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四种柑橘属植物精油的抗炎特性研究四种柑橘属植物精油的抗炎特性研究四种柑橘属植物精油的抗炎特性研究摘要柑橘在中国广泛种植,并被大量应用于食品、化妆品、个人洗护产品行业。在这项研究中,以水蒸气蒸馏提取的四种不同柑橘属植物果皮精油——橙子(C.sinensis),柠檬(C.limon),葡萄柚(C.paradisi)和柑橘(C.reticulate)为研究对象。使用气相色谱-质谱(GC-MS)表征四种柑橘果皮精油的化学组成,总共鉴定出了61种化合物。其中D-柠檬烯是最丰富的组成成分,它在三种柑橘精油组成成分中含量最高,橙子果皮精油(94.097%)、柑橘果皮精油(86.660%)、柠檬果皮精油(49.144%),但葡萄柚果皮精油中含量最高的成分是Triacetin,其含量为30.437%,D-柠檬烯只占17.957%,排名第三。此外,四种精油的共同成分是D-柠檬烯(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%)。在抗氧化实验结果中,所有四种精油都显示出良好的DPPH自由基清除活性,但均有所不同。为了进一步研究抗炎活性,在对TPA诱导建立的小鼠耳肿胀模型以不同浓度的柑橘精油给药后取耳组织切片染色处理,结果显示,他们通过显著下调COX-2,TNF-α,IL-6和p65的表达而显示出良好的抗炎作用,其中柑橘和橙子精油综合来说甚至比布洛芬具有更好的效果。这些结果表明,来自柑橘的不同种类的精油可能具有良好的生物活性,这是一种理想的抗炎天然药物,并且可以被认为可以替代具有更大副作用的其他药物。关键词: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目录摘要 表格1所示,综合来看,四种精油的常见化合物是D-柠檬烯(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%)。含量最丰富的化合物是D-柠檬烯,它在橙子果皮精油中的含量为94.097%,而在柑橘果皮精油中的含量为86.66%,柠檬果皮精油中的含量为49.144%,在葡萄柚果皮精油中的含量为17.957%。D-柠檬烯是自然界中最常见的萜烯之一,它是橙子,柠檬,柑橘,酸橙和葡萄柚等几种柑橘精油中的主要成分,在食品法规中通常被认为是安全调味剂的,可以在常见的食品中找到,例如果汁,软饮料,烘焙食品,冰淇淋和布丁。大量的动物实验研究证明D-柠檬烯体内毒性相当低,并确定d-柠檬烯不会对人类造成致突变,致癌或肾毒性风险,而在人类给药实验中,d-柠檬烯在单次和重复给药长达一年后表现出低毒性,但就作为食品添加剂来说,D-柠檬烯的低毒性毋庸置疑。D-柠檬烯还可作为胆固醇的优良溶剂,已被临床用于溶解含胆固醇的胆结石,由于D-柠檬烯能中和胃酸、增强胃蠕动,它也被用于缓解胃灼热。α-蒎烯在在柠檬果皮精油中的含量为2.918%,在柑橘果皮精油中的含量为1.476%,橙子果皮精油中的含量为0.771%,在葡萄柚果皮精油中的含量为0.196%,相比于D-柠檬烯的含量来说非常少,关于α-蒎烯抗炎活性方面的研究也并不多,但近年来有一些与α-蒎烯抗肿瘤活性相关研究,在黑色素肿瘤细胞模型小鼠中以100μL浓度为10mg/mLα-蒎烯通过腹腔内注射给药,12天治疗后计数黑色素结节,结果表明,用α-蒎烯全身治疗的小鼠相比空白对照组显示肺肿瘤结节明显减少,即α-蒎烯具有抗黑色素瘤活性,具有诱导癌细胞凋亡的巨大潜力[46]。周期蛋白依赖性激酶CDK(cyclin-dependentkinases)通过对丝氨酸/苏氨酸蛋白的化学作用驱动细胞周期,每种CDK结合不同类型的周期蛋白cyclin形成复合物即CDC协同作用,调节细胞从G1期过渡到S期或G2期过渡到M期以及退出M期的进程,相关研究结果表明,在裸鼠模型肿瘤细胞中α-蒎烯可抑制细胞周期从G2期向M期的转变,即α-蒎烯能通过诱导癌细胞细胞周期停滞起抗肿瘤作用[47]。β-蒎烯在葡萄柚、柑橘、柠檬、橙子等果皮精油中的含量分别为0.518%、0.472%、0.122%、0.043%。