赤桉木材微納米粒子在抽提過程中的溶出規(guī)律

赤桉木材微納米粒子在抽提過程中的溶出規(guī)律

桉樹是世界著名的三大速生紙漿材料之一（桉、松、楊），也是熱帶和亞熱帶地區(qū)首選的速生造林樹種。桉樹生長迅速，輪作期短。在集約栽培條件下，可以提高單位土地的產(chǎn)量。木材密度高于油松和楊樹，纖維含量高，同一材料體積高。目前，桉樹種植面積超過170萬公里，其中赤桉人工林在湖南省擁有30多萬畝資源。然而，赤桉樹的提收率高。在紙漿制備過程中，由于紙頁孔和斑點的出現(xiàn)，水污染的惡化、設(shè)備的使用壽命短、藥物用量大、木質(zhì)素脫除率和水分流失等問題，以及嚴重的樹脂障礙和滲透障礙，紅棕櫚樹高效紙漿提取技術(shù)的發(fā)展，提取成分極其復(fù)雜。提取過程對桉樹漿漿的影響引起了國內(nèi)外漿漿紙產(chǎn)業(yè)的高度關(guān)注和廣泛關(guān)注。這項研究的發(fā)展深入發(fā)展，取得了一些成果。然而，目前對桉樹漿漿質(zhì)量的內(nèi)在原因缺乏充分的理解，尤其是液體提取的分離規(guī)律，這直接制約著桉樹漿紙技術(shù)的發(fā)展和改進。在本文中，我們使用了一種索法提取、冷凍提取、激光離子提取和超聲波提取來處理新鮮的桉樹，分析了提取溶液中微納米顆粒的性質(zhì)，并探索了微納米顆粒的溶出規(guī)律。為提高桉樹漿紙制造技術(shù)提供了新的理論。1材料和方法1.1標準材料的制備赤桉,18年生,徑級為20cm,采集于湖南省株洲市中南林業(yè)科技大學林區(qū),取距地面1.5～2m之間的木材,利用BX484型刨片機將新鮮赤桉木材加工成長32～36mm、寬9～20mm、厚0.3～0.4mm的木片,在55℃、0.01MPa真空度下烘至絕干,存于干燥器中備用.其他試驗材料包括苯(色譜純)、乙醇(色譜純)、水(超純)、濾紙(用苯/醇溶液浸提24h).1.2測試方法(1)索氏抽提和濾紙的制備稱取20份10g赤桉木片,精確至0.1mg,編號后分別放入抽提瓶中,并加入150mL苯/醇溶液(苯與乙醇的體積比是1∶2,下同),采用全自動索氏抽提器(FOSS)進行索氏抽提,抽提結(jié)束后,用定量濾紙過濾,得到濾液.濾渣與濾紙一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至絕干,然后稱其質(zhì)量和濾紙的質(zhì)量.每個試驗的平行樣數(shù)為2.抽提條件:溫度85℃,時間分別為0.5,1.0,1.5,…,5h.(2)超聲濾紙的制備稱取2份10g赤桉木片,精確至0.1mg,分別放入燒瓶中,并加入150mL苯/醇溶液,在高頻超聲波儀中進行抽提.抽提結(jié)束后,用定性濾紙過濾,得到濾液.濾渣與濾紙一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至絕干,然后稱其質(zhì)量和濾紙的質(zhì)量.抽提條件:溫度85℃,時間為5h,超聲波功率為40W.(3)樣品的制備.稱取2份10g赤桉木片,精確至0.1mg,編號后分別放入塑料袋中,放入SanyoAMVL-300A三洋超低溫冰箱中在-80℃下冷凍6天,然后在常溫下快速解凍.解凍后,分別放入抽提瓶中,并加入150mL苯/醇溶液,采用全自動索氏抽提器進行索氏抽提,抽提結(jié)束后,用定量濾紙過濾,得到濾液.濾渣與濾紙一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至絕干,然后稱其質(zhì)量和濾紙的質(zhì)量.抽提條件:溫度85℃,時間為5h.(4)激光等離子抽提法稱取2份10g赤桉木片,精確至0.1mg,分別放入燒瓶中,并加入150mL苯/醇溶液,在激光等離子儀中進行抽提.抽提結(jié)束后,用定性濾紙過濾,得到濾液.濾渣與濾紙一起在55℃、0.01MPa真空度下烘至絕干,然后稱其質(zhì)量和濾紙的質(zhì)量.