24 种植物提取液的除臭性能研究*

肖立平 张 胜 陈伟波 刘雄杰

（1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2.湖南海鸥环保科技有限公司，湖南 长沙 410200）

生活垃圾产生的恶臭气体对人们的健康与环境会造成极大的不利影响[1]。除臭剂的开发具有广阔的市场空间。目前，市场上主要除臭产品中的活性物质以戊二醛、硫酸铜、三嗪类化合物等合成化学品居多，对人体的刺激性大，且不符合国家双碳目标要求。我国森林类型多样，植物种类繁多[2]，应用植物提取液进行除臭，不仅绿色环保，而且还能产生巨大的经济价值。近年来，林产化学工业的发展极大地促进了森林植物资源的应用[3]。其中，以植物作为除臭原料因其对人体刺激性小而逐渐受到人们的关注。槟榔果[4]、松树叶[5-6]、洋甘菊[7]、侧柏叶[8]、芦苇叶[9]、葡萄籽[10]、金银花[11]、鱼腥草[12]、桑叶[13]、续断[14]、青蒿[14]、川芎[15]、当归[15]、黄连[16]、黄柏[17-18]、绿茶[19]、板栗内壳[20-21]、陈皮[22]、蒲公英[18]、甘草[23]、苦参[16]、银杏叶[24]、桂花[11]、丁香[25]都具有较好的除臭效果。然而，大部分除臭效果还只是基于感官的评判，缺乏客观的量化依据。

我国颁布的CJT 516—2017《生活垃圾除臭剂技术要求》中指出，氨气和硫化氢是恶臭气体中最重要的标识物。为了验证文献报道的24种植物提取液除臭效果，本研究根据该标准自制了检测氨气和硫化氢清除率的装置，并对上述植物提取液清除氨气和硫化氢的效果进行验证，以期为开发植物型除臭剂提供理论依据和研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料

松树叶、洋甘菊、侧柏叶、金银花、鱼腥草、桑叶、续断、川芎、当归、黄连、青蒿、黄柏、绿茶、陈皮、蒲公英、甘草、苦参、银杏叶、桂花、丁香购于中药店；槟榔果、芦苇叶、板栗、葡萄籽均为网购。

槟榔果、松树叶、芦苇叶、葡萄籽、板栗、洋甘菊、侧柏叶、金银花、鱼腥草、桑叶、续断、川芎、当归、黄连、青蒿、黄柏、绿茶、陈皮、蒲公英、甘草、苦参、银杏叶、桂花、丁香经湖南食品药品职业学院陈玉秀副教授鉴定分别为棕榈科植物槟榔（Areca catechuL.）的成熟种子、松科植物松树（Pinus species）叶、禾本科植物芦苇（Phragmites australiasTrin）叶、葡萄科植物葡萄（Vitis viniferaL.）籽、壳斗科植物板栗树（Castanea mollissima）果实、菊科植物洋甘菊（Matricaria recutita）和柏科植物侧柏[PLatycladus orientalis(L.)Franco]的干燥枝梢和叶、忍冬科植物忍冬（Lonicera japonicaThunb.）的干燥花蕾、三白草科植物岑草（HouttuyniacordataThunb）全草、桑科植物桑（Morus albaL.）的干燥叶、川续断科植物川续断（Dipsacus asper Wall.Ex Henry）的干燥根、伞形科植物川芎（Ligusticum chuanxiong Hort）的干燥根茎、伞形科植物当归[Angelica sinensis(Oliv.)Diels]的干燥根、毛茛科植物黄连（Coptis chinensisFranch.）的根茎、菊科植物黄花蒿（Artemisia annuaL.）地上干燥部分、芸香科植物黄皮树（Phellodendron chinense Schneid.）的干燥树皮、山茶科植物茶树（Camellia sinensis）的干燥叶、芸香科植物橘（Citri Reticulatae Pericarpium）的干燥成熟果皮、菊科植物蒲公英（Taraxacum mongolicumHand.Mazz）的干燥全草、豆科甘草属植物甘草（Glycyrrhizae Radix et Rhizoma）的干燥根和根茎、豆科槐属植物苦参（Sophora flavescensAlt.）的干燥根、银杏科植物银杏（Ginkgo bilobea）的干燥叶、木犀科木犀属植物金桂（Osmanthus fragrans）的干燥花蕾、桃金娘科植物丁香（Eugenia caryophyllataThunb.）的干燥花蕾。

