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膜分离技术在中药提取分离中的应用

2014-06-27 20:18:39 合肥沃腾膜分离设备优优彩票APP 已读

1 概述
中药是我们中华民族几千年文化的重要传承,它以自身独特的疗效,在医药领域中占据着十分重要的地位。但是中药成分复杂[1],而传统的中药提取分离方法存在着工艺复杂,分离效率低等不足。因此现在大多的中药制剂都有着服用剂量大,体积大不易携带,制剂粗糙质量不稳定等缺点。因此为了实现中药的现代化,真正的把中药推向世界市场,必须应用高新的技术提高中药制品的质量,达到中药“去粗
存精”的目的,以实现中药的现代化生产。其中膜分离技术可以去除中药提取物杂质、富集有效部位或有效成分,被认为是中国中药制药工业中亟待推广的高新技术之一[2]。
2 膜分离技术的原理与特点
膜分离技术作为一个新兴的物质分离提纯与浓缩的工艺,具有许多优点。如可在常温下连续的操作、无相变化无化学变化;在工业生产中有节能环保以及生产过程不产生污染的优势。因此它在食品、医药、生化等领域发展迅猛。膜分离技术是指在分子水平上不同粒径分子的混合物在通过半透膜时,用半透膜作为选择障碍层,然后利用膜的选择性(孔径),以膜的两侧存在的能量差作为动力,允许某些组分透过而保留混合物中的其他组分,从而达到分离、提纯或者浓缩的技术。膜分离技术应用于中药研究主要包括以下几种类型:微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)、反渗透(RO)[3]。四种膜的透过机理基本相同,主要根据被分离物的粒子的大小所采用膜的结构与性能有所差异[4]。我国将膜分离技术用于中药的提取分离、纯化研究已经二十多年,取得了较大的进展,已经替代了部分中药的生产工艺。
3 膜分离技术的分类以及在中药领域的应用
3.1 微滤(MF)的应用
微滤膜通常截留粒径大于0.05μm 的微粒。膜孔径范围为0.1~5μm,操作压差范围通常为0.05~0.2MPa,介于常规过滤和超滤之间。在中药工业中既可用于中药液体制剂的澄清,也可以用于中药的精制分离[5]。
黄雪珍[6]采用孔径为0.1,0.2,0.5,0.8μm 陶瓷膜过滤蝙蝠蛾被毛孢菌丝体水溶液,结果见表一。结果表明采用膜过滤中药水提液并非孔径越大越容易过滤,而是有一个最佳孔径。因为当膜孔径小时,因其不能通过膜孔而被截留;当膜孔径增大到一定程度时,有部分粒子嵌顿在膜孔上,使有效的孔径减少,从而导致过滤变难。考察了膜孔径、膜面积、药液浓度、工作压力和工作温度的影响,确定了合适的过滤操作工艺为:膜孔径为0.2μm、面积0.3 ㎡、压力为0.2MPa、温度为80℃。同时与醇沉技术比较,醇沉技术所得产品口感有酱油味,难喝;膜分离技术除杂率略低于醇沉,但腺苷损失明显较低,而且产品的口感好,有甜味。因此陶瓷膜过滤可应用于蝙蝠蛾被毛孢菌丝体水溶液的分离纯化工艺。

 董洁等[7]分析了0.2μm 陶瓷膜微滤对黄芩等七种中药主要指标性成分转移率的影响。七种中药水提液经陶瓷膜微滤后,固形物去除率约为20%~35%;只要指标性成分转移率约70%~80%;主要指标性成分相对含量提高约4%~9%。可以看出膜过滤对中药水提液有较好的精制效果,用于固体制剂可以提高有效成分的含量,减少服用量。林瑛等[8]通过对0.2μm 氧化铝陶瓷膜微滤杞菊地黄丸水提液的污染机理及清洗的研究,发现对于本实验体系,膜阻力主要集中的体现在表面沉积层,占了总阻力的56%;膜本身的阻力占19.8%,浓差极化层阻力占14.6,这两个阻力起次要作用;膜孔内部污染阻力占9.9%,所占比例最小。然后本实验针对被杞菊地黄丸水提液污染的膜采用了超声、NaOH 溶液、HCl 溶液、NaOH 溶液清洗的步骤,膜通量基本完全恢复,即经济又有效。
3.2 超滤(UF)的应用
超滤多采用非对称膜,膜孔径通常在0.01~0.1μm 之间,操作压力在0.2MPa~0.6MPa。超滤膜截留的分子的相对分子量范围在500~500000 之间。而中药有效成分的相对分子质量大多数不会超过1000[9],无效成分相对分子质量躲在50000 以上,如淀粉为500000、多糖为200000~500000、树胶果胶为150000~300000 等[10]。高分子量的物质的存在降低了中药有效部位的浓度,加大了服用剂量的同时使中药制剂易吸潮变质,难以保存[11]。因此超滤技术可以有效的应用于以下几个方面:提取中药有效成分、制备中药注射剂、制备中药口服液和制备中药浸膏[12]。
绿原酸是传统名贵中药杜仲的主要活性成分之一,具有重要的药用价值,杜仲叶中绿原酸含量丰富,可达1.0%~5.5%。杨祖金等[13]应用超滤的方法来选择性去除其中的大分子杂质,保留小分子的绿原酸。他们以杜仲叶水提液通过超滤膜的膜通量、杂质截留率为指标,对不同截留分子量的膜进行了考察。发现膜通量随着截留分子量的增大而增大,杂质截留率随着截留分子量的增大而减小。通过一系列条件优化的考察,发现在料液温度40℃、超滤压力0.36MPa、超滤时间20min、膜截留分子量200000,加水24L,绿原酸的转移率达到了99.38%。采用该方法纯化绿原酸的工艺简单,收率高,无污染,处理量大等优点。
许桂艳等[14]应用超滤膜分离技术改进双黄连注射液的生产工艺,与传统工艺对比结果如表二。膜分离技术具有操作简单,效率高,能耗低,产品质量稳定等优点。