β-蒎烯在芳香植物精油中非常常见,但作为β-蒎烯单独生物活性的研究极其少,但在其作为主要成分的个别植物精油如樟科植物精油中,这类植物精油往往显示出对神经作用的干扰及治疗中枢神经系统相关的疾病,如癫痫、恐惧、悲伤和抑郁方面的潜力。近期一项实验研究中使用樟科植物精油通过对几种与神经系统有关疾病的动物模型进行腹腔注射,结果显示以β-蒎烯和芳樟醇为主要化合物的樟科植物精油在100和300mg/Kg剂量下显示出抗抑郁活性及镇静活性[48]。关于β-蒎烯单体抗氧化活性、抑菌能力、抗炎症能力方面目前并无研究,体外研究中,β-蒎烯对癌细胞株没有产生显着的影响[49]。β-月桂烯在柠檬、橙子、柑橘、葡萄柚等果皮精油中的含量分别为1.982%、5.463%、0.297%、1.780%。单萜β-月桂烯经常在各种植物精油成分中被发现,在食品和软饮料的生产,酒精饮料以及化妆品,肥皂和洗涤剂的生产中广泛用作调味添加剂。同时它还具有许多药理作用,如镇痛,抗炎和抗氧化作用。在构建的脑组织氧化和组织学损伤小鼠模型中,使用200mg/kg的β-月桂烯治疗10天,结果显示,缺血再灌注脑损伤正常情况下通过硫代巴比妥酸反应性物质(TBARS)形成的增加和抗氧化防御系统物质的减少来诱导氧化应激,此类物质包括谷胱甘肽(GSH),过氧化氢酶,谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和超氧化物歧化酶(SOD),然而在以β-月桂治疗的实验组中发现β-月桂能通过诱导GSH,GPx和SOD的显着增加以及TBARS形成的显着减少来保护免受缺血再灌注的氧化作用;此外,受损大脑会显示出增加脑组织中组织病理学损伤和脑细胞凋亡的发生率等神经退行性作用,得益于其强大的抗氧化和清除自由基的特性,β-月桂烯在实验研究中除了表现出对受损大脑的保护作用,对于退行性消除作用方面也有显著作用等[50]。另外,β-月桂烯在小鼠胃溃疡实验模型中,β-月桂烯以7.50mg/kg的剂量通过口服进行治疗,实验结果显示,该实验组小鼠胃和十二指肠病变显着减少、胃粘液产生增加,即具有重要的抗溃疡活性[51],但关于其抗炎活性方面的研究极少。γ-萜品烯在柑橘、柠檬、葡萄柚、橙子等果皮精油中的含量分别为6.376%、0.745%、0.326%、0.029%。γ-萜品烯是各种植物精油中常见的单萜烯烃,有证据表明γ-萜品烯可以延缓亚油酸引起的过氧化反应,且这种抗氧化机制与维生素E的抗氧化作用机制完全不同。维生素E在高浓度下成为促氧化剂,但单独加大维生素E的浓度并不能达到更好的抗氧化效果,研究显示γ-萜品烯的过氧化作用产生的代谢产物对伞花烃作为以氢过氧基为载体的链式反应中唯一的有机产物能在短时间内与以亚油酰基过氧基为链载物的链式过氧化反应快速反应达到γ-萜品烯对亚油酸引起的过氧化的延迟作用,因此在食用脂质中添加含有γ-萜品烯的精油可能为增强其氧化作用提供了一种替代或补充策略,提高稳定性和延长保质期[52]。同时在动物模型的脂质代谢中,使用γ-萜品烯治疗组中的总胆固醇和甘油三酯浓度经统计学显著降低。抗炎活性方面,虽然目前没有针对γ-萜品烯单体的研究,但近几年一篇关于佛手柑精油抗炎活性的文章中,其精油显示出抑制一氧化氮和前列腺素E2,肿瘤坏死因子-α(TNF-α),白细胞介素IL-1β和IL-6等产生的能力,而其中柠檬烯(52.44%)和γ-萜品烯(28.41%)是佛手柑精油中的的主要成分,即γ-萜品烯极有可能是精油抗炎活性的活性成分[53]。芳樟醇在葡萄柚、柠檬、橙子、柑橘等果皮精油中的含量分别为2.965%、2.784%、0.511%、0.201%。芳樟醇是一种单萜,在芳香植物精油的主要成分被发现,其中许多在传统医学系统中用作催眠镇静剂,芳樟醇神经方面的药理学体内评价显示该化合物在中枢神经系统具有剂量依赖性显着的镇静作用,包括催眠,抗惊厥和低温特性。在含有芳樟醇的精油中经常存在另一类单萜酯乙酸芳樟酯,在大鼠水肿炎症模型以口服全身给药后,芳樟醇与乙酸芳樟酯均诱导水肿减轻,但等摩尔剂量的乙酸芳樟酯对局部水肿的影响具有一定的延迟性,显示乙酸芳樟酯具有典型前药行为,因此芳樟醇及其乙酸盐有显著的抗炎活性作用[54]。