氨水，分析纯，西陇化工股份有限公司；浓硫酸，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；硫化亚铁，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；铝箔气体采样袋（5 L），大连海得科技有限公司；气泡吸收管，10 mL，深圳市创道实验科技公司。

1.2 设备

氨气检测器（ADKS-1），常州艾科思电子科技有限公司；可计量气体采样泵（B1），常州爱德克斯管理有限公司；硫化氢检测器（ADKS-4），常州艾科思电子科技有限公司；超声清洗器（JM-15D-45），深圳市洁盟清洗设备有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 植物提取液的制备

分别称量植物原料10 g样品，量取130 mL去离子水置于具塞锥形瓶中。超声提取20 min，超声频率设置为80 Hz，提取完后过滤即得植物提取液。

1.3.2 氨气清除率测试

用注射器吸取氨水液面上方的气体5 mL，注入气体采集袋内；再用气体采样泵吸入5 L空气至气体收集袋内，通过氨气检测器调节氨气浓度至70~99 mg/L（具体定浓度以实际测量为主），记录并作为氨气的初始浓度。样品溶液装入气泡吸收管内，如图1所示，将气体收集袋、气体采样泵、气泡吸收管、氨气检测器用橡皮管进行连接，搭建成除氨性能测试装置。启动氨气检测器和气体采样泵（流速为0.5 L/min），由于从气体吸收至平衡有一定时间，因此需记录气体采样泵开启后15、30 s和60 s的读数，重复3次，计算清除率平均值和标准差。测定去离子水对氨气的清除率作为阴性对照，以同样体积的样品溶液对氨气的清除率进行测定。氨气清除率（%）按下式计算：式中：C0为氨气初始浓度，mg/L；C1为通过样品溶液60 s后氨气浓度，mg/L。

图1 清除氨气/硫化氢性能测试装置示意图Fig. 1 Schematic diagram of ammonia removal performance test device

1.3.3 硫化氢清除率测试

取7.5 g硫化亚铁固体颗粒（适当敲碎以增加反应速率）于1 000 mL抽滤瓶中，加入100 g质量分数为9.8%的硫酸水溶液，反应5 min后，用注射器吸取合成的硫化氢气体5 mL，注入气体采集袋内；再用气体采样泵吸入5 L空气至气体收集袋内，通过硫化氢检测器调节硫化氢浓度至70~99 mg/L（具体定浓度以实际测量为主），记录为处理前硫化氢浓度。

将10 mL样品溶液置于10 mL的气泡吸收管内，按图1搭建硫化氢性能测试装置，将图中的氨气检测器改为硫化氢检测器。

启动硫化氢检测器和气体采样泵（流速为0.5 L/min），同样记录气体采样泵开启后15、30 s和60 s的读数，重复3次，计算清除率平均值和标准差。测定10 mL样品溶液对硫化氢的清除率，以同样体积的去离子水作为阴性对照。按下式计算硫化氢清除率（%）：

式中：C0为处理前硫化氢气体浓度，mg/L；C1为处理后硫化氢气体浓度，mg/L。

2 结果与分析

2.1 植物提取液清除氨气效果

氨气在水中的溶解度较大，100 g水能溶解49.567 g氨气[26]。因此必须排除水对天然产物清除氨气效果的影响。先测定10、5 mL和1 mL水对定浓度氨气的清除效果，结果见表1。

表1 10 mL去离子水对氨气的清除率(n=3)Tab.1 Removal rate of ammonia gas by 10 mL deionized water(n=3)

