无机陶瓷膜微滤精制山茱萸水提液的实验研究

无机陶瓷膜微滤精制山茱萸水提液的实验研究

李国龙1,2,唐志书1，2*,宋忠兴2,王梅1,2,郭东艳1,2,刘洪波1,2

(1.陕西中医学院，咸阳712046；2.陕西省中药资源产业化协同创新中心，咸阳712000)

摘要：目的以山茱萸水提液为实验对象，研究经无机陶瓷膜微滤对其分离精制的效果。方法以理化特征参数(pH、浊度、黏度、电导率、固含物)和高分子物质截留率(蛋白质、淀粉、果胶、鞣质)及主要成分透过率等为指标，综合考察无机陶瓷膜微滤对山茱萸水提液的分离精制效果。结果经陶瓷膜微滤后山茱萸水提液的物理化学性质均发生了不同程度的改变，其中浊度和固含量分别降低了86.34%和31.95%，电导率降低了约15.88%，黏度系数略有降低，pH值略有升高。淀粉、果胶和鞣质等高分子物质的截留率均高于70%，而蛋白质的截留率相对较低，为46.79%。主要成分马钱苷的透过率高达75.28%。结论陶瓷膜微滤技术能够有效地除去山茱萸水提液中无效的高分子物质而较好地保留小分子成分，能改善中药水提液的溶液环境，具有较好的分离精制效果。

关键词：山茱萸水提液；无机陶瓷膜；微滤；理化参数

doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2015.03.002

中图分类号：R284

文献标志码：A

文章编号：1004-2407(2015)03-0224-04

Abstract:ObjectiveTo investigate the effects of inorganic ceramic membrane microfiltration on the water extraction liquid of Fructus corni.Methods In this study, the physical-chemical parameters (pH, turbidity, viscosity, conductivity, and the total dissolved solids), retentions of macromolecules (protein, starch, pectin, and tannins) and the transmittance of active ingredients were taken as indicators to comprehensively survey the refining procedure of Fructus corni water extraction liquid by inorganic ceramic membrane microfiltration. Results The physical-chemical parameters of Fructus corniwater extraction liquid showed different changes after filtration. Compared with the raw materials, the turbidity and total dissolved solids of permeate decreased 86.34% and 31.95%, respectively; the conductivity decreased about 15.88%; the viscosity slightly reduced and pH slightly increased.The retentions of starch, pectin and tannins were all higher than 70%, while protein was relatively low with the retention of 46.79%.The transmittance of active ingredients loganin reached up 75.28% .ConclusionThe ceramic membrane microfiltration technology can remove macromolecules effectively and retain the active ingredient included in Fructus corni water extraction liquid satisfactorily.

基金项目：国家自然科学基金面上项目(编号：81373978)；陕西省重点科技创新团队(编号：2012KTC-20)

作者简介：李国龙，男，硕士研究生

收稿日期：(2014-12-12)

Study on the refining procedure ofFructuscorniwater extraction liquid using inorganic ceramic membrane microfiltration

LI Guolong1,2,TANG Zhishu1,2*,SONG Zhongxing2,WANG Mei1,2,GUO Dongyan1,2,LIU Hongbo1,2(1.Shaanxi University of Traditional Chinese Medicine, Xianyang 712046,China;2.Joint Center for Resource of Traditional Chinese Medicine, Xianyang 712000,China)

Key words:Fructuscorniwater extraction liquid; inorganic ceramic membrane; microfiltration;physical-chemical parameter

*通信作者：唐志书，男，博士，教授

中药有植物、动物和矿物不同来源，不可避免地需要“去伪存真，去粗取精”，因而“分离”是中医药领域的共性关键技术[1]。依据现代天然药物化学研究，许多植物类中药已经分离鉴定出百余种化学成分，如何从中筛选出有确切药效的物质，又如何将它们进行有效分离，是中药现代分离技术所面临的重要问题。现代研究表明，中药有效成分，如生物碱、黄酮类、皂苷类等成分，其相对分子质量大多数小于1 000，而它们却是组成中药药效物质基础的主体；而非药效成分，如淀粉、蛋白质、果胶等高分子物质，其相对分子质量在50 000以上，它们是中药制剂服用量大、稳定性差等缺点的主要因素，需要通过“精制”单元操作加以除去。