其他相关研究发现,芳樟醇在各种植物精油抗炎活性中起主要作用,且同时在镇痛方面有显著效果,能大大增强实验体的抗伤害能力。近几年研究人员发现了芳樟醇对前列腺癌细胞的抑制作用成剂量依赖性和时间依赖性,显示出芳樟醇在抗癌方面的潜力,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-柠檬烯(94.097%)、β-月桂烯(1.982%)、α-蒎烯(0.771%)、桧烯(0.572%)、芳樟醇(0.511%)、癸醛(0.222%)、3-蒈烯(0.172%)、柠檬醛(0.098%)、α-松油醇(0.085%)、D-香芹酮(0.056%)。除四种精油成分分析中五种共同化合物以外,桧烯、癸醛、3-蒈烯、柠檬醛、α-松油醇、D-香芹酮作为橙子果皮精油中含量较多的化合物均在之前的柑橘属精油成分研究中出现,其中柠檬醛、α-松油醇两种化合物有过抗炎活性方面的研究报道,至于其余化合物,有部分研究证明了它们在抑菌方面的作用,但其它生物活性报道目前还没有。柠檬果皮精油中含量前十的化合物为D-柠檬烯(49.144%)、柠檬醛(9.543%)、顺式-柠檬醛(8.338%)、β-月桂烯(5.463%)、桉叶油醇(3.554%)、α-蒎烯(2.918%)、芳樟醇(2.784%)、乙酸松油酯(1.815%)、邻-异丙基苯(1.434%)、γ-松油烯(0.745%)。在顺式-柠檬醛、桉叶油醇、乙酸松油酯、邻-异丙基苯、γ-松油烯中,桉叶油醇和γ-松油烯有大量单体活性研究,桉叶油醇在各类植物精油中广泛存在,其单体在抗炎活性方面广受关注,而γ-松油烯有很多抗氧化方面的研究报道,尤其是降低脂质氧化方面。在葡萄柚果皮精油中含量前十的化合物为三醋精(30.437%)、α-己基肉桂醛(19.970%)、D-柠檬烯(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%)、柠檬醛(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单体活性研究,在抗炎、抗氧化方面都有显著效果。但与其他三种精油成分不同,结果显示葡萄柚果皮精油中最多的化合物是三醋酸甘油酯,而含量第二的组分为α-己基肉桂醛,再次是D-柠檬烯。根据对比几年来同样采用水蒸气蒸馏的葡萄柚果皮精油组成成分:柠檬烯占优势(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%)和其他次要组分,三醋酸甘油酯(C9H14O6)高达30.437%的含量并不正常,α-己基肉桂醛(C15H20O)的存在同样不符合葡萄柚果皮精油中的常规组成,即使精油组成成分会随采摘季节、成熟阶段、同种植物生长环境不同而略有偏差,但这次的葡萄柚精油成分分析较异常,可能是植物采摘收集阶段意外因素导致成分转变或者提取后因保管不当精油成分经外界其他物质诱导转变。柑橘果皮精油中含量前十的化合物是D-柠檬烯(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-松油醇在在相关报道中表现出抗炎、抑菌、抗惊厥、镇痛等生物活性,而水芹烯相关单体研究除了镇痛等防伤害作用外,还能诱导癌细胞凋亡。事实上,本研究中鉴定的化合物种类及其四种精油的百分含量不同,除了α-蒎烯,β-蒎烯,β-月桂烯,D-柠檬烯,γ-萜品烯和芳樟醇等四种精油含有的共同化合物,每种精油的组成化合物均各不相同,更不用说每种精油中组成成分的比例差异。因此,他们的生物活动不可能完全一样。研究和比较它们在抗炎活性方面的差异是非常重要的[54,55]。