四種柑橘屬植物精油的抗炎特性研究

四種柑橘屬植物精油的抗炎特性研究四種柑橘屬植物精油的抗炎特性研究四種柑橘屬植物精油的抗炎特性研究摘要柑橘在中國廣泛種植，并被大量應(yīng)用于食品、化妝品、個(gè)人洗護(hù)產(chǎn)品行業(yè)。在這項(xiàng)研究中，以水蒸氣蒸餾提取的四種不同柑橘屬植物果皮精油——橙子（C.sinensis），檸檬（C.limon），葡萄柚（C.paradisi）和柑橘（C.reticulate）為研究對(duì)象。使用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）表征四種柑橘果皮精油的化學(xué)組成，總共鑒定出了61種化合物。其中D-檸檬烯是最豐富的組成成分，它在三種柑橘精油組成成分中含量最高，橙子果皮精油（94.097%）、柑橘果皮精油（86.660%）、檸檬果皮精油（49.144%），但葡萄柚果皮精油中含量最高的成分是Triacetin，其含量為30.437%，D-檸檬烯只占17.957%，排名第三。此外，四種精油的共同成分是D-檸檬烯（17.957-94.097％），γ-萜品烯（0.029-6.376％），β-月桂烯（0.297-5.463％），芳樟醇（0.201-2.965％）和α-蒎烯（0.196-2.918％）。在抗氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果中，所有四種精油都顯示出良好的DPPH自由基清除活性，但均有所不同。為了進(jìn)一步研究抗炎活性，在對(duì)TPA誘導(dǎo)建立的小鼠耳腫脹模型以不同濃度的柑橘精油給藥后取耳組織切片染色處理，結(jié)果顯示，他們通過顯著下調(diào)COX-2，TNF-α，IL-6和p65的表達(dá)而顯示出良好的抗炎作用，其中柑橘和橙子精油綜合來說甚至比布洛芬具有更好的效果。這些結(jié)果表明，來自柑橘的不同種類的精油可能具有良好的生物活性，這是一種理想的抗炎天然藥物，并且可以被認(rèn)為可以替代具有更大副作用的其他藥物。關(guān)鍵詞：柑橘，精油，清除自由基活性，抗炎活性AbstractCitrusiswidelygrowninChinaandiswidelyusedinfood,cosmeticsandpersonalcareproducts.Inthisstudy,fourdifferentcitrusfruits,C.sinensis,C.limon,C.paradisiandC.reticulate,wereextractedbysteamdistillation.Gaschromatography-massspectrometry(GC-MS)wasusedtocharacterizethechemicalcompositionoffourcitruspeelessentialoils,andatotalof61compoundswereidentified.Amongthem,D-limoneneisthemostabundantcomponent,andithasthehighestcontentamongthethreecitrusessentialoilcomponents,namely,C.sinensis（94.097%）,C.reticulate（86.660%）,andC.limon（49.144%）.However,thehighestcontentofC.paradisiessentialoilisTriacetin(30.437%),andD-limoneneonlyaccountsfor17.957%.Inaddition,theircommonandmaincomponentsareD-limonene(17.957-94.097%),γ-terpinene(0.029-6.376%),β-myrcene(0.297-5.463%),linalool(0.201-2.965%),andα-Pineene(0.196-2.918%).Intheantioxidantexperimentresults,allfouressentialoilsshoweddifferentandgoodDPPHfreeradicalscavengingactivities.Forfurtherstudy,eartissuesectionswerestainedwithdifferentconcentrationsofcitrusessentialoilafterTPA-inducedmouseearswellingmodel.Theresultsshowedthattheysignificantlydown-regulatedtheexpressionofCOX-2,TNF-α,IL-6pandp65showedgoodanti-inflammatoryeffects,andevensomeofthemhadbettereffectsthanibuprofen.Theseresultsindicatethatdifferenttypesofessentialoilsfromcitrusmayhavegoodbiologicalactivity,whichisanidealanti-inflammatorynaturaldrugandcanbeconsideredasanalternativetootherdrugswithgreatersideeffects.Keywords:citrus,essentialoil,freeradicalscavengingactivity,anti-inflammatoryactivity目錄摘要 表格1所示，綜合來看，四種精油的常見化合物是D-檸檬烯（17.957-94.097％），γ-萜品烯（0.029-6.376％），β-月桂烯（0.297-5.463％），芳樟醇（0.201-2.965％）和α-Pine烯（0.196-2.918％）。含量最豐富的化合物是D-檸檬烯，它在橙子果皮精油中的含量為94.097％，而在柑橘果皮精油中的含量為86.66％，檸檬果皮精油中的含量為49.144％，在葡萄柚果皮精油中的含量為17.957%。