黄连提取液物性参数的测定及相关性研究

孟庆卿，王宝华，季文琴，鲁冰，李萍，杨贝贝

(北京中医药大学中药学院，北京 100102)

黄连提取液物性参数的测定及相关性研究

孟庆卿，王宝华*，季文琴，鲁冰，李萍，杨贝贝

(北京中医药大学中药学院，北京 100102)

目的:测定黄连水提取液和黄连乙醇提取液在不同浓度、不同温度下的黏度(η)和导热系数(λ)，考察各浓缩液的黏度和导热系数与浓度(C)、温度(T)之间的相关性，建立黄连水提液和黄连醇提液的η-C、η-T、η-C-T、λ-C、λ-T、λ-C-T回归方程。方法:采用加热回流提取方法制得待测定提取液和浓缩液。采用旋转法测定提取液的黏度η，采用瞬时双热线法导热系数仪、电热法比热容测定仪测定导热系数λ。运用Excel、1stOpt、SPSS等数据处理软件对实验数据进行分析。结果:数学模型η=a exp(eT+dC+fC2)能较好反映黄连提取液浓度、温度对其黏度的综合影响;黄连水提液方程(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)可用来进行预测黄连提取液导热系数值。结论:在中药的提取、浓缩、干燥等过程以及制药设备的设计、选型及使用过程中，可以利用中药提取物的物性参数进行工艺参数控制，为制药工程中的物料衡算、热量衡算和过程速率方程等提供理论和数据支持。

黄连;提取液;物性参数;相关性

药品安全是当前的社会焦点问题之一，密切关系到人的生命、健康和安全。然而，我国现阶段的中药制药技术与国外先进制药技术还存在一定差距，主要原因是中药制药过程多采用传统工艺，装备落后，且自动化水平低，缺乏质量在线检测手段和生产系统的集成和优化［1］。提取浓缩是传统的中药制药的准备过程中必不可少的部分，浓缩水平离不开提取物黏度的变化，因此黏度可以用来衡量和控制提取程度。此外，提取液的导热性也是一个重要性能参数，涉及到中药制药的多个过程，例如萃取、冷却、蒸发、浓缩、蒸馏、吸收、干燥、烘焙、蒸煮等，了解和探索提取液的热物性参数，对制药过程中热交换设备的加工、设计等具有重要影响。

目前食品流变学已经有了一定程度的研究探索［2-4］，化妆品流变学的研究也变得越来越广泛［5-7］，这些领域对于黏度的研究逐渐深入，而中药在这些方面还鲜有报道，尤其是关于导热系数的研究尤为缺乏，需要我们中药研究者引起足够重视并填补这部分的空缺。

黄连为毛茛科植物黄连(Coptis chinensis Franch.)的干燥根茎，主要含有小檗碱、巴马汀、药根碱等生物碱。黄芩苦寒，善清肺、大肠热;而黄连苦寒，善泻心火，散郁。首载于《神农本草经》，为苦寒之品，能清热燥湿、泻火解毒，可去上、中二焦火邪而解热毒。在临床上应用广泛，物质基础明确，故本文选择此药，对中药提取液的物理性质(黏度)和热力学性质(导热系数)及其相关性进行初步探讨。

1 实验材料

1.1 仪器

RE-2000A旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂);密度计(燕河仪器仪表有限公司);NDJ-5S旋转表观黏度计(上海伦捷机电仪表有限公司);DRE-2A导热系数测试仪(湘潭市仪器仪表有限公司)。

1.2 试药

黄连片(北京同仁堂健康药业股份有限公司)，经北京中医药大学刘春生教授鉴定符合2015版《中国药典》的要求;乙醇(分析纯，北京化工厂);去离子水(自制高纯水)。

1.3 不同浓度黄连水提液和醇提液样品的制备

本实验采用圆底烧瓶回流提取的方法进行黄连提取液的制备，用旋转蒸发器进行减压浓缩。分别称取一定质量的黄连片，分别加入8倍量的水或10倍量60%的乙醇，加热回流提取3次，每次1 h，过滤，合并滤液。将滤液分别浓缩至含生药质量浓度分别为0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 g/mL，即得不同浓度的黄连水提液和黄连醇提液样品。

2 结果与讨论

2.1 表观黏度测定及相关性分析

本实验采用旋转法测定黄连提取液的表观黏度，分别记录不同质量浓度的水提液和醇提液在不同温度下的表观黏度值。

2.1.1 黏度与浓度关系

以浓度C为横坐标，黏度η为纵坐标，作出黄连水提液和黄连醇提液黏度随浓度的变化关系(图1、2)。从图1、2可以看出，同一温度水平下，提取液的黏度随浓度的增减均有有明显变化，醇提液在低温范围变化跨度要更大。浓度-黏度主要有以下两种模型［2，9-10］:

式中，a1、a2、b1、b2为常数，C为提取液浓度，单位为g/mL。

图1 黄连水提液的黏度随浓度的变化

图2 黄连醇提液的黏度随浓度的变化

采用Excel对提取液的黏度实测数据进行一元线性回归分析，得到关于黏度 -浓度的回归方程，见表1、2。

表1、表2均可以看出，指数关系式 η=a2exp (b2C)能更好地反映黄连提取液黏度与浓度的变化关系，这与食品领域［8-9］对于黏度-浓度模型的研究是一致的。可以认为该拟合方程能够有效地反映中药提取液的浓度对黏度的影响，在实际生产中能较快速、准确地预测提取液的黏度，为浓缩工艺参数的确定和浓缩设备的选型提供科学依据。

