小叶榕叶水提物超频震动膜过滤工艺的研究
若水分享
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【摘要】 目的 对超频震动膜过滤和传统水提醇沉工艺的分离、浓缩效果进行考察和比较。方法 在小叶榕叶提取物的分离、纯化过程中，以相对除杂质率和总黄酮收率为指标，对截留孔径为A、B、C、D的超频震动膜进行试验考察，并与醇沉工艺效果进行比较。结果 截留孔径为B的膜最适合小叶榕叶有效成分的分离，同时配合截留孔径的脱水膜，可使分离、浓缩快捷而连续地进行。结论 在小叶榕叶的生产工艺中，超频震动膜过滤法可代替传统乙醇沉淀法及加热浓缩方法。
【关键词】 超频震动膜过滤；水提醇沉；小叶榕
Abstract:Objective To compare the effect of routine ethanol sedimentation and vibratory shear-enhanced membrane filtration processing on separating and concentrating aqueous extractives of Ficus microcarpa L.f.Method Vibratory shear enhanced membrane filtration processing was used to separate and concentrate the active ingredients, total flavonoids from aqueous extractives of Ficus microcarpa L.f.. Membranes of four different pore sizes were equipped for the filtration system to investigate the filtration flux, stability, yield of active ingredients and foreign matter removal ability. Result Membrane B showed the best performance in separating active ingredients of Ficus microcarpace from crude extracts, while membrane D could concentrate active ingredients in membrane concentration mode. Vibratory shear enhanced membrane filtration processing made separation and concentration consecutively done with remarkable superiority.Conclusion Vibratory shear enhanced membrane filtration is a good technology for replacing ethanol sedimentation and concentration in processing the extract of Ficus.microcarpa.
Key words:vibratory shear enhanced membrane filtration; ethanol sedimentation; Ficus microcarpa L.f
由于中药成分复杂，提取分离时大多要去除鞣质、蛋白质、淀粉、树脂等大分子杂质。常用的提取工艺，如醇沉、蒸馏和萃取等，杂质不易除尽，有效成分损失严重，造成药品质量不稳定，同时还消耗大量有机溶剂，成本高且污染环境。近年来，膜分离技术在中药生产工艺中已经得到了广泛应用，如中药注射剂、中药口服液、中药浸膏的制备和中药有效成分的提取等，都取得了良好的效果［1］。膜分离技术可以有效地去除杂质、保留有效成分，且对环境无污染，其优点十分明显。但膜分离技术目前的应用基本上还是静态过滤方式，膜孔易堵塞，通量会很快减少，特别是有机膜，污染严重，不易清洗，膜使用寿命短，阻碍了膜分离技术在中药生产领域的推广应用［2］。
本研究在小叶榕叶水提液的分离、浓缩过程中直接应用超频震动膜过滤技术，对超频震动膜过滤中不同截留孔径膜的分离、浓缩效果与醇沉法的效果进行了考察和比较。从结果看，该技术具有分离浓缩连续进行、工序少、周期短、效率高、成本低、能耗低、安全指数高、膜不易堵塞、膜的保存和再生工序简单等特点。
1材料与仪器
1.1材料
小叶榕叶药材和浸膏（均由广州白云山制药厂提供），芦丁对照品(中国药品生物制品检定所，批号050923)，其他试剂均为分析纯。
1.2仪器
截留相对分子量为 A、 B、 C、D的有机薄膜，孔径A＞B＞C＞D（D为脱水膜），超频震动过滤设备（由广州伟思过滤亚太技术有限公司提供），TU1810紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器公司）。