表格SEQ表格\*ARABIC1 四种柑橘精油的GCMS分析序号Compounds中文名保留时间相对含量%C.sinensisC.limonC.paradisiC.reticulata11,6-Octadiene,5,7-dimethyl-,(R)-/isocitronellene异香茅烯923-0.387--2α-Pineneα-蒎烯9650.7712.9180.1961.4763Camphene莰烯10260.0040.126--4(-)-trans-Pinane-1220-0.069--5sabenene桧烯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邻-异丙基苯1048-1.4340.165-15Eucalyptol桉叶油醇1074-3.554--16D-Limonene(+)-柠檬烯107694.09749.14417.95786.66017β-ocimene罗勒烯11010.0240.097-0.05818γ-Terpineneγ-松油烯11850.0290.7450.3266.37619Cyclohexene,3-methyl-6-(1-methylethylidene)--23150.00420Cyclohexene环己烯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氧化柠檬烯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香叶醇1251--0.143-32Carveol香芹醇12720.0160.069--33(Z)-2,6-Octadienal,3,7-dimethyl--1292--0.134-34cis-citral顺式-柠檬醛1303-8.338--35D-carvoneD-香芹酮13250.056--0.03536Citral柠檬醛15910.0989.5430.205-37trans-cinnamaldehyde

反式肉桂醛1758-0.198--38Terpilene松油烯2723-0.084--39anethole茴香脑32360.06640Estragole草蒿脑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乙酸香叶酯1869-0.184--46γ-Muurolene-13940.04447Bicyclo[4.4.0]dec-1-ene,2-isopropyl-5-methyl-9-methylene--14080.05248(-)-β-elemene榄香烯1408-0.265-0.02749Caryophyllene石竹烯14760.02150cis-Thujopsene(-)-罗汉柏烯1536--0.194-51cis-β-Farnesene顺-β-金合欢烯15650.01152α-Farneseneα-金合欢烯15040.00653GermacreneD大根香叶烯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测定广泛用于定量评估各种精油的抗氧化活性。为了更直接地指示精油的抗氧化能力,本研究选择了一种常见的抗氧化剂作为对照[56,57]。如REF_Ref8648633\h图片1不同柑橘属植物精油的DPPH自由基清除活性中所示的DPPH的结果,所有四种精油都表现出很大的抗氧化活性。但是,很明显葡萄柚(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值为4.92%,柠檬的IC50值为10.35%。由3.1的精油分析结果可以知道,橙子精油中含有最丰富的D-柠檬烯(94.097%),其次是柑橘(86.660%),柠檬(49.144%),葡萄柚(17.957%),由此可见,D-柠檬烯并不具有优越的抗氧化活性,根据四种精油GC-MS结果分析,在六个共同化合物中,β-蒎烯在葡萄柚、柑橘、柠檬、橙子等果皮精油中的含量分别为0.518%、0.472%、0.122%、0.043%,与抗氧化实验结果一致,虽然文献目前没有就β-蒎烯单体的抗氧化活性作出明确证明,但从实验结果来看,β-蒎烯有潜力成为优秀的抗氧化剂。且相比另外三种柑橘果皮精油,在葡萄柚精油中含量最多α-己基肉桂醛(19.970%),而其中特有的组分丁香酚(0.235%)、罗汉柏烯(0.194%)、橙花醇(0.143%)、(Z)-2,6-Octadienal,3,7-dimethyl-(0.134%)、桧烯(0.106%)中丁香酚及橙花醇都有良好的抗氧化能力,且α-己基肉桂醛的相似结构化合物肉桂醛广泛分布在植物精油中且具有显著的抗氧化作用。