D-檸檬烯是自然界中最常見的萜烯之一，它是橙子，檸檬，柑橘，酸橙和葡萄柚等幾種柑橘精油中的主要成分，在食品法規(guī)中通常被認(rèn)為是安全調(diào)味劑的，可以在常見的食品中找到，例如果汁，軟飲料，烘焙食品，冰淇淋和布丁。大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證明D-檸檬烯體內(nèi)毒性相當(dāng)?shù)?，并確定d-檸檬烯不會(huì)對(duì)人類造成致突變，致癌或腎毒性風(fēng)險(xiǎn)，而在人類給藥實(shí)驗(yàn)中，d-檸檬烯在單次和重復(fù)給藥長達(dá)一年后表現(xiàn)出低毒性，但就作為食品添加劑來說，D-檸檬烯的低毒性毋庸置疑。D-檸檬烯還可作為膽固醇的優(yōu)良溶劑，已被臨床用于溶解含膽固醇的膽結(jié)石，由于D-檸檬烯能中和胃酸、增強(qiáng)胃蠕動(dòng)，它也被用于緩解胃灼熱。α-蒎烯在在檸檬果皮精油中的含量為2.918%，在柑橘果皮精油中的含量為1.476%，橙子果皮精油中的含量為0.771%，在葡萄柚果皮精油中的含量為0.196%，相比于D-檸檬烯的含量來說非常少，關(guān)于α-蒎烯抗炎活性方面的研究也并不多，但近年來有一些與α-蒎烯抗腫瘤活性相關(guān)研究，在黑色素腫瘤細(xì)胞模型小鼠中以100μL濃度為10mg/mLα-蒎烯通過腹腔內(nèi)注射給藥，12天治療后計(jì)數(shù)黑色素結(jié)節(jié)，結(jié)果表明，用α-蒎烯全身治療的小鼠相比空白對(duì)照組顯示肺腫瘤結(jié)節(jié)明顯減少，即α-蒎烯具有抗黑色素瘤活性，具有誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡的巨大潛力[46]。周期蛋白依賴性激酶CDK（cyclin-dependentkinases）通過對(duì)絲氨酸/蘇氨酸蛋白的化學(xué)作用驅(qū)動(dòng)細(xì)胞周期，每種CDK結(jié)合不同類型的周期蛋白cyclin形成復(fù)合物即CDC協(xié)同作用，調(diào)節(jié)細(xì)胞從G1期過渡到S期或G2期過渡到M期以及退出M期的進(jìn)程，相關(guān)研究結(jié)果表明，在裸鼠模型腫瘤細(xì)胞中α-蒎烯可抑制細(xì)胞周期從G2期向M期的轉(zhuǎn)變，即α-蒎烯能通過誘導(dǎo)癌細(xì)胞細(xì)胞周期停滯起抗腫瘤作用[47]。β-蒎烯在葡萄柚、柑橘、檸檬、橙子等果皮精油中的含量分別為0.518%、0.472%、0.122%、0.043%。β-蒎烯在芳香植物精油中非常常見，但作為β-蒎烯單獨(dú)生物活性的研究極其少，但在其作為主要成分的個(gè)別植物精油如樟科植物精油中，這類植物精油往往顯示出對(duì)神經(jīng)作用的干擾及治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)的疾病，如癲癇、恐懼、悲傷和抑郁方面的潛力。近期一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究中使用樟科植物精油通過對(duì)幾種與神經(jīng)系統(tǒng)有關(guān)疾病的動(dòng)物模型進(jìn)行腹腔注射，結(jié)果顯示以β-蒎烯和芳樟醇為主要化合物的樟科植物精油在100和300mg/Kg劑量下顯示出抗抑郁活性及鎮(zhèn)靜活性[48]。關(guān)于β-蒎烯單體抗氧化活性、抑菌能力、抗炎癥能力方面目前并無研究，體外研究中，β-蒎烯對(duì)癌細(xì)胞株沒有產(chǎn)生顯著的影響[49]。β-月桂烯在檸檬、橙子、柑橘、葡萄柚等果皮精油中的含量分別為1.982%、5.463%、0.297%、1.780%。單萜β-月桂烯經(jīng)常在各種植物精油成分中被發(fā)現(xiàn)，在食品和軟飲料的生產(chǎn)，酒精飲料以及化妝品，肥皂和洗滌劑的生產(chǎn)中廣泛用作調(diào)味添加劑。同時(shí)它還具有許多藥理作用，如鎮(zhèn)痛，抗炎和抗氧化作用。在構(gòu)建的腦組織氧化和組織學(xué)損傷小鼠模型中，使用200mg/kg的β-月桂烯治療10天，結(jié)果顯示，缺血再灌注腦損傷正常情況下通過硫代巴比妥酸反應(yīng)性物質(zhì)（TBARS）形成的增加和抗氧化防御系統(tǒng)物質(zhì)的減少來誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，此類物質(zhì)包括谷胱甘肽（GSH），過氧化氫酶，谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）和超氧化物歧化酶（SOD），然而在以β-月桂治療的實(shí)驗(yàn)組中發(fā)現(xiàn)β-月桂能通過誘導(dǎo)GSH，GPx和SOD的顯著增加以及TBARS形成的顯著減少來保護(hù)免受缺血再灌注的氧化作用；此外，受損大腦會(huì)顯示出增加腦組織中組織病理學(xué)損傷和腦細(xì)胞凋亡的發(fā)生率等神經(jīng)退行性作用，得益于其強(qiáng)大的抗氧化和清除自由基的特性，β-月桂烯在實(shí)驗(yàn)研究中除了表現(xiàn)出對(duì)受損大腦的保護(hù)作用，對(duì)于退行性消除作用方面也有顯著作用等[50]。另外，β-月桂烯在小鼠胃潰瘍實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校?月桂烯以7.50mg/kg的劑量通過口服進(jìn)行治療，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該實(shí)驗(yàn)組小鼠胃和十二指腸病變顯著減少、胃粘液產(chǎn)生增加，即具有重要的抗?jié)兓钚訹51]，但關(guān)于其抗炎活性方面的研究極少。γ-萜品烯在柑橘、檸檬、葡萄柚、橙子等果皮精油中的含量分別為6.376%、0.745%、0.326%、0.029%。γ-萜品烯是各種植物精油中常見的單萜烯烴，有證據(jù)表明γ-萜品烯可以延緩亞油酸引起的過氧化反應(yīng)，且這種抗氧化機(jī)制與維生素E的抗氧化作用機(jī)制完全不同。