腎石通顆粒提取濃縮工藝和節(jié)能性研究

宋曉燕 羅愛(ài)勤 劉潔瑜 陳澤鋒 曾榮華 張聰琪

（廣州白云山漢方現(xiàn)代藥業(yè)有限公司，中藥提取分離過(guò)程現(xiàn)代化國(guó)家工程研究中心，廣東 廣州510240）

罐組式動(dòng)態(tài)逆流提取工藝[1]是將2個(gè)以上的強(qiáng)制外循環(huán)式提取罐機(jī)組串聯(lián)，提取溶媒沿著罐組內(nèi)各罐藥料的溶質(zhì)濃度梯度逆向地由低向高順次輸送通過(guò)各罐，并在強(qiáng)制循環(huán)下與藥料保持一定提取時(shí)間并多次套用[2]。

本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用動(dòng)態(tài)逆流提取反滲透膜濃縮技術(shù)對(duì)腎石通顆粒的原藥材（腎石通顆粒由十味藥材組成，以下簡(jiǎn)稱十味藥材）進(jìn)行提取濃縮，研究操作壓力、料液濃度和料液溫度對(duì)濃縮效果的影響[3-4]，最終得出一種效果較好的提取濃縮工藝，并與傳統(tǒng)單罐提取蒸發(fā)濃縮作對(duì)比，比較相同濃縮倍數(shù)下的干膏收得率及丹酚酸B的含量。十味藥材水提液進(jìn)入反滲透膜，溶劑水分子在壓力作用下滲出，達(dá)到濃縮的目的。該過(guò)程在常溫下即可進(jìn)行，且不涉及相的變化，能夠較大程度地保持一些熱敏性物質(zhì)如丹酚酸B的活性，提高濃縮效率的同時(shí)降低能耗。

1 材料與儀器

十味藥材（廣東廣弘藥材有限公司）；微機(jī)自動(dòng)控制提取罐組（常州市德?tīng)査芍扑帣C(jī)械廠）；提取液貯罐（江蘇省宜興市制藥設(shè)備廠）；碟片式離心機(jī)（遼陽(yáng)制藥機(jī)械股份有限公司）；SPPM-24S-12540型卷式納濾儀（廈門三達(dá)）；BW30-2540反滲透膜；WZII500雙效節(jié)能濃縮器（常熟市醫(yī)藥化工設(shè)備總廠）。

2 試驗(yàn)方法

2.1 傳統(tǒng)單罐提取工藝[5]

取十味藥材25 kg，置提取罐中，加水煎煮2次，第 1次加水 12倍量，回流 2.5 h，第 2次加水8倍量，回流 1.5 h，合并 2次煎液，濾過(guò)，如法操作4次，合并上述濾液。取濾液，稀釋至濃度為10%，溫度控制在30℃，置安裝了反滲透膜的卷式納濾儀的原料罐中，設(shè)定操作壓力為1.5 MPa，使相對(duì)密度為1.03，測(cè)定干膏量和丹酚酸B的含量。

2.2 罐組式動(dòng)態(tài)逆流提取工藝

2.2.1 罐組組成及工作原理[6]該提取裝置由A，B，C，D 4個(gè)動(dòng)態(tài)循環(huán)提取單元組成，通過(guò)總管K連接。每單元由提取罐、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵、閥門和管道等組成。循環(huán)泵6的進(jìn)口通過(guò)進(jìn)液管道7與儲(chǔ)液罐3的底部連接，出口通過(guò)閥門4，5分別與提取罐2的下封頭和總管K連接，提取罐2的上封頭通過(guò)管道1與儲(chǔ)液罐3連接，儲(chǔ)液罐3通過(guò)閥門8與總管K連接，見(jiàn)圖1。

圖1 逆流提取裝置示意

提取時(shí)，啟動(dòng)循環(huán)泵6，打開(kāi)閥門4，溶劑自儲(chǔ)液罐3向提取罐2的下封頭流入，通過(guò)提取罐內(nèi)的物料，從提取罐2的上封頭流出，經(jīng)過(guò)管道1流回到儲(chǔ)液罐3等待泵出。提取罐2內(nèi)的物料如此動(dòng)態(tài)逆流提取，提取至規(guī)定時(shí)間后，關(guān)閉循環(huán)泵6，溶劑從下封頭、閥門 4、循環(huán)泵 6、進(jìn)液管道 7自動(dòng)流回儲(chǔ)液罐3，最后關(guān)閉閥門4。其他單元同時(shí)按上述工序進(jìn)行，但各單元物料中的有效成分含量和溶劑中的有效成分含量不同，呈現(xiàn)出依次遞減（或遞增）的規(guī)律。