膜分离技术是一种新型分离技术，它利用经特殊制造的具有选择透过性的薄膜，在外力作用下对混合物进行分离、分级、提纯、浓缩而获得目标产品[2]。它是利用膜孔径的不同将待分离的物质进行分离。与传统方法相比[3]，膜分离技术具有高效、节能、环保、过程简单等特性。近年来，不少学者已开展了膜分离在中药精制方面的应用研究。

膜分离技术可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透等。其中微滤、超滤更适合应用于中药领域[4-5]。微滤膜材质主要分为有机高分子与无机物两大类，其中无机物类中的陶瓷膜具有耐高温、化学稳定性好等特点。本文以山茱萸中药水提液为实验研究对象，采用0.05 μm无机陶瓷膜对其进行分离精制，考察膜微滤技术对山茱萸水提液理化参数、高分子物质含量等的影响，为膜分离技术在中药水提液精制操作中的应用提供一定参考与借鉴。

1仪器与试药

1.1仪器JWCMF-0.2 m2型陶瓷膜分离装置(江苏久吾高科技股份有限公司，装置示意图见图1)；WJN-50多功能真空浓缩机(韩国)；GQ76高速管式离心机(上海离心机械研究院)；UV-250型紫外分光光度计；FA21040N型电子天平(万分之一)；D101型电热鼓风干燥箱(北京科伟永鑫实验仪器设备厂)；Brookfield博力飞DV-1黏度计(美国博力飞)；PHS-3型pH计(上海精密科学仪器有限公司雷磁仪器厂)；DDS-30型电导仪(上海精密仪器有限公司)；WGZ-3P型浊度计(上海昕瑞仪器仪表有限公司)。

图1陶瓷膜结构示意图

1.储液槽; 2.离心泵;3.流量计;4.膜组件;5~6.压力表;7.电子天平

Fig.1 The scheme of ceramic membrane

1.reservoir;2.centrifugal pump;3.flowmeter;4. membrane module;5-6.piezometer;7. electronic balance

1.2试药山茱萸饮片购于西安盛兴中药饮片有限公司，经鉴定；马钱苷对照品(批号111640-200604，中国食品药品生物制品检定研究院)；淀粉酶(北京奥博星生物技术有限责任公司)；牛血清白蛋白(BSA，北京奥博星生物技术有限责任公司)；乙腈、甲醇均为色谱纯；水为蒸馏水；其余试剂均为分析纯。

2实验方法

2.1山茱萸中药水提液的制备取山茱萸饮片1 kg加12倍量水煎煮3次，每次1 h；纱布过滤，合并药液，浓缩至10 L，以20 000 r·min-1高速离心后，即得膜过滤药液。

2.2膜过滤操作根据膜装置的设计参数及参考常规的操作条件，本实验的操作条件参数设定为：压力0.2 MPa，流速3 m·s-1，温度控制在35±5 ℃。

2.3理化参数的测定分别取山茱萸水提液原液及原液经陶瓷膜微滤所得的渗透液、截留液适量体积，分别测各样品的pH、浊度、黏度、电导率及固含物等理化参数。其中样品固含物按照《中国药典》(2010年版)附录ⅩA浸出物方法测定。各样品理化参数平行测定5次，测定结果取其平均值。

2.4主要成分的测定

2.4.1色谱条件色谱柱: Thermo C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流动相为乙腈-水(15∶85)；检测波长：240 nm;流速:1 mL·min-1。

2.4.2对照品溶液的制备精密称取经五氧化二磷干燥至恒质量的马钱苷对照品适量，置于10 mL量瓶中，加体积分数80%甲醇溶解，并稀释至刻度，摇匀，即得质量浓度为0.41 mg·mL-1的马钱苷对照品溶液。

2.4.3供试品溶液的制备各样品分别取2份，每份精密量取1 mL，置于25 mL量瓶中，定容，摇匀，过0.45 μm微孔滤膜，即得。

2.4.4样品的测定取对照品溶液10 μL，连续进样5次，测定仪器的精密度；取对照品溶液5,10,15,20,25和30 μL，进样分析，考察马钱苷的线性关系。精密吸取对照品溶液和供试品溶液各10 μL，按2.4.1项下的条件进样分析。

2.5高分子物质含量测定

2.5.1蛋白质含量测定

(1)显色剂的配制精密称取10 mg考马斯亮蓝G-250,加入5 mL乙醇，溶解，再精密量取10 mL体积分数85%磷酸，加入，用水定容至100 mL，即为考马斯亮蓝工作液。

