膜分離技術(shù)分離純化朝鮮薊葉中洋薊素的工藝研究

張孝友，陳文良，周 云，陳利瓊，李良華

(深圳勁創(chuàng)生物技術(shù)有限公司，廣東深圳518057)

膜分離技術(shù)分離純化朝鮮薊葉中洋薊素的工藝研究

張孝友，陳文良，周 云，陳利瓊，李良華

(深圳勁創(chuàng)生物技術(shù)有限公司，廣東深圳518057)

研究了膜技術(shù)分離純化朝鮮薊葉中洋薊素的工藝過程，在超濾過程中，采用膜通量及洋薊素濃度為考察指標(biāo)。結(jié)果表明，10萬Da分子量規(guī)格的膜為最佳選擇，具有較大的膜通透性，產(chǎn)品洋薊素的截留率低(1.79%)。在產(chǎn)品的納濾過程，考察膜的透水通量、待測溶液納濾前后的電導(dǎo)率及洋薊素濃度指標(biāo)。結(jié)果顯示，選用合適的納濾膜(300Da)，濃縮效果好，洋薊素的產(chǎn)品濃度提高到原液的34.9倍，同時(shí)濃縮液中電導(dǎo)率只為普通熱真空濃縮的1/10左右。研究結(jié)果表明，膜分離技術(shù)在本實(shí)驗(yàn)研究中應(yīng)用效果顯著，適于進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。

洋薊素，膜分離技術(shù)

朝鮮薊(Cynara scolymus L.)又名洋薊、菜薊，為菊科菜薊屬多年生草本植物，原產(chǎn)于北非和地中海地區(qū)，有幾千年的種植及應(yīng)用歷史。朝鮮薊具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，其花蕾是一種高檔的保健蔬菜，其葉中含有的洋薊素(含量1%)具有抗氧化、保肝、護(hù)肝、降低膽固醇等多種生物活性，在國內(nèi)外市場有較大的需求［1］。但目前限于技術(shù)的原因，朝鮮薊葉大多被當(dāng)作飼料或肥料使用，沒有得到充分利用。因此，研究開發(fā)朝鮮薊葉中洋薊素的提純方法具有重要意義。目前國內(nèi)對朝鮮薊中洋薊素的提取分離大多還局限于傳統(tǒng)的醇提取、水沉分離的方法，也有報(bào)道采用大孔樹脂提取、微波提取的方法［2－3］，尚未有報(bào)道應(yīng)用膜分離技術(shù)來進(jìn)行朝鮮薊中洋薊素的分離純化。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮朝鮮薊葉 由云南澄江雄磊食品有限責(zé)任公司提供;洋薊素對照品(純度≥98.0%) 購自成都普瑞法科技開發(fā)有限公司;乙腈 HPLC級，購自中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司;磷酸 分析純，購自廣東汕頭西隴化工廠。

Ultra－flo中試平板超濾膜設(shè)備、中試卷式納濾膜設(shè)備 購自廈門三達(dá)膜科技有限公司;ZLPG－17型噴霧干燥器 常州市長江干燥設(shè)備有限公司;DDSJ－308A電導(dǎo)率儀 購自上海雷磁儀器廠;沃特世(Waters)1525高效液相色譜儀，waters 2487雙波長紫外檢測器，Waters 515泵，賽多利斯(Sartorius)BS110S電子天平。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理 將鮮朝鮮薊葉切成條狀，80℃以下烘干，在粉碎機(jī)中粉碎，備用，后續(xù)的工藝如下:

1.2.2 提取液的超濾 將朝鮮薊葉用乙醇或丙酮溶液提取，回收溶劑后，水沉過濾，再將濾液進(jìn)行超濾處理。選用合適的膜除去大分子物質(zhì)及膠體物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖、鞣質(zhì)等。用固定體積的提取液進(jìn)行膜過濾實(shí)驗(yàn)，記錄膜操作壓力、超濾時(shí)間等指標(biāo)，得到其膜通量和透析液中洋薊素的濃度等數(shù)據(jù)。

1.2.3 層析 調(diào)節(jié)所得透析液的pH至微酸性(6)，采用大孔樹脂層析柱吸附，水洗分離，用體積百分比濃度為10%～18%的乙醇溶液洗脫層析柱，得含多酚的洗脫液;用體積百分比濃度為50%～70%的乙醇溶液洗脫層析柱，得含洋薊素的洗脫液。