2实验方法
2.1过滤用样品液的制备
取干燥小叶榕叶置提取罐中，加8倍量水，煮提3次，滤过，合并滤液，浓缩至浸膏（每1 g相当于原药材10 g）。称取浸膏适量，加水溶解成相当于含生药量为0.1 g/mL的样品液，备用。
2.2含量测定用对照溶液的制备
精密称定干燥恒重后的芦丁对照品9.3 mg，置25 mL量瓶中，加50％（体积分数）乙醇溶解，定容至刻度，得到372 μg/mL对照品贮备溶液，备用。
2.3乙醇沉淀样品液的制备
取小叶榕叶浸膏3份，每份100 g，分别置1 000 mL容量瓶中，加热水100 mL溶解，再加乙醇至含醇量约为70％（体积分数），静置过夜，过滤除去沉淀物，用少量70％（体积分数）乙醇淋洗沉淀，合并滤液于旋转蒸发仪上回收乙醇，浓缩液移置10 L的容器中，加水定容至刻度（相当于0.1 g/mL生药材），备用。
2.4超频震动过滤实验
取“2.1”项下样品溶液，滤过（相当于200目筛，滤除微粒）,留样500 mL作浸膏原液含量测定用，其余部分装入储液槽。调节温度在（35±2）℃，在一定压强和振幅下，使药液在超频震动膜过滤系统中过滤。完成后停机，取样，测定大分子物质的截留率［3］。超频震动膜过滤流程简图，见图1。
图1超频震动膜过滤流程简图 略
3结 果
3.1过滤通量的考察
启动超频震动膜过滤系统后，待机械稳定约5～10 min，开始定时考察通量,每个孔径的膜在同样条件下连续考察3 d（不清洗），结果见图2-5。
图2－图5 略
由图可见，对于试验面积的单层膜，A型膜3 h后基本稳定在70%，B型膜4 h后稳定在65%，C型膜稳定在50%左右。而对于脱水膜，前期的通量下降迅速，但随脱水过程的延续，下降趋势逐步减缓，在45 min以后则稳定在70%左右。实验说明震动膜过滤的通量在经过一定时间的平衡后，可以达到稳定的通量。
3.2有效成分测定［4］
3.2.1标准曲线的绘制
精密量取对照品贮备液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL分别置25 mL量瓶中，加50％(体积分数)乙醇至6 mL，加5%亚硝酸钠1.0 mL，摇匀6 min，加10%(质量分数）硝酸铝1.0 mL，摇匀6 min，加4%（质量分数）氢氧化钠试液10.0 mL，加水至刻度，摇匀，在15 min后500 nm处测吸收度，以吸收度（A）为纵坐标，质量浓度（ρ)为横坐标，绘制标准曲线，得回归方程A=0.011 542ρ+0.005 271,r=0.999 8，表明芦丁对照品在14.88～89.28 μg范围内具有良好的线性关系。
3.2.2样品的测定
分别精确量取原液、各滤液、乙醇沉淀后样液1.0 mL按“3.2.1”项下操作，每个样品连续测定5次并记录吸收值，求均值代入回归方程计算总黄酮含量，见表1。
表1UV测定结果（略）
3.3重量法测定大分子物质（杂质）去除情况的考察
分别精密量取原液、各滤液、乙醇沉淀样液10.0 mL于小烧杯中，水浴蒸干，然后置80 ℃烘箱中3 h，取出置干燥器中冷却至室温，称重，重复干燥至恒重，将所得各滤液、乙醇沉淀样液的重量与原液样品重量相比，得到相对保留率，然后按公式“相对除杂率＝（1－相对保留率样品）×100%”计算，即为不同处理方法相对去除大分子杂质的量（n=5），见表2。从表2结果可知，以原液去除大分子物质为0计，醇沉为19%，A膜48%，B膜58%，C膜68%，脱水膜97%。
表2重量法测定结果(略)
4讨论
4.1本研究旨在比较超频震动膜滤法与传统水提醇沉法对小叶榕叶提取物分离、浓缩效果，通过试验找到最佳超频震动膜过滤条件，使得保留更多有效成分的同时，去除大量的大分子杂质。本实验中，A、B型截留孔径的膜能达到有效地去除杂质、保留小分子成分的目的，效果均优于醇沉法，但综合小叶榕叶提取物总黄酮成分的保留及除杂效果，B型截留孔径的膜更优。实验结果及相关物料计算表明，本法可替代小叶榕叶生产工艺中的水提醇沉工艺及加热浓缩过程，见表3。
表3超频震动膜滤法与醇沉法效果比较 略
4.2在静态膜分离过程中，常会出现膜堵塞和污染等问题，而超频震动膜过滤技术由于高频震动在膜表面产生的横向剪切力使大分子物质难以在膜表面积聚形成次生膜，药液经简单预处理即可进行有效的过滤，一般连续运行1周清洗1次即可，而且膜的清洗简单，膜寿命长［5-7］。静态过滤中，有机膜的使用寿命约为10～30 d，其原因主要来自污染堵塞和反复清洗；而超频震动膜过滤中，膜的寿命一般在1～2年。因而在中药分离、浓缩方法中，该法可以替代有机膜的静态过滤方式。
4.3动态膜滤和静态膜滤一样，膜孔径和极性决定了膜的分离效果。选择最适孔径的膜及膜过滤参数是关键，适宜截留孔径的膜能有效地截留杂质、保留所需分子量的物质。但在实际中，膜孔径的选择并不完全取决于被分离物质分子量的大小，常常还受分子带电性、立体空间构型、膜与大分子物质的吸附作用、pH值、黏度、温度等因素的影响［8-9］。这些影响因素将在以后的实验中进一步探讨。
【参考文献】
［1］ 楼永通.膜分离技术在中药生产中的应用［Ｃ］//中国药学会学术年会.2004年中国药学会学术年会论文集.昆明:2004:331-335.