(2)标准曲线的绘制精密称取牛血清蛋白10 mg，溶于10 mL蒸馏水中，溶液的质量浓度为1 000 μg·mL-1，即为对照品储备液。精密移取0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8和1.0 mL牛血清蛋白储备液，置于具塞玻璃试管中，再精密加入蒸馏水补充至1.0 mL，摇匀。从各试管中精密吸取0.1 mL，再分别加入5 mL考马斯亮蓝工作液，摇匀，2 min后，用1 cm比色池在595 nm处测定其吸光度[6]。结果质量浓度在100~1 000 μg·mL-1范围内呈线性关系，实验数据处理得线性回归方程：A=0.000 5C+0.018 4，r=0.999 6。

(3)样品测定各样品分别取2份，每份取0.10 mL，按照2.5.1(2)项下的方法测定各样品中的蛋白质含量。

2.5.2淀粉的含量测定法

(1)酶水解各样品分别取2份，每份样品量取20 mL，置于250 mL烧杯中，再加30 mL水,置于沸水浴上，加热大约15 min，使淀粉糊化，放冷至60℃以下，滴加20 mL淀粉酶溶液，在55~60 ℃保温l h，搅拌。取1滴此液于白色点滴板上，加1滴碘溶液应不呈蓝色，若呈蓝色，再重复上述操作，直至溶液加入碘液后不再为蓝色；加热，使酶失活，冷却至室温后，移入250 mL量瓶中，加水定容。混匀后过滤，收集滤液备用[7]。

(2)酸水解精密量取50 mL上述滤液，置于250 mL锥形瓶中，缓慢加入6.0 mol·L-1盐酸溶液5 mL，加热回流1 h，放冷，滴加2滴甲基红指示液，缓慢滴入200 g·L-1氢氧化钠溶液，至红色刚好消失。将溶液移入100 mL量瓶中，加水定容至100 mL，备用。

(3)还原糖测定精密量取备用样液(指酸水解后)20 mL，置于50 mL量瓶中，加水定容。转移至烧杯，再精密量取碱性酒石酸铜甲液及乙液各25 mL，盖上表面皿，加热，使其4 min内沸腾，煮沸2 min，趁热用铺好石棉的G4垂熔坩埚漏斗抽滤，并用60 ℃热水反复洗涤烧杯及沉淀至不呈碱性为止。再将垂熔坩埚漏斗放回烧杯中，精密加入硫酸铁溶液及水各25 mL，搅拌，使氧化亚铜完全溶解，以0.02 mol·L-1高锰酸钾标准液滴定，溶液终点为微红色。

(4)酶解前还原糖测定各样品分别取2份，每份精密量取5 mL，加水定容至50 mL,移入烧杯，加入25 mL碱性酒石酸铜甲液及25 mL乙液，于烧杯上盖一表面皿，加热，控制在4 min内沸腾，煮沸2 min，趁热用铺好石棉的G4垂熔坩埚漏斗滤过，并用60 ℃热水反复洗涤烧杯及沉淀至不呈碱性为止。再将垂熔坩埚漏斗放回烧杯中，精密加入硫酸铁溶液及水各25 mL，搅拌，使氧化亚铜完全溶解，以0.02 mol·L-1高锰酸钾标准液滴定，溶液终点为微红色。

(5)结果计算

①样品中还原糖质量相当于氧化亚铜的质量

m为样品中还原糖质量约等于氧化亚铜的质量(mg)；V为滴定样品液所用高锰酸钾标准液的体积(mL)；C为高锰酸钾标准滴定液浓度(mol·L-1)，0.01 mol·L-1

②氧化亚铜约等于葡萄糖质量

m′=0.438 8x-0.480 5

x为上式计算出的氧化亚铜的质量m；淀粉质量分数(%)=(m′×0.9×5×5)/1 000M；M为为取样量

根据维特根斯坦的家族相似理论，作为家族范畴的成员，不必具有其范畴的所有属性，而是AB、BC、CD、DE式的家族相似关系，即一个成员与其他成员至少有一个或多个共同属性。范畴成员的特性不完全一样，他们是靠家族相似性来归属于同一范畴。而范畴没有固定的明确的边界，是随着社会的发展和人类认知能力的提高而不断形成和变化发展的。

2.5.3果胶含量测定

(1)果胶测定各样品分别取2份，每份精密量取30 mL，置于烧杯中，精密加入0.1 mol·L-1氢氧化钠溶液100 mL，搅拌，放置30 min。再加入50 mL 1.0 mol·L-1醋酸溶液，5 min后，搅拌，并缓慢加入1 mol·L-1氯化钙溶液25 mL，放置约1 h。煮沸4 min，趁热用恒质量的G2垂熔坩埚漏斗滤过，用热双蒸水洗涤，滴加1.587 mol·L-1硝酸溶液至无白色沉淀为止。滤渣连同漏斗一同置于105℃烘箱中，加热至恒质量[8]。样品中果胶物质的含量以果胶酸计。