1.2.4 產(chǎn)品溶液的納濾 將含洋薊素的洗脫液納濾濃縮，噴霧干燥，得洋薊素產(chǎn)品。通過計(jì)算其透水通量、濃縮倍數(shù)指標(biāo)，比較提取液與濃縮液中洋薊素濃度及電導(dǎo)率，來確定合適的納濾工藝。

1.3 測定方法

1.3.1 朝鮮薊中洋薊素的測定 參照文獻(xiàn)［4］中方法。采用高效液相(HPLC)的測定方法，色譜條件:waters symmetry C18色譜柱，檢測波長(λ)為330nm。流速1.0mL/min，進(jìn)樣量10μL，柱溫25℃。流動(dòng)相A:乙腈;流動(dòng)相B:磷酸/水(0.2∶99.8，V/V)。洋薊素標(biāo)準(zhǔn)品及提取物產(chǎn)品的HPLC圖譜見圖1、圖2。

圖1 洋薊素標(biāo)準(zhǔn)品的HPLC圖譜

圖2 朝鮮薊提取物中綠原酸與洋薊素的HPLC圖譜

1.3.2 膜通量的測定 按下式計(jì)算:

式中:J為膜通量;v為透過液的體積;t為超濾所用的時(shí)間;s為膜的面積。

1.3.3 電導(dǎo)率的測定 用電導(dǎo)率儀分別測定膜分離過程中納濾前后溶液的電導(dǎo)率，其數(shù)值表示相應(yīng)的溶液中鹽類物質(zhì)的相對含量。

1.3.4 透水通量與濃縮倍數(shù) 分別稱取提取液和濃縮液的重量。記錄納濾膜分離時(shí)間，并分別測定相應(yīng)的提取液和濃縮液中洋薊素的含量。

式中:V表示透水通量;N為濃縮倍數(shù);W0指提取液的重量;W為濃縮液的重量;t為納濾時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壓力對超濾效果的影響

在料液溫度為室溫(25℃)，進(jìn)料液體積20L，洋薊素樣品的濃度222.6mg/L的條件下，采用10萬Da分子量的膜，膜面積為0.1m2。多次進(jìn)料，考察操作壓力分別為0.10、0.15、0.20、0.25、0.30MPa時(shí)對膜通量的影響，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究選擇合適的操作壓力數(shù)據(jù)。

表1結(jié)果顯示，0.25MPa為最佳的膜操作壓力，此時(shí)具有較大的膜通透性，且產(chǎn)品洋薊素的截留率低(1.79%)。

表1 不同壓力對超濾效果的影響

2.2 不同超濾膜對超濾效果的影響

分別選取截留相對分子質(zhì)量為2、5、10、20萬Da的超濾膜，在0.25MPa的固定操作壓力下，膜面積為0.1m2，料液為室溫(25℃)，進(jìn)料液體積20L，洋薊素樣品的濃度為227.4mg/L，對朝鮮薊料液進(jìn)行了超濾純化。

表2結(jié)果顯示，隨著超濾膜的截留相對分子量的增大，膜通量相應(yīng)增加。10萬Da規(guī)格的膜具有較佳的膜通量，產(chǎn)品的截留率低，可供生產(chǎn)中使用。

表2 不同超濾膜對超濾效果的影響

2.3 納濾膜的選擇

選擇合適的納濾膜，除去提取液中的水分及小分子無機(jī)鹽類物質(zhì)，既可避免真空熱濃縮對目標(biāo)產(chǎn)品的破壞，又可控制產(chǎn)品的灰分指標(biāo)，在產(chǎn)品的工藝流程中起到關(guān)鍵作用。本實(shí)驗(yàn)研究選取了四種規(guī)格的納濾膜，對產(chǎn)品質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行比較。

從表3可知，使用分子量300的NF2膜可以達(dá)到對提取液37.2倍的濃縮倍數(shù)，完全滿足噴霧干燥的需要。隨著膜分子量規(guī)格的增大，提取液的濃縮倍數(shù)并沒有出現(xiàn)明顯的增大。但是對洋薊素產(chǎn)品的截留率大大減小，產(chǎn)品的流失明顯增多。因此，綜合考慮，選用300Da分子量的膜可以滿足生產(chǎn)的需要;另一方面，在濃縮液的除鹽方面，納濾過程效果顯著。相比于傳統(tǒng)的真空熱濃縮，濃縮液的電導(dǎo)率數(shù)值均大幅減少，提示納濾后濃縮液中的鹽類物質(zhì)含量大幅下降。