［2］ 罗欢,刘广立,刘 杰.不同超滤膜过滤天然有机物的膜污染特性研究［J］.环境污染治理技术与设备,2005,6 (5):46-50.
［3］ 邹节明,阮 征.超滤技术分离中药有效成分的实验研究［J］.中国医药学报，2003，18（2）：76-81.
［4］ 叶荣科,张德志,周宏兵,等.小叶榕树叶总黄酮水提醇沉工艺研究［J］.广东药学院学报,2003,19(4):330-331.
［5］ BRAD C，PLOTKIN A，MONROE M.Solve Membrane fouling problems with High-Shear Filtration［J］. Chemical Engineering Progress,1998,94(1):29-33.
［6］ PETALA M D，ZOUBOULIS A I. Vibratory shear enhanced processing membrane filtration applied for the removal of natural organic matter from surface waters［J］.Journal of Membrane Science, 2006,269(1-2):14.
［7］ KAZUTALCA T,KAXUYOSHI Y,RULIN B.Removal of humic substances with vibratory shear enhanced processing membrane filtration［J］. Water Supply, 1999,17(1):93-102.
［8］ 李淑莉,陈 斌.药液种类和浓度对超滤影响的初步研究［J］.膜科学与技术,1999,19(3)：41-42.
［9］ 任建新.膜分离技术及其应用［M］.北京:化学工业出版社,2003.
【关键词】 超频震动膜过滤；水提醇沉；小叶榕
Abstract:Objective To compare the effect of routine ethanol sedimentation and vibratory shear-enhanced membrane filtration processing on separating and concentrating aqueous extractives of Ficus microcarpa L.f.Method Vibratory shear enhanced membrane filtration processing was used to separate and concentrate the active ingredients, total flavonoids from aqueous extractives of Ficus microcarpa L.f.. Membranes of four different pore sizes were equipped for the filtration system to investigate the filtration flux, stability, yield of active ingredients and foreign matter removal ability. Result Membrane B showed the best performance in separating active ingredients of Ficus microcarpace from crude extracts, while membrane D could concentrate active ingredients in membrane concentration mode. Vibratory shear enhanced membrane filtration processing made separation and concentration consecutively done with remarkable superiority.Conclusion Vibratory shear enhanced membrane filtration is a good technology for replacing ethanol sedimentation and concentration in processing the extract of Ficus.microcarpa.