2.2.2 操作方法 取十味藥材4份，每份25 kg，分別投入為A，B，C，D 4個(gè)提取罐中。加12倍量水于儲(chǔ)液罐A，B，C，單元D的儲(chǔ)液罐為空。開(kāi)啟熱蒸汽，將水加熱至沸后，A，B，C單元分別保溫回流提取 2.5，2，1.5 h，此時(shí)，A，B，C 中形成依次遞減的濃度梯度。將單元A的溶劑遷移至單元D（簡(jiǎn)化為 A→D，下同），將單元 B與單元 C的溶劑互換（通過(guò)單元A來(lái)完成），在單元A中加入8倍量新鮮水，繼續(xù)回流提取1.5 h后，收集單元C和D的提取液；B→D，A→C，排掉單元A的藥渣，在單元B中加8倍量新鮮水，繼續(xù)回流提取1.5 h后，收集單元 D的提取液；B→C，C→D，排掉單元B的藥渣，在單元C中再加6倍量新鮮水，繼續(xù)回流提取1 h后，收集單元D的提取液；C→D，排掉單元C的藥渣，在單元D中再加6倍量新鮮水，繼續(xù)回流提取1 h后，收集單元D的提取液，排掉單元D的藥渣，合并上述提取液，濾過(guò)，同上濃縮至相對(duì)密度1.03，取樣測(cè)定干膏量和丹酚酸B的含量。

2.2.3 反滲透濃縮工藝正交設(shè)計(jì) 采用正交表L9（34）進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以丹酚酸 B轉(zhuǎn)移率為指標(biāo)，考察十味藥材提取液的濃度（A）、溫度（B）、操作壓力（C）3因素對(duì)轉(zhuǎn)移率的影響，見(jiàn)表1。

表1 正交因素水平

按正交設(shè)計(jì)要求，把十味藥材提取液平均分成9份，以1號(hào)試驗(yàn)為例，取1份提取液，料液濃度稀釋至5%，溫度控制為25℃，置原料罐中，設(shè)定操作壓力為0.1 MPa，使溶液相對(duì)密度為1.03，測(cè)定膜濃縮前后丹酚酸B的含量，計(jì)算轉(zhuǎn)移率（濃縮后含量/濃縮前含量×100%）。見(jiàn)表2。

表2 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

對(duì)實(shí)驗(yàn)條件因素進(jìn)行方差分析表明，操作壓力對(duì)轉(zhuǎn)移率的影響達(dá)到顯著水平（P＜0.05），而其他因素未達(dá)顯著水平。因此，提高操作壓力，有利于丹酚酸B等有效成分的透過(guò)，但壓力繼續(xù)增高會(huì)導(dǎo)致膜的破壞，縮短其使用壽命。壓力越大，通量的衰減越大，當(dāng)壓力逐漸增大，膜通量增加的同時(shí)通量衰減系數(shù)也在增加。壓差增大會(huì)加速物料在膜表面壓實(shí)，膜通量下降速度增加，濃差極化也越容易形成。本實(shí)驗(yàn)的最佳反滲透濃縮條件為A2B2C2，即在提取液的濃度為10%，溫度為 30℃，操作壓力0.2 MPa下進(jìn)行反滲透濃縮，所得干膏的丹酚酸B轉(zhuǎn)移率最高，見(jiàn)表3。

表3 方差分析

2.4 丹酚酸B含量測(cè)定[7-8]

色譜條件：美國(guó)Agilent 1100 Series高效液相色譜儀；依利特十八烷基鍵合硅膠柱（200 mm×4.6 mm，5 μm）；柱溫:30℃；以甲醇-乙腈-甲酸-水（30∶10∶1∶59）為流動(dòng)相；流速 1.0 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)286 nm；理論板數(shù)按丹酚酸B峰計(jì)算應(yīng)不低于2 000。對(duì)照品溶液的制備：取丹酚酸B對(duì)照品適量，精密稱定，加75%甲醇制成每1 mL含0.14 mg的溶液。供試品溶液的制備：取本品適量，加入75%甲醇稀釋至一定體積。測(cè)定法：分別精密吸取對(duì)照品溶液與供試品溶液各10 μL，注入液相色譜儀，測(cè)定，計(jì)算。

