供試品溶液各20 μl，按Agilent高效液相色譜儀操作規(guī)程操作，注入液相色譜儀，測(cè)定，即得。

3.3 ? ?結(jié)果與分析

由表3可知，1個(gè)吊籃和2個(gè)吊籃對(duì)提取物得率、物料主成分含量的影響并不明顯，從使用3個(gè)吊籃開始，吊籃式循環(huán)提取得率、提取物含量、轉(zhuǎn)移率明顯提高。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，吊籃個(gè)數(shù)越多，提取物轉(zhuǎn)移率越高，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，一般選用3～5個(gè)吊籃。

4 ? ?結(jié)語

與圓形孔相比，方形孔更有利于有效成分的徹底溶出，但對(duì)機(jī)械制造而言，方形孔的加工比圓形孔要困難許多，沖模加工成本高;方形孔還存在模具裝配方向性的要求，裝配精度要求極高;而且方形孔4個(gè)90°角存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，時(shí)間久了應(yīng)力逐漸擴(kuò)張，將使吊籃的強(qiáng)度下降，易變形，易開裂。而圓形孔具有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值，故選擇圓形孔。

1個(gè)吊籃和2個(gè)吊籃對(duì)提取得率、物料主成分含量的影響并不明顯，從使用3個(gè)吊籃開始，吊籃式循環(huán)提取得率、提取物含量、轉(zhuǎn)移率明顯提高。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，吊籃個(gè)數(shù)越多，提取物轉(zhuǎn)移率越高，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，一般選用3～5個(gè)吊籃。

收稿日期：2021-10-19

作者簡介：朱明輝（1984—），男，江西人，工程師，研究方向：制藥工藝技術(shù)及裝備。