Key words:vibratory shear enhanced membrane filtration; ethanol sedimentation; Ficus microcarpa L.f
由于中药成分复杂，提取分离时大多要去除鞣质、蛋白质、淀粉、树脂等大分子杂质。常用的提取工艺，如醇沉、蒸馏和萃取等，杂质不易除尽，有效成分损失严重，造成药品质量不稳定，同时还消耗大量有机溶剂，成本高且污染环境。近年来，膜分离技术在中药生产工艺中已经得到了广泛应用，如中药注射剂、中药口服液、中药浸膏的制备和中药有效成分的提取等，都取得了良好的效果［1］。膜分离技术可以有效地去除杂质、保留有效成分，且对环境无污染，其优点十分明显。但膜分离技术目前的应用基本上还是静态过滤方式，膜孔易堵塞，通量会很快减少，特别是有机膜，污染严重，不易清洗，膜使用寿命短，阻碍了膜分离技术在中药生产领域的推广应用［2］。
本研究在小叶榕叶水提液的分离、浓缩过程中直接应用超频震动膜过滤技术，对超频震动膜过滤中不同截留孔径膜的分离、浓缩效果与醇沉法的效果进行了考察和比较。从结果看，该技术具有分离浓缩连续进行、工序少、周期短、效率高、成本低、能耗低、安全指数高、膜不易堵塞、膜的保存和再生工序简单等特点。
1材料与仪器
1.1材料
小叶榕叶药材和浸膏（均由广州白云山制药厂提供），芦丁对照品(中国药品生物制品检定所，批号050923)，其他试剂均为分析纯。
1.2仪器
截留相对分子量为 A、 B、 C、D的有机薄膜，孔径A＞B＞C＞D（D为脱水膜），超频震动过滤设备（由广州伟思过滤亚太技术有限公司提供），TU1810紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器公司）。
2实验方法
2.1过滤用样品液的制备
取干燥小叶榕叶置提取罐中，加8倍量水，煮提3次，滤过，合并滤液，浓缩至浸膏（每1 g相当于原药材10 g）。称取浸膏适量，加水溶解成相当于含生药量为0.1 g/mL的样品液，备用。
2.2含量测定用对照溶液的制备
精密称定干燥恒重后的芦丁对照品9.3 mg，置25 mL量瓶中，加50％（体积分数）乙醇溶解，定容至刻度，得到372 μg/mL对照品贮备溶液，备用。
2.3乙醇沉淀样品液的制备
取小叶榕叶浸膏3份，每份100 g，分别置1 000 mL容量瓶中，加热水100 mL溶解，再加乙醇至含醇量约为70％（体积分数），静置过夜，过滤除去沉淀物，用少量70％（体积分数）乙醇淋洗沉淀，合并滤液于旋转蒸发仪上回收乙醇，浓缩液移置10 L的容器中，加水定容至刻度（相当于0.1 g/mL生药材），备用。
2.4超频震动过滤实验
取“2.1”项下样品溶液，滤过（相当于200目筛，滤除微粒）,留样500 mL作浸膏原液含量测定用，其余部分装入储液槽。调节温度在（35±2）℃，在一定压强和振幅下，使药液在超频震动膜过滤系统中过滤。完成后停机，取样，测定大分子物质的截留率［3］。超频震动膜过滤流程简图，见图1。
图1超频震动膜过滤流程简图 略
3结 果
3.1过滤通量的考察
启动超频震动膜过滤系统后，待机械稳定约5～10 min，开始定时考察通量,每个孔径的膜在同样条件下连续考察3 d（不清洗），结果见图2-5。
图2－图5 略
由图可见，对于试验面积的单层膜，A型膜3 h后基本稳定在70%，B型膜4 h后稳定在65%，C型膜稳定在50%左右。而对于脱水膜，前期的通量下降迅速，但随脱水过程的延续，下降趋势逐步减缓，在45 min以后则稳定在70%左右。实验说明震动膜过滤的通量在经过一定时间的平衡后，可以达到稳定的通量。
3.2有效成分测定［4］
3.2.1标准曲线的绘制
精密量取对照品贮备液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL分别置25 mL量瓶中，加50％(体积分数)乙醇至6 mL，加5%亚硝酸钠1.0 mL，摇匀6 min，加10%(质量分数）硝酸铝1.0 mL，摇匀6 min，加4%（质量分数）氢氧化钠试液10.0 mL，加水至刻度，摇匀，在15 min后500 nm处测吸收度，以吸收度（A）为纵坐标，质量浓度（ρ)为横坐标，绘制标准曲线，得回归方程A=0.011 542ρ+0.005 271,r=0.999 8，表明芦丁对照品在14.88～89.28 μg范围内具有良好的线性关系。