維生素E在高濃度下成為促氧化劑，但單獨(dú)加大維生素E的濃度并不能達(dá)到更好的抗氧化效果，研究顯示γ-萜品烯的過氧化作用產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物對(duì)傘花烴作為以氫過氧基為載體的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)中唯一的有機(jī)產(chǎn)物能在短時(shí)間內(nèi)與以亞油?；^氧基為鏈載物的鏈?zhǔn)竭^氧化反應(yīng)快速反應(yīng)達(dá)到γ-萜品烯對(duì)亞油酸引起的過氧化的延遲作用，因此在食用脂質(zhì)中添加含有γ-萜品烯的精油可能為增強(qiáng)其氧化作用提供了一種替代或補(bǔ)充策略，提高穩(wěn)定性和延長保質(zhì)期[52]。同時(shí)在動(dòng)物模型的脂質(zhì)代謝中，使用γ-萜品烯治療組中的總膽固醇和甘油三酯濃度經(jīng)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著降低。抗炎活性方面，雖然目前沒有針對(duì)γ-萜品烯單體的研究，但近幾年一篇關(guān)于佛手柑精油抗炎活性的文章中，其精油顯示出抑制一氧化氮和前列腺素E2，腫瘤壞死因子-α（TNF-α），白細(xì)胞介素IL-1β和IL-6等產(chǎn)生的能力，而其中檸檬烯（52.44％）和γ-萜品烯（28.41％）是佛手柑精油中的的主要成分，即γ-萜品烯極有可能是精油抗炎活性的活性成分[53]。芳樟醇在葡萄柚、檸檬、橙子、柑橘等果皮精油中的含量分別為2.965%、2.784%、0.511%、0.201%。芳樟醇是一種單萜，在芳香植物精油的主要成分被發(fā)現(xiàn)，其中許多在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)系統(tǒng)中用作催眠鎮(zhèn)靜劑，芳樟醇神經(jīng)方面的藥理學(xué)體內(nèi)評(píng)價(jià)顯示該化合物在中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有劑量依賴性顯著的鎮(zhèn)靜作用，包括催眠，抗驚厥和低溫特性。在含有芳樟醇的精油中經(jīng)常存在另一類單萜酯乙酸芳樟酯，在大鼠水腫炎癥模型以口服全身給藥后，芳樟醇與乙酸芳樟酯均誘導(dǎo)水腫減輕，但等摩爾劑量的乙酸芳樟酯對(duì)局部水腫的影響具有一定的延遲性，顯示乙酸芳樟酯具有典型前藥行為，因此芳樟醇及其乙酸鹽有顯著的抗炎活性作用[54]。其他相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，芳樟醇在各種植物精油抗炎活性中起主要作用，且同時(shí)在鎮(zhèn)痛方面有顯著效果，能大大增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)體的抗傷害能力。近幾年研究人員發(fā)現(xiàn)了芳樟醇對(duì)前列腺癌細(xì)胞的抑制作用成劑量依賴性和時(shí)間依賴性，顯示出芳樟醇在抗癌方面的潛力，尤其在抗前列腺癌方向。橙子果皮精油中含量前十的化合物有D-檸檬烯（94.097%）、β-月桂烯（1.982%）、α-蒎烯（0.771%）、檜烯（0.572%）、芳樟醇（0.511%）、癸醛（0.222%）、3-蒈烯（0.172%）、檸檬醛（0.098%）、α-松油醇（0.085%）、D-香芹酮（0.056%）。除四種精油成分分析中五種共同化合物以外，檜烯、癸醛、3-蒈烯、檸檬醛、α-松油醇、D-香芹酮作為橙子果皮精油中含量較多的化合物均在之前的柑橘屬精油成分研究中出現(xiàn)，其中檸檬醛、α-松油醇兩種化合物有過抗炎活性方面的研究報(bào)道，至于其余化合物，有部分研究證明了它們?cè)谝志矫娴淖饔?，但其它生物活性?bào)道目前還沒有。檸檬果皮精油中含量前十的化合物為D-檸檬烯（49.144%）、檸檬醛（9.543%）、順式-檸檬醛（8.338%）、β-月桂烯（5.463%）、桉葉油醇（3.554%）、α-蒎烯（2.918%）、芳樟醇（2.784%）、乙酸松油酯（1.815%）、鄰-異丙基苯（1.434%）、γ-松油烯（0.745%）。在順式-檸檬醛、桉葉油醇、乙酸松油酯、鄰-異丙基苯、γ-松油烯中，桉葉油醇和γ-松油烯有大量單體活性研究，桉葉油醇在各類植物精油中廣泛存在，其單體在抗炎活性方面廣受關(guān)注，而γ-松油烯有很多抗氧化方面的研究報(bào)道，尤其是降低脂質(zhì)氧化方面。在葡萄柚果皮精油中含量前十的化合物為三醋精（30.437%）、α-己基肉桂醛（19.970%）、D-檸檬烯（17.957%）、芳樟醇（2.965%）、β-蒎烯（0.518%）、γ-松油烯（0.326%）、β-月桂烯（0.297%）、丁香酚（0.235%）、檸檬醛（0.205%）、α-蒎烯（0.196%）。除共同化合物外，其中的丁香酚目前有很多的單體活性研究，在抗炎、抗氧化方面都有顯著效果。但與其他三種精油成分不同，結(jié)果顯示葡萄柚果皮精油中最多的化合物是三醋酸甘油酯，而含量第二的組分為α-己基肉桂醛，再次是D-檸檬烯。根據(jù)對(duì)比幾年來同樣采用水蒸氣蒸餾的葡萄柚果皮精油組成成分：檸檬烯占優(yōu)勢（91.5-88.6％）、其余β-蒎烯（0.8-1.2％），芳樟醇（1.1-0.7％），α-萜品烯（0.7-1.0％）和其他次要組分，三醋酸甘油酯（C9H14O6）高達(dá)30.437％的含量并不正常，α-己基肉桂醛（C15H20O）的存在同樣不符合葡萄柚果皮精油中的常規(guī)組成，即使精油組成成分會(huì)隨采摘季節(jié)、成熟階段、同種植物生長環(huán)境不同而略有偏差，但這次的葡萄柚精油成分分析較異常，可能是植物采摘收集階段意外因素導(dǎo)致成分轉(zhuǎn)變或者提取后因保管不當(dāng)精油成分經(jīng)外界其他物質(zhì)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)變。