(2)结果计算

果胶质量分数(%)=(m1-m2)×0.923 3×100/m

m1:果胶酸钙和G2垂熔坩埚漏斗的质量(g);m2:G2垂熔坩埚漏斗质量(g);m:待测样品的质量(g)(样品体积数≈样品质量);0.923 3:由果胶酸钙换算为果胶酸的系数。

2.5.4鞣质含量测定

(1)鞣质测定各样品分别取2份，每份量取250 mL滤过，备用[9]，精密量取滤液25 mL，于水浴锅上蒸干，残渣于105 ℃至恒质量，称质量(T1)；精密量取滤液100 mL，加入5.0 g皮粉，于摇床室温振荡15 min，过滤，精密量取滤液25 mL，于水浴锅上蒸干，残渣于105 ℃干燥至恒质量，称质量(T2)；精密量取水100 mL，加皮粉5.0 g，于摇床室温振荡15 min，滤过，精密量取其滤液25 mL，于水浴锅上蒸干，残渣于105 ℃干燥至恒质量，称质量(T0)。

(2)结果计算

鞣质质量分数(%)=(T1-T2+T0)×100/W

3实验结果

3.1山茱萸水提液陶瓷膜微滤前后理化参数及有效成分的变化结果见表1。从表1中可以看到，与原药液相比，渗透液的浊度和固含量变化较大，分别降低了86.34%和31.95%。浊度是分散体系中不同大小、不同密度的悬浮物和胶体物质等对光照所产生效应的表征。中药水提液浊度的变化可以反映出膜的截流性能。

表1山茱萸水提液陶瓷膜微滤前后理化参数及有效成分的变化

Tab.1 Changes in physical and chemical parameters and active ingredient ofFructuscorniwater extraction liquid before and after the ceramic membrane microfiltration

( n=5)

3.2山茱萸水提液陶瓷膜微滤前后主要高分子物质含量变化结果见表2。山茱萸中药水提液经陶瓷膜微滤后其渗透液的浊度较小,长时间放置几乎不产生沉淀，说明其水提液由多相不均匀粗分散系统变为接近均相真溶液系统,其热力学性质亦趋向于稳定[10]。渗透液的电导率降低了约15.88%，这可能是由于山茱萸水提液中带有电荷的胶体物质等成分被截留除去，而降低了渗透液的导电性。高分子物质的减少使其渗透液黏度降低，主要成分马钱苷的透过率达到75.28%。本实验结果表明，陶瓷膜微滤能有效除去无效高分子物质，同时又能较大程度地保留有效小分子物质。经陶瓷膜微滤后，山茱萸水提液中4种高分子物质含量都有不同程度地降低。淀粉、果胶和鞣质的截留率均超过70%，其中果胶的截留率最大，达到85.61%；而蛋白质的截留率则相对较低，只有46.79%。这可能是由于4种高分子物质的相对分子质量大小、分子结构等理化性质的不同而使其在膜的截留率方面表现出一定的差异性。

表2山茱萸水提液陶瓷膜微滤前后主要高分子物质含量测定结果

Tab.2 The content of main polymer material ofFructuscorniwater extraction liquid before and after ceramic membrane microfiltration

样品蛋白质/g·mL-1淀粉/g·mL-1果胶/g·mL-1鞣质/g·mL-1原药液1.09×10-47.67×10-41.28×10-41.62×10-4截留液6.10×10-54.52×10-46.93×10-41.01×10-4微滤液5.80×10-51.86×10-41.84×10-44.80×10-5

4讨论

本实验以溶液理化参数、高分子截留率及主要成分透过率等为指标，考察分析了无机陶瓷膜微滤对山茱萸水提液的精制效果。研究结果初步表明，无机陶瓷膜微滤技术生产工艺简单，对高分子物质截留率高，对小分子成分截留少，可克服传统水提醇沉工艺中存在的有效成分损失严重、乙醇用量大、生产周期长等不足。我们将进一步开展压力对膜滤过通量的影响、滤过药液温度对滤过效果的影响、无机陶瓷膜有效再生方法等系统研究，为无机陶瓷膜微滤技术在中药提取分离中的推广应用奠定坚实的基础。

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