ZrO2陶瓷膜精制增液復(fù)方水提液的膜過(guò)程研究

黃敏燕，潘林梅，郭立瑋

(南京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，江蘇南京 210029)

ZrO2陶瓷膜精制增液復(fù)方水提液的膜過(guò)程研究

黃敏燕，潘林梅，郭立瑋*

(南京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，江蘇南京 210029)

陶瓷膜;增液湯復(fù)方水提液;微濾通量;指標(biāo)性成分;固含物

目的:研究ZrO2陶瓷膜澄清增液湯復(fù)方水提液的膜過(guò)程，進(jìn)一步優(yōu)化膜工藝參數(shù)。方法:從微濾通量、指標(biāo)性成分透過(guò)率、固含物去除率等角度考察不同孔徑的ZrO2膜對(duì)微濾過(guò)程的影響，同時(shí)為了能精確觀察指標(biāo)性成分透過(guò)率的動(dòng)態(tài)變化，將實(shí)驗(yàn)設(shè)為分多次取樣。結(jié)果:對(duì)于增液湯復(fù)方水提液，0.2 μm ZrO2微濾膜較為適用。其滲透通量衰減較平緩，最終的穩(wěn)定通量達(dá)到172.8 L/(m2·h);指標(biāo)性成分透過(guò)率在微濾中期略有波動(dòng)，但其平均透過(guò)率達(dá)96.5%;固含物去除率為20%左右。結(jié)論:充分掌握中藥水提液復(fù)雜微濾過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律對(duì)提高通量、成分透過(guò)率等具有重要意義。

膜分離技術(shù)在中藥分離中有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，首先它是以傳統(tǒng)的水煎液為原料液;其次它根據(jù)有效成分分子量特征進(jìn)行“集群篩選”［1］;同時(shí)分離條件容易把握，操作簡(jiǎn)便，物理篩分對(duì)原藥液影響很小，能保持水煎液的一般特性。尤其在工業(yè)化生產(chǎn)中，無(wú)機(jī)膜與有機(jī)膜相比，更顯示了耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、耐細(xì)菌和強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，從而使它在許多方面有著潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

增液湯系經(jīng)典名方，來(lái)自清·吳鞠通之《溫病條辨》，由玄參、麥冬、生地3味中藥組成。本實(shí)驗(yàn)以增液湯復(fù)方水提液為研究體系，應(yīng)用膜分離技術(shù)，從微濾前后指標(biāo)性成分含量、固含物變化等角度，考察了0.2 μm ZrO2、50 nm ZrO2兩種不同孔徑的無(wú)機(jī)陶瓷膜對(duì)增液湯的微濾過(guò)程。

1 實(shí)驗(yàn)材料

藥材:玄參、麥冬、生地黃，均購(gòu)自安徽省亳州市中藥飲片廠，經(jīng)鑒定均符合中國(guó)藥典2005版(一部)有關(guān)項(xiàng)下的規(guī)定。

儀器:膜及膜組件:內(nèi)壓管式陶瓷微濾膜(南京工業(yè)大學(xué)膜科學(xué)技術(shù)研究所)，膜孔徑0.2 μm，50 nm膜材質(zhì)ZrO2。膜組件為不銹鋼材質(zhì)。HPLC:Waters515雙泵、2497雙波長(zhǎng)紫外檢測(cè)器，WDL-95色譜工作站(大連化學(xué)物理研究所生產(chǎn))。ShimahzhulibrorAEL-40SM電子天平(十萬(wàn)分之一)。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 增液湯的制備藥材按處方配比各稱取一定量，加10倍水煎煮，沸騰2 h后過(guò)濾得一煎濾液;藥渣中加入8倍量水，沸騰1.5 h后過(guò)濾得二煎濾液，合并濾液。

2.2 微濾過(guò)程取上述濾液置于無(wú)機(jī)陶瓷膜微濾機(jī)以錯(cuò)流方式進(jìn)行循環(huán)微濾，并在微濾開始、微濾液體積為原液總體積的1/9、2/9、3/9(微濾中期)、4/9、5/9及6/9(微濾結(jié)束)時(shí)取滲透液留樣。實(shí)驗(yàn)操作條件如下:平均操作壓力為0.15 MPa，膜表面速度為3 m/s，溫度為(50±2)℃。