柑橘果皮精油中含量前十的化合物是D-檸檬烯（86.660%）、γ-松油烯（6.376%）、β-月桂烯（1.780%）、α-蒎烯（1.476%）、α-Terpinolene（0.526%）、β-蒎烯（0.472%）、α-松油醇α-Terpineol（0.440%）、(-)-4-萜品醇(-)-4-Terpineol（0.282%）、α-松油烯a-Terpinene（0.215%）、水芹烯α-Phellandrene（0.208%）。其中α-松油醇在在相關(guān)報(bào)道中表現(xiàn)出抗炎、抑菌、抗驚厥、鎮(zhèn)痛等生物活性，而水芹烯相關(guān)單體研究除了鎮(zhèn)痛等防傷害作用外，還能誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。事實(shí)上，本研究中鑒定的化合物種類及其四種精油的百分含量不同，除了α-蒎烯，β-蒎烯，β-月桂烯，D-檸檬烯，γ-萜品烯和芳樟醇等四種精油含有的共同化合物，每種精油的組成化合物均各不相同，更不用說每種精油中組成成分的比例差異。因此，他們的生物活動(dòng)不可能完全一樣。研究和比較它們?cè)诳寡谆钚苑矫娴牟町愂欠浅Ｖ匾腫54,55]。表格SEQ表格\*ARABIC1 四種柑橘精油的GCMS分析序號(hào)Compounds中文名保留時(shí)間相對(duì)含量%C.sinensisC.limonC.paradisiC.reticulata11,6-Octadiene,5,7-dimethyl-,(R)-/isocitronellene異香茅烯923-0.387--2α-Pineneα-蒎烯9650.7712.9180.1961.4763Camphene莰烯10260.0040.126--4(-)-trans-Pinane-1220-0.069--5sabenene檜烯12750.572-0.1060.0336β-Pineneβ-蒎烯14450.0430.1220.5180.4727β-Myrceneβ-月桂烯20401.9825.4630.2971.7808Bicyclo[3.1.0]hex-2-ene,2-methyl-5-(1-methylethyl)--10120.1059α-Phellandrene水芹烯10120.053--0.20810Carene3-蒈烯10210.172112-Carene2-蒈烯1029-0.183-0.04712a-Terpineneα-松油烯10300.21513α-Terpinolene-10300.52614o-Cymene鄰-異丙基苯1048-1.4340.165-15Eucalyptol桉葉油醇1074-3.554--16D-Limonene(+)-檸檬烯107694.09749.14417.95786.66017β-ocimene羅勒烯11010.0240.097-0.05818γ-Terpineneγ-松油烯11850.0290.7450.3266.37619Cyclohexene,3-methyl-6-(1-methylethylidene)--23150.00420Cyclohexene環(huán)己烯3125-0.147--21Terpinolene萜品油烯32990.032--22Linalool芳樟醇11030.5112.7842.9650.20123trans-p-Mentha-2,8-dienol-1140-0.199--24

cis-limonene-oxide-1174-0.602--25(+)-(E)-Limoneneoxide氧化檸檬烯1187-0.221--26(-)-4-Terpineol(-)-4-萜品醇1859--0.28227Terpinen-4-ol4-萜烯醇18590.00328α-Terpineolα-松油醇12000.0850.344-0.44029Decanal癸醛12090.22230(-)-cis-Isopiperitenol-1242-0.237--31(Z)-Geraniol香葉醇1251--0.143-32Carveol香芹醇12720.0160.069--33(Z)-2,6-Octadienal,3,7-dimethyl--1292--0.134-34cis-citral順式-檸檬醛1303-8.338--35D-carvoneD-香芹酮13250.056--0.03536Citral檸檬醛15910.0989.5430.205-37trans-cinnamaldehyde

反式肉桂醛1758-0.198--38Terpilene松油烯2723-0.084--39anethole茴香腦32360.06640Estragole草蒿腦33200.00541Triacetin三醋精1441--30.4370.08242

α-terpinyl

acetate乙酸松油酯14491.815--43a-Terpinen-1465-0.691--44Eugenol丁香酚1529--0.23545Geranylacetate乙酸香葉酯1869-0.184--46γ-Muurolene-13940.04447Bicyclo[4.4.0]dec-1-ene,2-isopropyl-5-methyl-9-methylene--14080.05248(-)-β-elemene欖香烯1408-0.265-0.02749Caryophyllene石竹烯14760.02150cis-Thujopsene(-)-羅漢柏烯1536--0.194-51cis-β-Farnesene順-β-金合歡烯15650.01152α-Farneseneα-金合歡烯15040.00653GermacreneD大根香葉烯15160.02154d-Cadinened-杜松烯15720.04755α-Hexylcinnamaldehydeα-己基肉桂醛1926--19.9700.044561-(4-Hydroxy-3-methoxyphenyl)tetradec-4-en-3-one-2294--0.123-5713-Docosenamide-22710.197Total/%98.98190.20173.96999.3293.2精油的抗氧化活性DPPH測定廣泛用于定量評(píng)估各種精油的抗氧化活性。為了更直接地指示精油的抗氧化能力，本研究選擇了一種常見的抗氧化劑作為對(duì)照[56,57]。