但植物精油中的活性成分即使所占比例非常小也会产生非常大的活性影响,四种精油抗氧化能力的好坏并不能单单凭文献已知化合物的抗氧化活性而确定,同样也不能因为某种成分所占的含量高而确定该成分的抗氧化能力。总之,实验结果表明,即使四种精油的抗氧化能力有差异,但四种精油具有良好的抗氧化性能,因此初步判断四种精油可能具有良好的抗炎作用,从而进一步深入研究。图片SEQ图片\*ARABIC1不同柑橘属植物精油的DPPH自由基清除活性3.3精油的抗炎活性正如所料,所有四种精油都显示出优异的抗炎作用,表现为积分光密度如图3,4所示。一种常见的抗炎药物布洛芬用作对照组。显然,葡萄柚果皮精油对降低COX2的表达水平效果最好,柑橘果皮精油对TNF-α的表达抑制效果最好,两者均有效于布洛芬。而橙子果皮精油对p65的作用效果最好,这四种油虽然具有抗炎作用,但对p65的作用不如布洛芬那么好[41,58]。四种精油中的共同化合物α-蒎烯,芳樟醇均能通过抑制伤害性刺激诱导的炎性浸润和COX-2过表达而表现出显著的抗炎和镇痛作用[59]。而葡萄柚精油中含量远超其余精油的α-己基肉桂醛(19.970%)的结构相似化合物肉桂醛具有优越的抗炎解热效果,相关报道显示肉桂醛可显着逆转IL-1β诱导的前列腺素E2(PGE2)产生增加,同时,在肉桂醛的作用下mPGES-1和COX-2的表达水平显着下降[60]。根据REF_Ref8648953\h图片3(A)中葡萄柚远超其余精油、对照药物的优良表现,说明α-己基肉桂醛是葡萄柚精油降低COX2的关键。在五种共同化合物中,柑橘果皮精油中γ-萜品烯含量最高为6.376%,且在近年一篇文献中,γ-萜品烯(28.41%)曾作为佛手柑精油中的主要成分,显示出抑制一氧化氮和前列腺素E2,肿瘤坏死因子-α(TNF-α),白细胞介素IL-1β和IL-6的产生等能力[53],且柑橘精油中的特有化合物α-Terpinolene(0.526%)、(-)-4-萜品醇(0.282%)、桧烯(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%)、茴香脑(0.066%)、榄香烯(0.027%)中,均有研究证明对TNF-α有抑制作用,抗炎作用显著[61、62]。因此,综合来说,柑橘精油相比其余精油在REF_Ref8648953\h图片3(B)中表现更好,甚至优于对照布洛芬组。涂TPA后,小鼠的耳厚度和相关病理指标会增加,所以如果药物具有抗炎作用,它会减少。如REF_Ref8649058\h图片2中a所示,没有布洛芬或精油,用TAP治疗的小鼠的耳水肿非常严重[63]。然而,当用布洛芬或精油治疗时,这种情况被大大阻止了,如REF_Ref8649058\h图片2中b-f所示,并且一些精油甚至可能比布洛芬更好。此外,炎症细胞因子如TNF-α,COX2,IL-6和p65在多种炎症的发生和发展中起重要作用。如REF_Ref8648953\h图片3和REF_Ref8649028\h图片4所示,TPA可以显着增加小鼠耳组织中炎性细胞因子的表达。但在布洛芬治疗后,四种炎性细胞因子的表达迅速下降,四种精油也是如此。这些结果进一步强烈表明四种精油具有抗炎作用。抗炎药物仍存在许多问题,例如胃肠道窘迫,肾衰竭和心力衰竭。因此,寻找安全有效的抗炎药仍然是许多学者普遍关注的问题,这四种柑橘油可能是一个不错的选择[64]。图片SEQ图片\*ARABIC2小鼠耳部组织切片,显示了表皮,真皮和软骨层(放大倍数×200)a(TPA),b(布洛芬),c(橙子),d(柠檬),e(葡萄柚),f(柑橘)图片SEQ图片\*ARABIC3 (A)COX-2染色(B)TNF-α染色(放大倍数×200)(C)与TPA组的统计学对比*p≤0.05,与TPA显着不同图片SEQ图片\*ARABIC4 (D)IL-6染色(E)p65染色(放大倍数×200)(F)与TPA组的统计学对比*p≤0.05,与TPA显着不同4结论从柑橘属物种中提取的四种精油包括橙子精油,柠檬精油,葡萄柚精油和柑橘精油,显示出抗炎生物活性,可以替代一些具有副作用的抗炎药物[65]。