2.3 定量分析方法

2.3.1 哈巴俄苷含量的HPLC法測(cè)定［2］在增液湯方中玄參為君藥，同時(shí)根據(jù)文獻(xiàn)［2］的報(bào)道，故將玄參中的哈巴俄苷作為增液湯的含量測(cè)定指標(biāo)。

色譜條件與系統(tǒng)適用性試驗(yàn)用十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑;甲醇-1%冰醋酸(60∶40)為流動(dòng)相;檢測(cè)波長(zhǎng)為278 nm。理論板數(shù)按哈巴俄苷峰計(jì)算應(yīng)不低于6 000，兩個(gè)相鄰色譜峰的分離度應(yīng)大于1.5。

對(duì)照品溶液的制備精密稱取哈巴俄苷對(duì)照品適量，加30%甲醇制成每毫升含10 μg的哈巴俄苷溶液，即得。

供試品溶液的制備精密量取裝量差異檢查項(xiàng)下的本品10 mL，置25 mL量瓶中，用30%甲醇稀釋至刻度;搖勻，即得。

2.3.2 固含物的測(cè)定精取各樣品溶液25 mL，按2005版《中華人民共和國(guó)藥典》附錄XA規(guī)定的浸出物測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定，稱重并計(jì)算。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 微濾通量的測(cè)定結(jié)果不同孔徑的ZrO2膜對(duì)增液湯復(fù)方水提液滲透通量測(cè)定結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出，對(duì)于本體系，0.2 μm孔徑的膜初始通量較大，將近220 L/(m2·h)，且其滲透通量的衰減較平緩;但孔徑為50 nm的ZrO2陶瓷膜滲透通量衰減極快，污染較嚴(yán)重，圖1顯示50 nm膜管在10 min內(nèi)通量下降到160 L/ (m2·h)，并仍有下降的趨勢(shì)，這可能與膜孔被堵塞導(dǎo)致有效孔隙率下降有關(guān)。同時(shí)最終的穩(wěn)定通量也是0.2 μm膜大于50 nm ZrO2膜。

圖1 膜通量隨時(shí)間的變化

3.2 指標(biāo)性成分的測(cè)定結(jié)果以往在無(wú)機(jī)陶瓷膜微濾實(shí)驗(yàn)中，只注重微濾結(jié)束后的滲透液與未經(jīng)微濾的原液之間的變化。本實(shí)驗(yàn)為了能更精確的反映微濾過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化，故將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成分別在微濾開始、微濾液體積為原液總體積的1/9、2/9、3/9(微濾中期)、4/9、5/9及6/9(微濾結(jié)束)時(shí)取滲透液留樣。下面兩幅圖的7個(gè)取樣點(diǎn)依次表現(xiàn)出了這些動(dòng)態(tài)變化規(guī)律(即取樣點(diǎn)1代表了微濾開始時(shí)的指標(biāo)性成分的透過(guò)率)。

透過(guò)率=(滲透液成分含量/原液成分含量)×100%

理論上講本實(shí)驗(yàn)所檢測(cè)的指標(biāo)性成分都應(yīng)透過(guò)微濾膜，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示兩種不同孔徑的膜管都有不同程度的損失。微濾一開始時(shí)由于微濾裝置管路的殘留水首先透過(guò)膜流出，因此此時(shí)測(cè)得的指標(biāo)性成分較少，但隨著料液連續(xù)不斷的透過(guò)微濾膜，指標(biāo)性成分也隨之大量被滲透。