3 比較與結(jié)果

3.1 兩種提取工藝比較

用傳統(tǒng)單罐提取和罐組式動(dòng)態(tài)逆流提取工藝，分別提取100 kg十味藥材，測(cè)量濾液總體積，并取樣測(cè)定干膏量和丹酚酸B的含量，根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，罐組式動(dòng)態(tài)逆流提取明顯高于單罐提取工藝，見(jiàn)表4。

表4 兩種工藝收得率比較

3.2 兩種工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

以每提取100 kg 十味藥材為計(jì)算單位，對(duì)兩種工藝比較，罐組式動(dòng)態(tài)逆流提取工藝，將提取罐組中前一罐料的提取液作為后一罐料提取的母液，減少了加水量，相應(yīng)減少了藥液量[9]，同時(shí)縮短了生產(chǎn)周期和降低了能源消耗。在整個(gè)罐組提取過(guò)程中，間歇式強(qiáng)制循環(huán)保持提取過(guò)程的動(dòng)態(tài)，使有效成分提取較完全，干膏收得率也較高，見(jiàn)表5。

3.3 反滲透條件對(duì)轉(zhuǎn)移率的影響

正交試驗(yàn)結(jié)果表明，在以反滲透膜濃縮前后，丹酚酸B的轉(zhuǎn)移率為指標(biāo)考察的3個(gè)因素中，各因素影響大小順序?yàn)镃＞A＞B。操作壓力對(duì)過(guò)膜結(jié)果影響最大，而提取液的濃度和溫度對(duì)過(guò)膜結(jié)果影響較小。

表5 兩種工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

3.4 反滲透膜濃縮的節(jié)能效果評(píng)價(jià)[4]

取十味藥材的提取液10 kg，按正交實(shí)驗(yàn)的最佳實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行反滲透膜濃縮，計(jì)算濃縮至相對(duì)密度為1.03時(shí)所消耗的時(shí)間。將同等重量的提取液置單效濃縮器中，在80℃下真空蒸發(fā)濃縮，計(jì)算濃縮至相對(duì)密度為1.03時(shí)所消耗的時(shí)間。測(cè)定濃縮前后的固體含量和丹酚酸B的含量，見(jiàn)表6。

表6 反滲透膜濃縮與真空蒸發(fā)濃縮耗能與質(zhì)量比較

上表顯示，反滲透膜濃縮比真空蒸發(fā)濃縮效率高，濃縮效果好，耗能低。對(duì)于10 kg十味藥材的提取液，反滲透膜濃縮所耗電能是真空蒸發(fā)濃縮的1/2，所耗時(shí)間是蒸發(fā)濃縮的70%，同時(shí)反滲透膜濃縮后丹酚酸B含量高，約為真空蒸發(fā)濃縮的1.5倍。

4 討論

腎石通顆粒的組成藥材含有根、全草、果實(shí)、種子等不同的藥用部位，其提取液含有淀粉、蛋白質(zhì)等大分子膠體、懸浮的顆粒、表面活性劑的膠團(tuán)、小分子有效成分等多種成分的復(fù)雜體系。在提取液反滲透膜濃縮過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)膜堵塞導(dǎo)致通量迅速下降。如果預(yù)先用10 μm的濾袋對(duì)提取液進(jìn)行初濾后，再進(jìn)行膜濃縮，則能減少膜堵塞，膜通量下降平穩(wěn)。因此，在中藥的反滲透濃縮應(yīng)用中，有必要對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理。

反滲透濃縮技術(shù)由于其濃縮效率高、節(jié)能、高效、無(wú)二次污染，在能源供應(yīng)緊張、資源日益短缺、生態(tài)環(huán)境惡化的今天，顯得尤為重要。該技術(shù)選擇范圍廣，適用性強(qiáng)；富積產(chǎn)物或?yàn)V除雜質(zhì)效率高；無(wú)需加熱濃縮，藥效成分不被破壞，值得大力推廣。

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