从GC-MS的结果来看,橙子精油,柠檬精油,葡萄柚精油和柑橘精油GC-MS分析结果中分别有27种,29种,16种和21种化合物,常见的化合物是α-蒎烯,β-蒎烯,β-月桂烯,D-柠檬烯,γ-萜品烯和芳樟醇,然而其中,主要物质是D-柠檬烯。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%),柠檬(10.35%)和橙子(13.9%)。通过显著下调COX-2,TNF-α,IL-6和p65的表达,葡萄柚果皮精油对降低COX2的表达水平具有最佳效果,柑橘果皮精油对TNF-α的表达具有最佳抑制作用,橙子果皮精油对p65的效果最好,综合来说,柑橘和橙子果皮精油两者都比布洛芬更有效。

固定管板式换热器设计1设计方案简介1.1概述精油香薰的应用在我国历史久远,随着经济能力的提高,国内精油市场需求增大,同时精油提取设备的市场也进一步扩大;另一方面,植物精油作为国内各高校、研究所的研究热点,在精油提取方面采用不同获取方式,一部分包含在精油市场中,另一部分则由研究人员自行提取。在提取方法上,传统意义上包括压榨法、水蒸气蒸馏法和溶剂浸取法,更具有技术手段的则为超临界萃取法和亚临界水提取法。水蒸气蒸馏因等方面的优点,无论在精油生产工业中或者实验研究提取方面都广受青睐。目前市场在售的实验室使用中小型水蒸气蒸馏提取设备主要由提取罐,回流冷凝器,回流冷却器,芳香油收集器,提取罐过滤器,列管式加热器,蒸发器,回收冷凝器,回收冷却器,收集罐,不锈钢机架及连接管阀件、仪表等组成。回流冷凝器是换热设备中的一种,在化工、制药、机械等领域都有广泛应用,而在水蒸气蒸馏设备中其作用是将因受热从植物细胞中释放的随水蒸气挥发的芳香性物质变为液态。换热器的类型按传热方式的不同可分为:混合式、蓄热式和间壁式,间壁式换热器应用最广泛。各类换热器中,列管式换热器又称管壳式换热器设计资料比较完备,在许多国家都有了系列化标准,同时各领域工业设备中列管式换热器具有高度的可靠性和广泛的适应性。列管式换热器根据其结构特点,又可分为固定管板式、浮头式、U形管式、填料函式和釜式重沸器五类。1.2设计任务书1.2.1任务安排1、处理能力:水蒸气馏出物: 65kg/h 冷却水流量: 900kg/h2、设备形式:列管式换热器操作条件:(1)蒸气馏出物:100℃冷凝为饱和液体(2)冷却介质:冷却水,入口温度25℃1.3选择换热器类型物料温度密度粘度比热容导热系数摄氏度kg10kw1水蒸气馏出100(t1)958.40.2834.2200.6832冷却水25(T1)9970.9034.1790.6091、根据设计要求的水蒸气馏出流量65kg/h已知100℃时水蒸气的蒸发潜热r=2250.8KJ/kg2、热负荷Q根据Q可得T所以冷却水的定性温度为T3、两流体温差t由计算结果可知:55.55℃约等于50℃假设选用壳体上设置膨胀节的固定管板式换热器,如REF_Ref8656937\h图1所示图SEQ图\*ARABIC1固定管板式换热器1.3固定管板式换热器的优缺点及结构特点1.3.1优点1、旁路渗流较小;2、锻件使用较少,造价低;3、无内漏;4、传热面积比浮头式换热器大20%~30%;5、污垢系数低,检修、清洗方便,产品适用面广。1.3.2缺点1、壳体和管壁的温差较大,壳体和管子壁温差t≤70℃,当t≥50℃时必须在壳体上设置膨胀节;2、易产生温差力,管板与管头之间易产生温差应力而损坏;3、壳程无法机械清洗;4、管子腐蚀后连同壳体报废,设备寿命较低;1.3.3固定管板式换热器的构成及结构特点固定管板式换热器由管箱、壳体、管板、管子等零部件组成,其结构较紧凑,排管较多,在相同直径下面积较大,制造较简单。固定管板式换热器的结构特点是在壳体中设置有管束,管束两端用焊接或胀接的方法将管子固定在管板上,两端管板直接和壳体焊接在一起,壳程的进出口管直接焊在壳体上,管板外圆周和封头法兰用螺栓紧固,管程的进出口管直接和封头焊在一起,管束内根据换热管的长度设置了若干块折流板,这种换热器管程可以用隔板分成任何程数。1.4固定管板式换热器的结构原理结构原理:固定管板式换热器管程和壳程中,流过不同温度的流体,通过热交换完成换热。