圖2、圖3從各個(gè)取樣點(diǎn)的透過(guò)率角度考察了有效成分的整體透過(guò)膜情況。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，0.2 μm ZrO2膜管對(duì)指標(biāo)性成分的透過(guò)率略高于50 nm ZrO2膜;從點(diǎn)的變化趨勢(shì)來(lái)看，微濾剛開始時(shí)50 nm孔徑膜明顯低于0.2 μm孔徑膜，隨著微濾的進(jìn)行兩者的透過(guò)率差異逐漸縮小，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)0.2 μm ZrO2膜的哈巴俄苷透過(guò)率除微濾初始點(diǎn)外在微濾中期附近有最低點(diǎn)，而50 nm ZrO2膜的變化較平緩。為了弄清微濾中期是否產(chǎn)生某種微觀變化，故又在該點(diǎn)處取截留液觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)0.2 μm ZrO2膜在微濾中期截留液中哈巴俄苷的濃度顯著高于滲透液，甚至與原液中濃度相近(C原液=9.728 μg/mL、C滲透液=9.236 μg/mL、C截留液=9.637 μg/mL)，而50 nm孔徑膜未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象(C原液=9.768 μg/ mL、C滲透液=9.670 μg/mL、C截留液=9.510 μg/mL)。其原因可能是膜表面局部溶質(zhì)濃度增加引起的邊界層流體阻力的增加，從而有部分指標(biāo)性成分被膜表面的沉積物截留，導(dǎo)致此時(shí)截留液中有效成分濃度增大。這種變化趨勢(shì)還有待進(jìn)一步探討研究。

圖20.2 μm ZrO2微濾后哈巴俄苷的透過(guò)率(n=3)

圖350 nm ZrO2微濾后哈巴俄苷的透過(guò)率(n=3)

3.3 固含物的測(cè)定結(jié)果增液湯復(fù)方經(jīng)0.2 μm和50 nm的ZrO2陶瓷膜微濾后，固含物的去除率依次約為20%、12%左右，結(jié)果見表1。

固含物去除率=(滲透液固含量/原液固含量)×100%

增液湯復(fù)方水提液經(jīng)0.2 μm、50 nm ZrO2膜微濾后都有較好的去除固含物的作用，表明無(wú)機(jī)陶瓷膜對(duì)本中藥體系有不錯(cuò)的精制效果。但兩者的固含物去除率以0.2 μm ZrO2膜高于50 nm ZrO2膜，且兩者的變化趨勢(shì)與指標(biāo)性成分的透過(guò)率相似。由此表明膜過(guò)程存在著較復(fù)雜的現(xiàn)象，不同孔徑、不同材質(zhì)的微濾膜都有可能影響微濾效果，如膜表面的吸附作用，膜面污染層的截留作用等。

表1 不同孔徑的ZrO2微濾后固含物去除率測(cè)定結(jié)果

4 結(jié)論

0.2μm孔徑的ZrO2陶瓷膜對(duì)增液湯復(fù)方水提液具有較好的分離效果:有效成分的平均轉(zhuǎn)移率高達(dá)96.5%，最終穩(wěn)定滲透通量達(dá)172.8 L/(m2·h)，膜清洗較簡(jiǎn)便，而50 nm ZrO2膜孔徑易堵塞，一般的物理清洗很難恢復(fù)，必須借助化學(xué)清洗如清洗劑。

采用分若干個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)觀察不同孔徑的ZrO2膜對(duì)指標(biāo)性成分透過(guò)率、固含物去除率等的變化趨勢(shì)，更全面的掌握復(fù)雜的微濾過(guò)程，為提高滲透液中有效成分提供依據(jù)。如對(duì)于本實(shí)驗(yàn)體系可在0.2 μm ZrO2膜微濾中期適當(dāng)增大流速或在工廠生產(chǎn)中將此點(diǎn)設(shè)為加料液點(diǎn)，從而能減少懸浮物的沉積、減輕滲透阻力、有利于有效成分的透過(guò)。

［1］郭立瑋.中藥膜分離領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)問題［J］.膜科學(xué)與技術(shù)，2003，23(4):209-213.

［2］鄧作敏，陳登豐，林毅宏.增液口服液的含量測(cè)定與臨床研究［J］.中成藥，2003，25(7):604.

R284.1

B

1001-1528(2010)03-0495-03

2009-02-15

國(guó)家科技部“十一五”支撐項(xiàng)目(2006BAI06A04-04)

黃敏燕(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:藥物新劑型與新技術(shù)。Tel:13770965594 E-mail:huangminyan616@163.com

*通訊作者:郭立瑋，E-mail:guoliwei815@yahoo.com.cn