3.2.2样品的测定
分别精确量取原液、各滤液、乙醇沉淀后样液1.0 mL按“3.2.1”项下操作，每个样品连续测定5次并记录吸收值，求均值代入回归方程计算总黄酮含量，见表1。
表1UV测定结果（略）
3.3重量法测定大分子物质（杂质）去除情况的考察
分别精密量取原液、各滤液、乙醇沉淀样液10.0 mL于小烧杯中，水浴蒸干，然后置80 ℃烘箱中3 h，取出置干燥器中冷却至室温，称重，重复干燥至恒重，将所得各滤液、乙醇沉淀样液的重量与原液样品重量相比，得到相对保留率，然后按公式“相对除杂率＝（1－相对保留率样品）×100%”计算，即为不同处理方法相对去除大分子杂质的量（n=5），见表2。从表2结果可知，以原液去除大分子物质为0计，醇沉为19%，A膜48%，B膜58%，C膜68%，脱水膜97%。
表2重量法测定结果(略)
4讨论
4.1本研究旨在比较超频震动膜滤法与传统水提醇沉法对小叶榕叶提取物分离、浓缩效果，通过试验找到最佳超频震动膜过滤条件，使得保留更多有效成分的同时，去除大量的大分子杂质。本实验中，A、B型截留孔径的膜能达到有效地去除杂质、保留小分子成分的目的，效果均优于醇沉法，但综合小叶榕叶提取物总黄酮成分的保留及除杂效果，B型截留孔径的膜更优。实验结果及相关物料计算表明，本法可替代小叶榕叶生产工艺中的水提醇沉工艺及加热浓缩过程，见表3。
表3超频震动膜滤法与醇沉法效果比较 略
4.2在静态膜分离过程中，常会出现膜堵塞和污染等问题，而超频震动膜过滤技术由于高频震动在膜表面产生的横向剪切力使大分子物质难以在膜表面积聚形成次生膜，药液经简单预处理即可进行有效的过滤，一般连续运行1周清洗1次即可，而且膜的清洗简单，膜寿命长［5-7］。静态过滤中，有机膜的使用寿命约为10～30 d，其原因主要来自污染堵塞和反复清洗；而超频震动膜过滤中，膜的寿命一般在1～2年。因而在中药分离、浓缩方法中，该法可以替代有机膜的静态过滤方式。
4.3动态膜滤和静态膜滤一样，膜孔径和极性决定了膜的分离效果。选择最适孔径的膜及膜过滤参数是关键，适宜截留孔径的膜能有效地截留杂质、保留所需分子量的物质。但在实际中，膜孔径的选择并不完全取决于被分离物质分子量的大小，常常还受分子带电性、立体空间构型、膜与大分子物质的吸附作用、pH值、黏度、温度等因素的影响［8-9］。这些影响因素将在以后的实验中进一步探讨。
【参考文献】
［1］ 楼永通.膜分离技术在中药生产中的应用［Ｃ］//中国药学会学术年会.2004年中国药学会学术年会论文集.昆明:2004:331-335.
［2］ 罗欢,刘广立,刘 杰.不同超滤膜过滤天然有机物的膜污染特性研究［J］.环境污染治理技术与设备,2005,6 (5):46-50.
［3］ 邹节明,阮 征.超滤技术分离中药有效成分的实验研究［J］.中国医药学报，2003，18（2）：76-81.
［4］ 叶荣科,张德志,周宏兵,等.小叶榕树叶总黄酮水提醇沉工艺研究［J］.广东药学院学报,2003,19(4):330-331.
［5］ BRAD C，PLOTKIN A，MONROE M.Solve Membrane fouling problems with High-Shear Filtration［J］. Chemical Engineering Progress,1998,94(1):29-33.
［6］ PETALA M D，ZOUBOULIS A I. Vibratory shear enhanced processing membrane filtration applied for the removal of natural organic matter from surface waters［J］.Journal of Membrane Science, 2006,269(1-2):14.
［7］ KAZUTALCA T,KAXUYOSHI Y,RULIN B.Removal of humic substances with vibratory shear enhanced processing membrane filtration［J］. Water Supply, 1999,17(1):93-102.
［8］ 李淑莉,陈 斌.药液种类和浓度对超滤影响的初步研究［J］.膜科学与技术,1999,19(3)：41-42.
［9］ 任建新.膜分离技术及其应用［M］.北京:化学工业出版社,2003.