当两流体的温度差较大时,为了避免较高的温差应力,通常在壳程的适当位置上,增加一个补偿圈(膨胀节)。当壳体和管束热膨胀不同时,补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。2换热器的工艺设计2.1工艺计算2.1.1流径选择A、选择原则1.易结垢的流体宜选择更容易清洗的通道,如选择直管管束,应该走管程,另一方面如果选择U形管束,应该走壳程。2.腐蚀性流体应走管程,否则壳体和管束会同时出现较为严重的腐蚀情况。3.压力高的流体应选择管程,不然换热器需要设计更为坚固的壳体。4.如需采用提高流速的方法为增大对流传热系数,应选择走管程。5.两流体温差较大时,为减少热应力,对流传热系数更大的流体应选择壳程,利用空气散热。6.蒸汽冷凝如果选择壳程,对于排出冷凝液更有利。7.粘度大或者流量小的流体为了达到湍流,应选择含有折流档板的壳程。B、选择流径综合水蒸气馏出的特点,结合流径选择原则,水蒸气馏出选择走壳程,冷却水走管程。2.1.2相关物性参数水蒸气馏出的定性温度是100℃,冷却水的定性温度是44.45℃,根据定性温度,查取相关物性参数如REF_Ref8657097\h表1所示:表SEQ表\*ARABIC1物性壳程(水蒸气馏出)管程(冷却水)符号数据符号数据密度kg/m3ρh958.4ρc990.2比热容KJ/(kg·K)Cρh4.22Cρc4.174粘度10-3Pa·Sμh0.283μc0.601导热系数W/(m·K)λh0.683λc0.642进口温度℃t1100T125出口温度℃t2100T263.902.1.3传热平均温度差的计算在本设计的传热中,换热器管壁一侧的流体从出口到入口有了温度变化,称为变温传热,在这个过程中,沿传热面温度差是变化的,所以我们需要极速三处传热过程中的平均温差∆∆∆计算得到∆2.1.4计算传热面积根据水蒸气蒸馏精油提取冷凝类似使用冷却水冷凝水蒸气冷凝,因此在管壳式换热器K值中选择传热系数K计=1450[W/(m2·℃)]则估算的传热面积为:A=2.1.5计算工艺结构尺寸(1)管径和管内流速我国目前适用的管壳式换热器系列标准中仅有换热管规格为:∅19mm×2mm ∅25mm×2.5mm,由于本设计估算传热面积较小所以本设计选用∅25mm×2.5mm规格管径。流体在壳程或管程中的流速增大,不仅对流传热系数增大,也可减少杂质沉积,但相应的,管内的流体阻力也会相应增加,所以在换热器设计中,通常会根据经验选取适宜的流速,一般会根据不同黏度液体在列管换热器中的流速经验范围选取,此次设计由于两侧流体均为水,黏度范围为<1mPa·S,因此取管内速度为1.0m/s(2)管程数和换热管数根据换热管内径和流速确定单程传热管数ns:由公式V=有n已知冷却水消耗量mc=900kg/h=0.25kg/s,则V=因此,n我国规定有1、2、4、6、8、10、12七种程数,根据计算结果选择1根按单程管计算,所需传热管长度为L=管程数:N其中L即为单程换热器计算出来的传热管长度6.711m,l为我们选取的管子长度,在我国,无缝钢管长度系列有1.5、2、3、4.5、6、7.5、9、12m现在选取l为1.5m,则N则传热管总数为NT=ns×Np=5根,排列如REF_Ref8657234\h图SEQ图\*ARABIC2(3)平均传热温差校正及壳程数R=0T=即选用单管程、单壳程更合适2.1.6壳体内径取中心距a=1.25d0,则a=1.25×25=31.25mm因此取a为32mm,隔板中心到离其最近的管子中心距离S为:S=则各相邻管的管心距t:t=2S=44mm采用单管程结构,取管板利用率η=0.70,则壳体内径为:D=1.05a因此选择壳体内径120mm2.1.7折流板本次设计采用单弓形折流板,取弓形折流板的圆缺高度为壳体内径的1/4,则h为h=0.25D=0.25×取折流板间距B=0.50D=45mm,这里取则折流板的数目为N=但是根据实际接管的位置及布局,最终取N=150块。