根据结果可知，60 s后10 mL和5mL去离子水对氨气的平均清除率分别为88.44%和61.80%，会对样品测试造成较大的干扰。相比而言，1 mL去离子水对氨气的平均清除率为3.82%，对样品测试结果影响较小，故测试采用1 mL提取液进行。

表2 5 mL去离子水对氨气的清除率(n=3)Tab.2 Removal rate of ammonia gas by 5 mL deionized water(n=3)

表3 1mL去离子水对氨气的清除率(n=3)Tab.3 Removal rate of ammonia gas by 1 mL deionized water(n=3)

1 mL植物提取液样品对定浓度氨气的清除率如表4所示。由数据可知，大部分植物提取液均有一定的清除氨气的效果。根据CJT 516—2017要求，植物型除臭剂对氨气的清除率需大于70%。符合该要求的有蒲公英提取液、槟榔果提取液、续断提取液、黄连提取液、桂花提取液、洋甘菊提取液、银杏叶提取液、甘草提取液、绿茶提取液、青蒿提取液。其中，青蒿提取液对氨气的清除率大于80%。1 mL青蒿提取液在60 s内对氨气的平均清除率达到85.54%，在研究对象中除臭效果为最好。

表4 植物提取液对氨气的清除率(n=3)Tab.4 Removal rate of ammonia from plant extract(n=3)

（续表4）

根据文献报道，青蒿含有较多的倍半萜、香豆素、黄酮等类别的化学成分[27-28]。如图2所示，其成分中的倍半萜结构含有羧基，部分香豆素和黄酮结构中还含有酚羟基 （图3和图4）。这些官能团均呈酸性，易与氨结合反应成盐，因而有利于青蒿提取液对氨气的清除。

图2 青蒿中倍半萜成分结构Fig. 2 Composition structure of sesquiterpenes in Artemisia annua L.

图3 青蒿中香豆素成分结构Fig. 3 Composition and structure of coumarin in Artemisia annua L.

图4 青蒿中黄酮成分结构Fig. 4 Composition structure of flavonoids in Artemisia annua L.

2.2 植物提取液清除硫化氢效果

硫化氢在水中溶解度较小。测定10 mL水对定浓度硫化氢的清除效果，结果见表5。10 mL去离子水在60 s内对硫化氢的平均清除率为1.46%，故采取10 mL提取液测试，以排除水对硫化氢的影响。

表5 10mL去离子水对硫化氢的清除率(n=3)Tab.5 Removal rate of hydrogen sulfide by 10 mL deionized water(n=3)

10 mL天然产物样品对定浓度硫化氢的清除率如表6 所示。由数据可知，天然植物提取液对硫化氢的清除效果均不理想，60 s内对硫化氢平均清除率大于10%的天然产物有槟榔果提取液（11.79%）、丁香提取液（11.28%）和青蒿提取液（10.46%）。根据CJT 516—2017 要求，植物型除臭剂对硫化氢的清除率需大于70%，以上24 种天然产物均未达到该要求。

表6 植物提取液对硫化氢的清除率(n=3)Tab.6 Removal rate of hydrogen sulfide by plant extract(n=3)

硫化氢是还原性的化学物质，而上述植物提取液的化学成分具有抗氧化性[29]，因而导致其硫化氢清除效果不理想。

（续表6）

3 结论

1） 几乎所有测试的植物提取液均有一定的氨气清除效果。其中，青蒿提取液的清除效果为最优，在60 s内，1 mL青蒿提取液对氨气的清除率可达85.54%，符合CJT 516—2017要求。

2） 测试的植物提取液对硫化氢的清除效果均不理想。其中，以槟榔果提取液的清除效果为最优，在60 s内，10 mL槟榔果提取液对硫化氢的平均清除率为11.79%。

3） 在开发除臭产品时，应考虑这些植物提取液对氨气和硫化氢的清除效果，从而进行配方优化。