表3 不同納濾膜對納濾效果的影響

3 討論

朝鮮薊是目前國內(nèi)開發(fā)較多的一個(gè)產(chǎn)品，但大部分的研究集中在其作為初級的食品加工品上，將朝鮮薊花蕾加工成罐頭、果脯等出口。將莖葉進(jìn)行深度開發(fā)，提取其中的洋薊素、綠原酸等有效成分有一定的技術(shù)難度。其一，因?yàn)槠溆行С煞值暮俊a(chǎn)品灰分等指標(biāo)在原材料來源上差異比較大，保持各批次產(chǎn)品的質(zhì)控有難度;其二，產(chǎn)品所含的洋薊素、綠原酸等多酚類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不太穩(wěn)定，在特定環(huán)境下(偏堿)受熱容易分解。采用現(xiàn)有的簡單水沉、熱濃縮工藝操作，在產(chǎn)品品質(zhì)上無法滿足當(dāng)前主流市場的要求:洋薊素≥5%，綠原酸≥15%，灰分＜1%。

膜分離技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種高新技術(shù)，在制藥、海水淡化、環(huán)保、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等行業(yè)均有應(yīng)用。目前，膜分離技術(shù)在美國、日本等發(fā)達(dá)國家被稱為第三次工業(yè)革命，已形成了相當(dāng)大的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。膜分離具有操作溫度低，耗能少;適用面廣，兼具分離、濃縮等多項(xiàng)功能的特點(diǎn)，也廣泛應(yīng)用在當(dāng)前的天然產(chǎn)物分離提取研究中［5－7］。我們采用膜技術(shù)結(jié)合層析的方法，有效地從朝鮮薊葉中提取分離洋薊素。每批次的朝鮮薊葉提取物產(chǎn)品，能確保其洋薊素的含量高(≥5%)，灰分含量控制在0.5%以下，產(chǎn)品水溶性佳。并且膜分離技術(shù)的工藝相比起現(xiàn)有的傳統(tǒng)提取分離工藝方法，具有耗能小、效率高、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，適于產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模應(yīng)用。

［1］宋曙輝，趙霖.朝鮮薊的研究進(jìn)展［J］.長江蔬菜，2008(8b):5－8.

［2］邵敏，張俊，程紹南.大孔吸附樹脂對朝鮮薊莖葉多酚類化合物吸附性能的研究［J］.食品科技，2007(7):151－153.

［3］霍超，宋曙輝，徐桂花.正交法微波提取朝鮮薊總多酚的工藝優(yōu)化［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2009，21(2):86－88.

［4］楊海英，杜剛，楊陽，等.高效液相色譜法測定洋薊葉中洋薊素含量［J］.時(shí)珍國醫(yī)國藥，2009，20(3):573－576.

［5］姜忠義，吳洪.膜技術(shù)在中藥有效部位和有效成分提取分離中的應(yīng)用［J］.離子交換與吸附，2002，18(2):185－192.

［6］孫福東，王淑玲，王英姿.膜分離技術(shù)在中藥提取與制劑研究中的應(yīng)用［J］.齊魯藥事，2008(4):226－228.

［7］馬利華，秦衛(wèi)東，陳學(xué)紅，等.膜技術(shù)分離純化牛蒡多糖的研究［J］.食品工業(yè)科技，2009，30(1):231－232.

Study on separation and purification of cynarin from leaves of Cynara scolymus L.by membrane separation technology

ZHANG Xiao－you，CHEN Wen－liang，ZHOU Yun，CHEN Li－qiong，LI Liang－h(huán)ua(BannerBio Nutraceuticals Inc.，Shenzhen 518057，China)

Membrane technology in the separation and purification of cynarin from Cynara scolymus L.leaf was researched.In the ultrafiltration process，the membrane flux and cynarin concentration were used as the indexes.The results showed that molecular with weight of 100，000Da were the best choice of membrane size with greater membrane permeability and low retention rate of cynarin(1.79%).Taking the water penetration flux，the conductivity of solution under test before and after nanofiltration，and the concentration of cynarin as indexes in nanofiltration process.The results showed that with the appropriate choice of nanofiltration membrane(300Da)，the effect of concentration was good and cynarin concent increased to 34.9 times of the original liquid.At the same time，the conductivity of the concentrate liquied was only 1/10 of the one after ordinary vacuum concentration.The results showed that the effect of membrane separation technology was obvious in this study and suitable for further application.

cynarin;membrane separation technology

TS201.1

B

1002－0306(2011)04－0255－03

2010－03－30

張孝友(1960－)，男，碩士，高級工程師，研究方向:藥品食品的生物技術(shù)開發(fā)。

科技部中小企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新基金項(xiàng)目(07C26214421829)。