如REF_Ref8648633\h圖片1不同柑橘屬植物精油的DPPH自由基清除活性中所示的DPPH的結(jié)果，所有四種精油都表現(xiàn)出很大的抗氧化活性。但是，很明顯葡萄柚（IC50,0.77％）具有最佳的抗氧化性能，而橙子（13.9％）具有最差的抗氧化性,并且柑橘油的IC50值為4.92％，檸檬的IC50值為10.35％。由3.1的精油分析結(jié)果可以知道，橙子精油中含有最豐富的D-檸檬烯（94.097%），其次是柑橘（86.660%），檸檬（49.144%），葡萄柚（17.957%），由此可見，D-檸檬烯并不具有優(yōu)越的抗氧化活性，根據(jù)四種精油GC-MS結(jié)果分析，在六個(gè)共同化合物中，β-蒎烯在葡萄柚、柑橘、檸檬、橙子等果皮精油中的含量分別為0.518%、0.472%、0.122%、0.043%，與抗氧化實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，雖然文獻(xiàn)目前沒有就β-蒎烯單體的抗氧化活性作出明確證明，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，β-蒎烯有潛力成為優(yōu)秀的抗氧化劑。且相比另外三種柑橘果皮精油，在葡萄柚精油中含量最多α-己基肉桂醛（19.970%），而其中特有的組分丁香酚（0.235%）、羅漢柏烯（0.194%）、橙花醇（0.143%）、(Z)-2,6-Octadienal,3,7-dimethyl-（0.134%）、檜烯（0.106%）中丁香酚及橙花醇都有良好的抗氧化能力，且α-己基肉桂醛的相似結(jié)構(gòu)化合物肉桂醛廣泛分布在植物精油中且具有顯著的抗氧化作用。但植物精油中的活性成分即使所占比例非常小也會(huì)產(chǎn)生非常大的活性影響，四種精油抗氧化能力的好壞并不能單單憑文獻(xiàn)已知化合物的抗氧化活性而確定，同樣也不能因?yàn)槟撤N成分所占的含量高而確定該成分的抗氧化能力。總之，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使四種精油的抗氧化能力有差異，但四種精油具有良好的抗氧化性能，因此初步判斷四種精油可能具有良好的抗炎作用，從而進(jìn)一步深入研究。圖片SEQ圖片\*ARABIC1不同柑橘屬植物精油的DPPH自由基清除活性3.3精油的抗炎活性正如所料，所有四種精油都顯示出優(yōu)異的抗炎作用，表現(xiàn)為積分光密度如圖3,4所示。一種常見的抗炎藥物布洛芬用作對(duì)照組。顯然，葡萄柚果皮精油對(duì)降低COX2的表達(dá)水平效果最好，柑橘果皮精油對(duì)TNF-α的表達(dá)抑制效果最好，兩者均有效于布洛芬。而橙子果皮精油對(duì)p65的作用效果最好，這四種油雖然具有抗炎作用，但對(duì)p65的作用不如布洛芬那么好[41,58]。四種精油中的共同化合物α-蒎烯，芳樟醇均能通過抑制傷害性刺激誘導(dǎo)的炎性浸潤和COX-2過表達(dá)而表現(xiàn)出顯著的抗炎和鎮(zhèn)痛作用[59]。而葡萄柚精油中含量遠(yuǎn)超其余精油的α-己基肉桂醛（19.970%）的結(jié)構(gòu)相似化合物肉桂醛具有優(yōu)越的抗炎解熱效果，相關(guān)報(bào)道顯示肉桂醛可顯著逆轉(zhuǎn)IL-1β誘導(dǎo)的前列腺素E2（PGE2）產(chǎn)生增加，同時(shí)，在肉桂醛的作用下mPGES-1和COX-2的表達(dá)水平顯著下降[60]。根據(jù)REF_Ref8648953\h圖片3（A）中葡萄柚遠(yuǎn)超其余精油、對(duì)照藥物的優(yōu)良表現(xiàn)，說明α-己基肉桂醛是葡萄柚精油降低COX2的關(guān)鍵。在五種共同化合物中，柑橘果皮精油中γ-萜品烯含量最高為6.376%，且在近年一篇文獻(xiàn)中，γ-萜品烯（28.41％）曾作為佛手柑精油中的主要成分，顯示出抑制一氧化氮和前列腺素E2，腫瘤壞死因子-α（TNF-α），白細(xì)胞介素IL-1β和IL-6的產(chǎn)生等能力[53],且柑橘精油中的特有化合物α-Terpinolene（0.526%）、(-)-4-萜品醇（0.282%）、檜烯（0.033%）、α-松油烯（0.215%）、13-Docosenamide（0.197%）、Bicyclo[3.1.0]hex-2-ene,2-methyl-5-(1-methylethyl)-（0.105%）、茴香腦（0.066%）、欖香烯（0.027%）中，均有研究證明對(duì)TNF-α有抑制作用，抗炎作用顯著[61、62]。因此，綜合來說，柑橘精油相比其余精油在REF_Ref8648953\h圖片3（B）中表現(xiàn)更好，甚至優(yōu)于對(duì)照布洛芬組。涂TPA后，小鼠的耳厚度和相關(guān)病理指標(biāo)會(huì)增加，所以如果藥物具有抗炎作用，它會(huì)減少。如REF_Ref8649058\h圖片2中a所示，沒有布洛芬或精油，用TAP治療的小鼠的耳水腫非常嚴(yán)重[63]。然而，當(dāng)用布洛芬或精油治療時(shí)，這種情況被大大阻止了，如REF_Ref8649058\h圖片2中b-f所示，并且一些精油甚至可能比布洛芬更好。此外，炎癥細(xì)胞因子如TNF-α，COX2，IL-6和p65在多種炎癥的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用。如REF_Ref8648953\h圖片3和REF_Ref8649028\h圖片4所示，TPA可以顯著增加小鼠耳組織中炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。但在布洛芬治療后，四種炎性細(xì)胞因子的表達(dá)迅速下降，四種精油也是如此。這些結(jié)果進(jìn)一步強(qiáng)烈表明四種精油具有抗炎作用?？寡姿幬锶源嬖谠S多問題，例如胃腸道窘迫，腎衰竭和心力衰竭。因此，尋找安全有效的抗炎藥仍然是許多學(xué)者普遍關(guān)注的問題，這四種柑橘油可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇[64]。