 

目前国内中药口服液制剂的工艺需要进一步改进。中药口服液生产主要采取水提醇沉法或者渗漉法,造成药物有效成分损失大,能耗大,生产周期长。采用超滤技术可以明显提高口服液的纯度和质量。李十中等[15]用超滤法和渗漉法两种工艺对蜂乳精口服液进行生产。并通过测定其主要有效成分人参皂苷和10-HAD 的含量,对两种方法进行对比。超滤工艺人参皂苷与10-HAD 含量分别为0.155mg/10ml、0.2712mg/ml,远超原工艺的人参皂苷含量(0.015 mg/10ml)和10-HAD 含量(0.1338 mg/ml)。该工艺有效的降低了成不,简化生产工艺,大大提高了经济效益。

3.3 纳滤的应用
纳滤是在反渗透的基础上发展起来的一种新兴的膜分离技术,是一种介于超滤与反渗透之间的膜过滤方法。填补了由超滤到反渗透之间留下的空白,截留的相对分子质量为200~2000[16]。它对离子由静电相互作用而达到分离目的。能截留透过超滤膜的那部分有机小分子,透过被反渗透所截留的那部分无机盐。纳滤膜集浓缩和透析功能为一体,使溶质的损失达到最小。因此纳滤在制药工业中应用日益广泛,如中药提取物、生物制品、化学药物等的浓缩和纯化[17]。

     司丹丹等[18]采用截留分子量为200 的纳滤膜对黄芪提取液中的有效成分黄芪多糖和黄芪甲苷进行浓缩,再进行二次醇沉,测定沉淀物中多糖和上清液中总糖的含量,与蒸发浓缩提取液二次醇沉进行比较。对比结果表明,纳滤膜对总糖的平均截留率达到了99.6%;醇沉沉淀总蒸干物比之少9.7%,蒸干物颜色更白;醇沉后上清液中总糖比蒸发浓缩多1.9%。周锦珂等[19]应用纳滤膜技术进行丹酚酸B 提取液进行浓缩。通过与传统真空浓缩的对比,采用纳滤方式,浓缩时间减少一半,而且成品中丹酚酸B 的含量比传统的方式高处4.79%,同时颜色也来的浅。我们可知纳滤在浓缩丹酚酸B具有高效、节能、活性成分保存良好等优点。
3.4 反渗透的应用
反渗透是通过利用半透膜对溶液中的溶质进行截留。即通过对溶液施加压力,客服溶剂的渗透压,使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。其所分离的物质的分子量一般小于500,因此可以除去水溶液中的无机盐及小分子物质。反渗透在中药领域中主要应用于药液的浓缩,以及脱除无机盐等。
叶勇等[20]应用反渗透工艺对丹参芍药水煎液的超滤液进行浓缩,通过测定其电能消耗及浓缩前后的固体含量、丹参酚酸和芍药苷含量,与真空蒸发浓缩相比。结果见表三。膜浓缩所耗电能仅是真空蒸发浓缩的10%,时间仅其20%,反渗透有效成分含量要更高,约为真空蒸发浓缩的2 倍。因此,反渗透用于复方中药提取液,既能缩短浓缩时间,降低能耗,还能提高有效成分的含量,降低了生产成本。

4 展望
膜分离技术已经被国际公认为是未来最有前途的一项高新技术,是人们所掌握的最节能的物质分离和浓缩技术之一(与传统的中药分离浓缩技术相比,综合成本降低了20%~30%)[21]。
由于中药其复杂的化学成分,导致了中药生产中有着工艺复杂,分离纯化效率低,成本昂贵,污染严重等特点。而膜分离技术以其节能、高效、环保等特点已经越来越引起中药生产研究人员的关注。膜分离技术应用于中药提取中有着许多传统方法无法比拟的优势:物理分离,不消耗有机试剂,不发生化学反应;不需要加热,适用于热敏物质的分离;效率高,环境污染小;分离选择性高,可实现自动连续化生产,满足中药现代化生产需求。因此膜分离对中药制剂的质量、生产效益的提高,有着重要作用。当然目前也有许多困扰着该技术在中药产业化的关键问题,如膜通量的衰减、膜污染及清楚、对某些成分的吸附等。总之,膜分离技术是对中药传统提取分离技术的一次重大的改革,它大大的提高我国中药制剂的质量,必将推动我国中药现代化发展的进程,推动中药制剂产业的迅速发展,为国家和社会带来巨大的经济和社会效益。

 

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