抽提條件:溫度85℃,時間為5h,激光等離子儀功率為50W.(5)粒度、粒度測定將濾液分別用超純水稀釋500倍,用一次性吸管取出2mL放入樣品池中,再將樣品池放入Nano-ZS型粒度分析儀(Zetasizer)自動測試其粒度、體積分數(shù)、數(shù)量百分數(shù).2結(jié)果與討論2.1索氏抽提中赤桉木片微/納米粒子溶出量的確定溶出量是指100g絕干木材中苯/醇抽提物溶出的質(zhì)量,單位為g.經(jīng)過試驗、測試、分析,得到索氏抽提中赤桉木片微/納米粒子溶出量,見圖1.由圖1可見,赤桉木材的溶出量W隨抽提時間t的延長而增加.對抽提時間和溶出量進行一元多次線性回歸分析,得回歸方程W=0.0498t3-0.2917t2+0.8048t.2.2粒徑4.2.3在索氏抽提中,赤桉木片中溶出的粒子的粒度及其體積分數(shù)和數(shù)量百分數(shù)見表1.對表1中的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)抽提0.5h時,粒徑在68.1～342.0nm的粒子,體積分數(shù)為82.0%;1.0h時,粒徑在32.7～91.3nm的粒子,體積分數(shù)為65.6%;1.5h時,粒徑在37.8～78.8nm的粒子,體積分數(shù)為67.6%;2.0h時,粒徑在43.8～106.0nm的粒子,體積分數(shù)為59.1%;2.5h時,粒徑在32.7～78.8nm的粒子,體積分數(shù)為87.9%;3.0h時,粒徑在50.7～142.0nm的粒子,體積分數(shù)為76.0%;3.5h時,粒徑在28.2～58.8nm的粒子,體積分數(shù)為75.8%;4.0h時,粒徑在164.0～459.0nm的粒子,體積分數(shù)為59.5%;4.5h時,粒徑在68.1～122.0nm的粒子,體積分數(shù)為85.8%;5.0h時,粒徑在28.2～68.1nm的粒子,體積分數(shù)為90.2%.在溶出粒子數(shù)量方面,抽提0.5h時,粒徑在50.7～106.0nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為86.5%;1.0h時,粒徑在24.4～50.7nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為84.6%;1.5h時,粒徑在32.7～68.1nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為94.1%;2.0h時,粒徑在37.8～78.8nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為89.7%;2.5h時,粒徑在32.7～58.8nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為87.7%;3.0h時,粒徑在43.8～91.3nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為88.3%;3.5h時,粒徑在24.4～43.8nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為87.3%;4.0h時,粒徑在78.8～164.0nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為84.7%;4.5h時,粒徑在58.8～122.0nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為88.8%;5h時,粒徑在24.4～50.7nm的粒子,數(shù)量百分數(shù)為94.5%.