圖片SEQ圖片\*ARABIC2小鼠耳部組織切片，顯示了表皮，真皮和軟骨層（放大倍數(shù)×200）a(TPA),b(布洛芬),c(橙子),d(檸檬),e(葡萄柚),f(柑橘)圖片SEQ圖片\*ARABIC3 (A)COX-2染色(B)TNF-α染色（放大倍數(shù)×200）(C)與TPA組的統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)比*p≤0.05，與TPA顯著不同圖片SEQ圖片\*ARABIC4 (D)IL-6染色(E)p65染色（放大倍數(shù)×200）(F)與TPA組的統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)比*p≤0.05，與TPA顯著不同4結(jié)論從柑橘屬物種中提取的四種精油包括橙子精油，檸檬精油，葡萄柚精油和柑橘精油，顯示出抗炎生物活性，可以替代一些具有副作用的抗炎藥物[65]。從GC-MS的結(jié)果來看，橙子精油，檸檬精油，葡萄柚精油和柑橘精油GC-MS分析結(jié)果中分別有27種，29種，16種和21種化合物，常見的化合物是α-蒎烯，β-蒎烯，β-月桂烯，D-檸檬烯，γ-萜品烯和芳樟醇，然而其中，主要物質(zhì)是D-檸檬烯。葡萄柚精油具有最佳的DPPH自由基清除能力（IC50,0.77％），其次是柑橘（4.92％），檸檬（10.35％）和橙子（13.9％）。通過顯著下調(diào)COX-2，TNF-α，IL-6和p65的表達(dá)，葡萄柚果皮精油對(duì)降低COX2的表達(dá)水平具有最佳效果，柑橘果皮精油對(duì)TNF-α的表達(dá)具有最佳抑制作用，橙子果皮精油對(duì)p65的效果最好，綜合來說，柑橘和橙子果皮精油兩者都比布洛芬更有效。

固定管板式換熱器設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)方案簡介1.1概述精油香薰的應(yīng)用在我國歷史久遠(yuǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)能力的提高，國內(nèi)精油市場需求增大，同時(shí)精油提取設(shè)備的市場也進(jìn)一步擴(kuò)大；另一方面，植物精油作為國內(nèi)各高校、研究所的研究熱點(diǎn)，在精油提取方面采用不同獲取方式，一部分包含在精油市場中，另一部分則由研究人員自行提取。在提取方法上，傳統(tǒng)意義上包括壓榨法、水蒸氣蒸餾法和溶劑浸取法，更具有技術(shù)手段的則為超臨界萃取法和亞臨界水提取法。水蒸氣蒸餾因等方面的優(yōu)點(diǎn)，無論在精油生產(chǎn)工業(yè)中或者實(shí)驗(yàn)研究提取方面都廣受青睞。目前市場在售的實(shí)驗(yàn)室使用中小型水蒸氣蒸餾提取設(shè)備主要由提取罐，回流冷凝器，回流冷卻器，芳香油收集器，提取罐過濾器，列管式加熱器，蒸發(fā)器，回收冷凝器，回收冷卻器，收集罐，不銹鋼機(jī)架及連接管閥件、儀表等組成?；亓骼淠魇菗Q熱設(shè)備中的一種，在化工、制藥、機(jī)械等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，而在水蒸氣蒸餾設(shè)備中其作用是將因受熱從植物細(xì)胞中釋放的隨水蒸氣揮發(fā)的芳香性物質(zhì)變?yōu)橐簯B(tài)。換熱器的類型按傳熱方式的不同可分為：混合式、蓄熱式和間壁式，間壁式換熱器應(yīng)用最廣泛。各類換熱器中，列管式換熱器又稱管殼式換熱器設(shè)計(jì)資料比較完備，在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)各領(lǐng)域工業(yè)設(shè)備中列管式換熱器具有高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性。列管式換熱器根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又可分為固定管板式、浮頭式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五類。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)書1.2.1任務(wù)安排1、處理能力：水蒸氣餾出物： 65kg/h 冷卻水流量： 900kg/h2、設(shè)備形式：列管式換熱器操作條件：（1）蒸氣餾出物：100℃冷凝為飽和液體（2）冷卻介質(zhì)：冷卻水，入口溫度25℃1.3選擇換熱器類型物料溫度密度粘度比熱容導(dǎo)熱系數(shù)攝氏度kg10kw1水蒸氣餾出100（t1）958.40.2834.2200.6832冷卻水25（T1）9970.9034.1790.6091、根據(jù)設(shè)計(jì)要求的水蒸氣餾出流量65kg/h已知100℃時(shí)水蒸氣的蒸發(fā)潛熱r=2250.8KJ/kg2、熱負(fù)荷Q根據(jù)Q可得T所以冷卻水的定性溫度為T3、兩流體溫差t由計(jì)算結(jié)果可知：55.55℃約等于50℃假設(shè)選用殼體上設(shè)置膨脹節(jié)的固定管板式換熱器，如REF_Ref8656937\h圖1所示圖SEQ圖\*ARABIC1固定管板式換熱器1.3固定管板式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1.3.1優(yōu)點(diǎn)1、旁路滲流較小；2、鍛件使用較少，造價(jià)低；3、無內(nèi)漏；4、傳熱面積比浮頭式換熱器大20%~30%；5、污垢系數(shù)低，檢修、清洗方便，產(chǎn)品適用面廣。1.3.2缺點(diǎn)1、殼體和管壁的溫差較大，殼體和管子壁溫差t≤70℃，當(dāng)t≥50℃時(shí)必須在殼體上設(shè)置膨脹節(jié)；2、易產(chǎn)生溫差力，管板與管頭之間易產(chǎn)生溫差應(yīng)力而損壞；3、殼程無法機(jī)械清洗；4、管子腐蝕后連同殼體報(bào)廢，設(shè)備壽命較低；1.3.3固定管板式換熱器的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)固定管板式換熱器由管箱、殼體、管板、管子等零部件組成，其結(jié)構(gòu)較緊湊，排管較多，在相同直徑下面積較大，制造較簡單。