表2 黄连醇提液黏度关于浓度的回归方程

2.1.2 黏度与温度的关系

以浓度T为横坐标，黏度η为纵坐标，作出黄连提取液黏度-温度的关系(图3、4)。结果显示，温度对提取液黏度的影响也是非常显著的。据相关研究结果［2，10-11］显示，最简单的液体表观黏度 -温度关系式——安德雷德(Andrade)公式能较好的反映温度对黏度的影响:

式中A、B为常数，R为气体常数(8.3144 kJ/K)，T为温度，Ea为黏流活化能，表示分子由一个位置迁移到另一个位置所需的能量，与分子结构、分子链的长短及温度有关。

采用Excel对实验数据进行一元线性回归分析，利用式(4)对提取液的η-T关系进行回归分析，方程的各参数见表3。

表3表明，指数关系式η=A exp(B/T)能很好地反映黄连提取液的黏度-温度的变化关系。

图3 黄连水提液的黏度随温度的变化

图4 黄连醇提液的黏度随温度的变化

表3 不同浓度下温度对黄连提取液黏度的影响

2.1.3 黏度与温度、浓度的关系

浓度、温度单方面的对黏度产生作用，这在中药制剂过程中基本是不可能独立存在的，因此需要考察浓度、温度两方面对于黏度的综合影响，因此需要建立最佳温度-浓度-黏度综合数学模型。结合其他领域对于温度-浓度-黏度综合影响的研究结果［11］，模型有如下形式:

式中，a、d、e、f均为常数。采用1stOpt数据分析软件进行二元非线性拟合(η-C-T)，结果见表4。

表4 温度、浓度对黄连提取液黏度的综合影响

从表4可知，用数学模型η=a exp(eT+dC+fC2)来表征中药提取液的黏度-浓度-温度的关系最为合适，方程的拟合程度较高，因此推荐将该拟合公式推广用于实际制剂生产中预测不同温度T、不同浓度C的中药提取液的黏度。

2.2 导热系数的测定及相关性分析

本实验采用热线法测定黄连提取液的导热系数，分别记录不同质量浓度的水提液和醇提液在不同温度下的导热系数值。

2.2.1 导热系数与浓度的关系

以提取液的浓度C为横坐标，导热系数λ为纵坐标，作出各提取液导热系数随浓度的变化曲线(图5、6)。可看出，浓度对提取液的导热系数影响显著，提取液的导热系数随着浓度的增大而呈线性减小。

图5 黄连水提液导热系数随浓度的变化

图6 黄连醇提液导热系数随浓度的变化

采用Excel对黄连水提液和黄连醇提液的导热系数实测数据进行一元线性回归分析，建立导热系数-浓度之间的关系式，结果见表5。

由表5可以看出，各温度下的实验测定值的拟合度均较高，表明该线性模型能较好的反映导热系数和浓度之间关系。

2.2.2 导热系数与温度的关系

以温度T为横坐标，导热系数λ为纵坐标，作出黄连提取液的导热系数随温度变化的曲线(图7、8)。可看出，温度对提取液的导热系数影响很大，其中醇提液的导热系数值明显小于水提液的，提取液的导热系数均与温度呈现线性负相关关系，随着温度升高，导热系数值逐渐减小。

图7 黄连水提液导热系数与温度的关系

图8 黄连醇提液导热系数随温度的变化

采用Excel对数据进行线性回归分析，建立导热系数与温度之间的关联方程，见表6。

由表6可以看出，黄连提取液的λ-T方程的拟合程度均较好，方程较准确可靠。

表5 黄连提取液导热系数关于浓度的回归方程

表6 黄连提取液导热系数关于温度的回归方程

2.2.3 导热系数与浓度、温度的关系

传热过程的研究，通常需要结合待测样品的性质及测定环境。因此浓度和温度对导热系数的综合影响的研究就很有必要。运用SPSS数据软件处理数据后，可得到黄连提取液导热系数-温度-浓度之间的关系符合二元线性回归，得到黄连水提液方程:λ= 0.696 2-0.146 4C-0.002 7T(r=0.998 0)，黄连醇提液方程:λ=0.313 0-0.043 1C-0.001 2T(r= 0.995 1)。方程较准确，可用于预测。

3 结论

中药提取物的物性参数和传热特性，一方面影响着制剂前处理过程，另一方面也影响着后期制剂成型及制剂产品的最终质量。但目前对于中药提取液流体物性及传热传质特性的研究尚不完善，研究者们应当借鉴食品、化工等领域的研究思路来加深对提取液性质的认识，来逐步提高对中药制药过程的控制手段［12］。

本实验测定常用中药黄连提取液的黏度和导热系数，探索了中药提取物物性参数变化的规律，构建了较准确的黏度-温度，黏度-浓度，黏度-温度-浓度，导热系数-温度，导热系数-浓度及导热系数-温度-浓度等模型。这些参数的测定有助于完善中药提取物的提取、浓缩过程传热传质研究及过程中的物料衡算和热量衡算数据基础，模型的建立有助于研究者们预测提取和浓缩过程的传热分析。

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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

孟庆卿(1990-)，女，北京中医药大学在读硕士研究生，主要研究方向:中药药剂学。

王宝华*(1965-)，女，教授，硕士研究生导师，主要研究方向:中药制药及制药工程。

2016-06-21

修回日期:2016-07-02