其中抽提時間為1.5h,3.5h和4.0h時溶出粒子中分別有粒徑為4150.0～5560.0nm、4150.0～5560.0nm、1110.0～6440.0nm的粒子,但數(shù)量極少,無法測試,其體積分數(shù)僅分別為0.3%,0.3%,2.6%;當溶出粒子濃度增大時,粒子間通過氫鍵會形成分子集團,而赤桉木材細胞壁上的紋孔直徑一般不超過400nm,因此這些粒子足以對藥劑在木材中的滲透和擴散產(chǎn)生屏障、對制漿產(chǎn)生樹脂障礙.2.3超聲抽提對赤桉木材微/納米粒子溶出量的影響經(jīng)過試驗、測試,超聲波抽提中,赤桉木片溶出粒子的特征如圖2所示.經(jīng)過超聲波抽提5.0h,赤桉微/納米粒子的溶出量是3.153g.圖2顯示,在超聲波抽提中,赤桉木片中溶出的納米粒子粒徑在28.2～78.8nm之間的,體積分數(shù)為80.1%,粒徑在24.4～50.7nm之間的數(shù)量較多,數(shù)量百分數(shù)為89.0%,而粒徑190.0～396.0nm之間的粒子體積占4.4%,且數(shù)量極少.與表1和圖1中的數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn),超聲波抽提不僅可以增加赤桉木材微/納米粒子的溶出量,而且可以降低微/納米粒子的集聚程度.這是因為超聲強化常規(guī)流體的提取主要源于超聲的空化作用,空化泡在瞬間迅速漲大并破裂,破裂時把吸收的聲場能量在極短的時間和極小的空間內(nèi)釋放出來,可形成高溫和高壓的環(huán)境,同時伴隨有強大的沖擊波和微聲流,從而破壞細胞壁結(jié)構(gòu),使其在瞬間破裂,并使植物細胞內(nèi)的有效成分得以釋放,直接進入溶劑并充分混合,以提高提取率.2.4粒徑分布的測定經(jīng)過試驗、測試,冷凍抽提和激光等離子抽提中,赤桉木片溶出粒子的特征見表2.經(jīng)過冷凍抽提或激光等離子抽提5.0h,赤桉微/納米粒子的溶出量分別是3.050和3.196g.表2顯示,在冷凍抽提中,溶出物粒徑在18.2～32.7nm之間的粒子,體積分數(shù)為89.0%,粒徑在18.2～28.2nm之間的粒子,數(shù)量百分數(shù)為88.6%,而粒徑在220.0～531.0nm之間的粒子體積占4.7%,且數(shù)量極少;在激光等離子抽提中,粒徑在11.7～18.2nm之間的粒子,體積分數(shù)為92.3%,粒徑在11.7～18.2nm之間的粒子,數(shù)量百分數(shù)為96.5%,而粒徑220.0～396.0nm之間的粒子體積占1.6%,且數(shù)量極少.經(jīng)對比發(fā)現(xiàn),冷凍預(yù)處理、激光等離子抽提均能降低赤桉木材微/納米粒子的集聚程度,也可提高微/納米粒子的溶出量,其中激光等離子抽提的效果最佳.3粒子數(shù)量對吸收劑用量的影響(1)在索氏抽提過程中,溶出量隨赤桉木片抽提時間延長而增大;以體積分數(shù)為評價指標時,溶出的微/納米粒子直徑主要集中在37.8～106nm,體積分數(shù)為60.27%;以數(shù)量百分數(shù)為評價指標時,溶出的微/納米粒子直徑主要集中在28.2～91.3nm,數(shù)量百分數(shù)為83.68%;抽提1.5,3.5和4.0h時溶出粒徑為4150.0～5560.0nm、4150.0～5560.0nm、1110.0～6440.0nm的粒子數(shù)量極少,其體積分數(shù)僅分別為0.3%,0.3%,2.6%,但足以對藥劑的滲透和擴散產(chǎn)生屏障,對制漿過程樹脂的溶出產(chǎn)生一定的影響.(2)超聲波抽提過程中,粒徑在28.2～78.8nm之間的粒子,體積分數(shù)為80.1%;粒徑在24.4～50.7nm之間的粒子,數(shù)量百分數(shù)為89.0%;而粒徑在190.0～396.0nm之間的粒子體積占4.4%,且數(shù)量極少.冷凍抽提過程中,粒徑在18.2～32.7nm之間的粒子,體積分數(shù)為89.0%;粒徑在18.2～28.2nm之間的粒子,數(shù)量百分數(shù)為88.6%;而粒徑在220