固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是在殼體中設(shè)置有管束，管束兩端用焊接或脹接的方法將管子固定在管板上，兩端管板直接和殼體焊接在一起，殼程的進(jìn)出口管直接焊在殼體上，管板外圓周和封頭法蘭用螺栓緊固，管程的進(jìn)出口管直接和封頭焊在一起，管束內(nèi)根據(jù)換熱管的長度設(shè)置了若干塊折流板，這種換熱器管程可以用隔板分成任何程數(shù)。1.4固定管板式換熱器的結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)原理：固定管板式換熱器管程和殼程中，流過不同溫度的流體，通過熱交換完成換熱。當(dāng)兩流體的溫度差較大時(shí)，為了避免較高的溫差應(yīng)力，通常在殼程的適當(dāng)位置上，增加一個(gè)補(bǔ)償圈（膨脹節(jié)）。當(dāng)殼體和管束熱膨脹不同時(shí)，補(bǔ)償圈發(fā)生緩慢的彈性變形來補(bǔ)償因溫差應(yīng)力引起的熱膨脹。2換熱器的工藝設(shè)計(jì)2.1工藝計(jì)算2.1.1流徑選擇A、選擇原則1.易結(jié)垢的流體宜選擇更容易清洗的通道，如選擇直管管束，應(yīng)該走管程，另一方面如果選擇U形管束，應(yīng)該走殼程。2.腐蝕性流體應(yīng)走管程，否則殼體和管束會(huì)同時(shí)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的腐蝕情況。3.壓力高的流體應(yīng)選擇管程，不然換熱器需要設(shè)計(jì)更為堅(jiān)固的殼體。4.如需采用提高流速的方法為增大對(duì)流傳熱系數(shù)，應(yīng)選擇走管程。5.兩流體溫差較大時(shí)，為減少熱應(yīng)力，對(duì)流傳熱系數(shù)更大的流體應(yīng)選擇殼程，利用空氣散熱。6.蒸汽冷凝如果選擇殼程，對(duì)于排出冷凝液更有利。7.粘度大或者流量小的流體為了達(dá)到湍流，應(yīng)選擇含有折流檔板的殼程。B、選擇流徑綜合水蒸氣餾出的特點(diǎn)，結(jié)合流徑選擇原則，水蒸氣餾出選擇走殼程，冷卻水走管程。2.1.2相關(guān)物性參數(shù)水蒸氣餾出的定性溫度是100℃，冷卻水的定性溫度是44.45℃，根據(jù)定性溫度，查取相關(guān)物性參數(shù)如REF_Ref8657097\h表1所示：表SEQ表\*ARABIC1物性殼程（水蒸氣餾出）管程（冷卻水）符號(hào)數(shù)據(jù)符號(hào)數(shù)據(jù)密度kg/m3ρh958.4ρc990.2比熱容KJ/(kg·K)Cρh4.22Cρc4.174粘度10-3Pa·Sμh0.283μc0.601導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)λh0.683λc0.642進(jìn)口溫度℃t1100T125出口溫度℃t2100T263.902.1.3傳熱平均溫度差的計(jì)算在本設(shè)計(jì)的傳熱中，換熱器管壁一側(cè)的流體從出口到入口有了溫度變化，稱為變溫傳熱，在這個(gè)過程中，沿傳熱面溫度差是變化的，所以我們需要極速三處傳熱過程中的平均溫差???計(jì)算得到?2.1.4計(jì)算傳熱面積根據(jù)水蒸氣蒸餾精油提取冷凝類似使用冷卻水冷凝水蒸氣冷凝，因此在管殼式換熱器K值中選擇傳熱系數(shù)K計(jì)=1450[W/(m2·℃)]則估算的傳熱面積為：A=2.1.5計(jì)算工藝結(jié)構(gòu)尺寸（1）管徑和管內(nèi)流速我國目前適用的管殼式換熱器系列標(biāo)準(zhǔn)中僅有換熱管規(guī)格為：?19mm×2mm ?25mm×2.5mm，由于本設(shè)計(jì)估算傳熱面積較小所以本設(shè)計(jì)選用?25mm×2.5mm規(guī)格管徑。流體在殼程或管程中的流速增大，不僅對(duì)流傳熱系數(shù)增大，也可減少雜質(zhì)沉積，但相應(yīng)的，管內(nèi)的流體阻力也會(huì)相應(yīng)增加，所以在換熱器設(shè)計(jì)中，通常會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取適宜的流速，一般會(huì)根據(jù)不同黏度液體在列管換熱器中的流速經(jīng)驗(yàn)范圍選取，此次設(shè)計(jì)由于兩側(cè)流體均為水，黏度范圍為<1mPa·S,因此取管內(nèi)速度為1.0m/s（2）管程數(shù)和換熱管數(shù)根據(jù)換熱管內(nèi)徑和流速確定單程傳熱管數(shù)ns：由公式V=有n已知冷卻水消耗量mc=900kg/h=0.25kg/s，則V=因此，n我國規(guī)定有1、2、4、6、8、10、12七種程數(shù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇1根按單程管計(jì)算，所需傳熱管長度為L=管程數(shù)：N其中L即為單程換熱器計(jì)算出來的傳熱管長度6.711m，l為我們選取的管子長度，在我國，無縫鋼管長度系列有1.5、2、3、4.5、6、7.5、9、12m現(xiàn)在選取l為1.5m，則N則傳熱管總數(shù)為NT=ns×Np=5根，排列如REF_Ref8657234\h圖SEQ圖\*ARABIC2（3）平均傳熱溫差校正及殼程數(shù)R=0T=即選用單管程、單殼程更合適2.1.6殼體內(nèi)徑取中心距a=1.25d0，則a=1.25×25=31.25mm因此取a為32mm，隔板中心到離其最近的管子中心距離S為：S=則各相鄰管的管心距t：t=2S=44mm采用單管程結(jié)構(gòu)，取管板利用率η=0.70，則殼體內(nèi)徑為：D=1.05a因此選擇殼體內(nèi)徑120mm2.1.7折流板本次設(shè)計(jì)采用單弓形折流板，取弓形折流板的圓缺高度為殼體內(nèi)徑的1/4，則h為h=0.25D=0.25×取折流板間距B=0.50D=45mm，這里取則折流板的數(shù)目為N=但是根據(jù)實(shí)際接管的位置及布局，最終取N=150塊。