3.5.7接管1、管程接管公称直径DN取接管内冷却水的流速为u1d按照教材P129附表3-8,取公称直径DN=18mm可选接管的规格为2、壳程接管公称直径DN取接壳程出口液体流速为u2d按照教材P129附表3-8,取公称直径DN=7mm可选冷轧接管的规格为取接壳程进口气体流速为u2=1.d按照教材P129附表3-8,取公称直径DN=199mm3换热器核算3.1热流量核算1、管程外表面传热系数a0用克恩法计算:a当量直径,按正三角形排列计算:d壳程流通截面积:S壳体流速和雷诺数分别为:uR普朗特系数查得:P粘度校正(μμa2、管内表面传热系数αi(无相变α其中,n=0.4(管内流体被加热)。管程流速和雷诺数分别为:uR普朗特系数:P则:α3、污垢热阻和管壁热阻可取管外侧污垢热阻:R管内侧污垢热阻:R管壁热阻,碳钢的热导率为λw=49.00W/(mR4、传热总系数KC为:K算得K5、传热面积裕度传热面积AC为:A该换热器的实际换热面积为:A则该换热器的面积裕度为:H=传热面积裕度在15%~25%之间,较为合适,该换热器能够完成生产任务。3.2壁温核算按最不利的条件计算,即取两侧污垢热阻为零计算,热力学平衡公式为Q=热流体的换热面积为:A冷流体的换热面积为:A1、传热管壁温TTTt2、壳体壁温与传热管壁温之差为∆该温差不大,不需要设置膨胀节。3.3换热器内流体的流动阻力3.3.1管程阻力∆Pt∆式中:壳程数Ns=1,管程数Np=5,取管程结构校正因素Fs=1.5由Re=5299.024>2000,可得摩擦系数λ流速:u所以:∆∆∆则管程总压降:∆管程流体阻力在允许范围之内。3.3.2壳程阻力∆Ps∆式中:壳程数Ns=1,壳程结构校正因素Fs=1.01、流体流经管束的阻力∆式中:管子排列形式影响(三角形)F=1,折流板数目NB=150N壳程流通面积:S壳程流体横过管束的最小流速:uR壳程流体摩擦因子f0f因此流体流过管束的阻力为:∆2、流体流过折流板缺口的阻力ΔP总阻力:∆

4换热器的主要结构尺寸和计算结果4.1计算结果到此换热器的工艺计算告一段落,其中工艺计算的主要目的是计算出其换热面积,选出相应的换热器型式,其计算结果如REF_Ref8657377\h表2所示:表SEQ表\*ARABIC2换热器的主要结构尺寸和计算结果参数管程(冷却水)水)壳程(蒸气馏出物)流率/(kg/h)90065进/出口温度/℃25.0/63.9100.0/100.0压力/MPa0.1500.200物性定性温度/℃44.45100.0密度/(kg/m2)990.2958.4定压比热容/[kJ/(kg·K)]4.1744.22粘度/(Pa·s)0.601×10-30.283×10-3热导率/[W/(m·K)]0.6420.683普朗特系数3.9071.749设备机构参数形式固定管板式台数1壳体内径/mm90壳程数5管径/mmΦ25×2.5管心距/mm32管长/mm6711管子排列正三角形管数目/根5折流板数/个150传热面积/m22.238折流板间距/mm45管程数1材质碳钢主要计算结果管程壳程流速/(m/s)0.16080.0213表面传热系数/[(W(m2·K)]1214.357805.208污垢热阻/(m2·K/W)0.34394×10-30.17197×10-3阻力/Pa604.48576.558热流量J/s40639.44传热温差/K53.201传热系数/[(W(m2·K)]341.314裕度/﹪17.694.2符号说明表SEQ表\*ARABIC3符号说明符号名称表示单位符号名称表示单位B折流板间距mC系数d管径mD换热器外壳内径mf摩擦因数F系数h圆缺高度mK总传热系数W/(m2·℃)L管长mm程数n指数,管数,量程N管数,程数NB折流板数Nu努赛尔特准数P压力,因数PaPr普朗特准数h热流体i管内m因数o管外s污垢q热通量W/m2Q传热速率Wr半径,汽化热m,kJ/kgR热阻℃/WRe雷诺准数S传热面积m2T冷流体温度,管心距℃,mt热流体温度℃u流速m/sα对流传热系数W/(m2·℃)Δ有限差值λ导热系数W/(m·℃)μ粘度Pa·sρ密度kg/m2ψ校正系数,下标c冷流

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