3.5.7接管1、管程接管公稱直徑DN取接管內(nèi)冷卻水的流速為u1d按照教材P129附表3-8，取公稱直徑DN=18mm可選接管的規(guī)格為2、殼程接管公稱直徑DN取接殼程出口液體流速為u2d按照教材P129附表3-8，取公稱直徑DN=7mm可選冷軋接管的規(guī)格為取接殼程進(jìn)口氣體流速為u2=1.d按照教材P129附表3-8，取公稱直徑DN=199mm3換熱器核算3.1熱流量核算1、管程外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)a0用克恩法計(jì)算：a當(dāng)量直徑,按正三角形排列計(jì)算：d殼程流通截面積：S殼體流速和雷諾數(shù)分別為：uR普朗特系數(shù)查得：P粘度校正(μμa2、管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)αi（無相變?chǔ)疗渲?，n=0.4（管內(nèi)流體被加熱）。管程流速和雷諾數(shù)分別為：uR普朗特系數(shù)：P則：α3、污垢熱阻和管壁熱阻可取管外側(cè)污垢熱阻：R管內(nèi)側(cè)污垢熱阻：R管壁熱阻，碳鋼的熱導(dǎo)率為λw=49.00W/(mR4、傳熱總系數(shù)KC為：K算得K5、傳熱面積裕度傳熱面積AC為：A該換熱器的實(shí)際換熱面積為：A則該換熱器的面積裕度為：H=傳熱面積裕度在15%~25%之間，較為合適，該換熱器能夠完成生產(chǎn)任務(wù)。3.2壁溫核算按最不利的條件計(jì)算，即取兩側(cè)污垢熱阻為零計(jì)算，熱力學(xué)平衡公式為Q=熱流體的換熱面積為：A冷流體的換熱面積為：A1、傳熱管壁溫TTTt2、殼體壁溫與傳熱管壁溫之差為?該溫差不大，不需要設(shè)置膨脹節(jié)。3.3換熱器內(nèi)流體的流動(dòng)阻力3.3.1管程阻力?Pt?式中：殼程數(shù)Ns=1，管程數(shù)Np=5，取管程結(jié)構(gòu)校正因素Fs=1.5由Re=5299.024>2000，可得摩擦系數(shù)λ流速：u所以：???則管程總壓降：?管程流體阻力在允許范圍之內(nèi)。3.3.2殼程阻力?Ps?式中：殼程數(shù)Ns=1，殼程結(jié)構(gòu)校正因素Fs=1.01、流體流經(jīng)管束的阻力?式中：管子排列形式影響（三角形）F=1，折流板數(shù)目NB=150N殼程流通面積：S殼程流體橫過管束的最小流速：uR殼程流體摩擦因子f0f因此流體流過管束的阻力為：?2、流體流過折流板缺口的阻力ΔP總阻力：?

4換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果4.1計(jì)算結(jié)果到此換熱器的工藝計(jì)算告一段落，其中工藝計(jì)算的主要目的是計(jì)算出其換熱面積，選出相應(yīng)的換熱器型式，其計(jì)算結(jié)果如REF_Ref8657377\h表2所示：表SEQ表\*ARABIC2換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和計(jì)算結(jié)果參數(shù)管程（冷卻水）水）殼程（蒸氣餾出物）流率/(kg/h)90065進(jìn)/出口溫度/℃25.0/63.9100.0/100.0壓力/MPa0.1500.200物性定性溫度/℃44.45100.0密度/(kg/m2)990.2958.4定壓比熱容/[kJ/(kg·K)]4.1744.22粘度/(Pa·s)0.601×10-30.283×10-3熱導(dǎo)率/[W/(m·K)]0.6420.683普朗特系數(shù)3.9071.749設(shè)備機(jī)構(gòu)參數(shù)形式固定管板式臺(tái)數(shù)1殼體內(nèi)徑/mm90殼程數(shù)5管徑/mmΦ25×2.5管心距/mm32管長/mm6711管子排列正三角形管數(shù)目/根5折流板數(shù)/個(gè)150傳熱面積/m22.238折流板間距/mm45管程數(shù)1材質(zhì)碳鋼主要計(jì)算結(jié)果管程殼程流速/(m/s)0.16080.0213表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)/[(W(m2·K)]1214.357805.208污垢熱阻/(m2·K/W)0.34394×10-30.17197×10-3阻力/Pa604.48576.558熱流量J/s40639.44傳熱溫差/K53.201傳熱系數(shù)/[(W(m2·K)]341.314裕度/﹪17.694.2符號(hào)說明表SEQ表\*ARABIC3符號(hào)說明符號(hào)名稱表示單位符號(hào)名稱表示單位B折流板間距mC系數(shù)d管徑mD換熱器外殼內(nèi)徑mf摩擦因數(shù)F系數(shù)h圓缺高度mK總傳熱系數(shù)W/(m2·℃)L管長mm程數(shù)n指數(shù)，管數(shù)，量程N(yùn)管數(shù)，程數(shù)NB折流板數(shù)Nu努賽爾特準(zhǔn)數(shù)P壓力，因數(shù)PaPr普朗特準(zhǔn)數(shù)h熱流體i管內(nèi)m因數(shù)o管外s污垢q熱通量W/m2Q傳熱速率Wr半徑，汽化熱m，kJ/kgR熱阻℃/WRe雷諾準(zhǔn)數(shù)S傳熱面積m2T冷流體溫度，管心距℃，mt熱流體溫度℃u流速m/sα對(duì)流傳熱系數(shù)W/(m2·℃)Δ有限差值λ導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·℃)μ粘度Pa·sρ密度kg/m2ψ校正系數(shù)，下標(biāo)c冷流

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