絮凝和超濾耦合用于蒲地藍(lán)中藥水提液的除雜研究

李桂水，王國(guó)榮，任博平，陶思佚

(天津科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，天津 300222)

蒲地藍(lán)消炎口服液是由蒲公英、苦地丁、板藍(lán)根、黃芩四味中草藥組成的復(fù)方制劑，具有清熱解毒，抗炎消腫，治療癤腫、腮腺炎、咽炎、扁桃體炎等功效.該制劑的傳統(tǒng)除雜工藝為水提醇沉法，存在生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品色澤深、黏度大、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，且耗醇量和生產(chǎn)投資較大[1].王晴等[2]在對(duì)痛安水提液的精制中，預(yù)處理采用殼聚糖絮凝，并聯(lián)合超濾技術(shù).結(jié)果表明，該法適宜對(duì)痛安水提液的精制.本文將絮凝與超濾耦合用于蒲地藍(lán)中藥水提液的除雜精制，進(jìn)而確定該技術(shù)在蒲地藍(lán)消炎口服液制備中的可行性.

1 材料與方法

1.1 藥材、絮凝劑和試劑

蒲公英、苦地丁、板藍(lán)根、黃芩均購(gòu)自天津市中藥飲片廠.

殼聚糖(脫乙酰度≥90%,)，浙江金殼生物化學(xué)有限公司；殼聚糖季銨鹽粉劑，南通綠神生物工程有限公司.

咖啡酸對(duì)照品(標(biāo)準(zhǔn)品)，北京世紀(jì)奧科生物技術(shù)有限公司；黃芩苷對(duì)照品(標(biāo)準(zhǔn)品)，北京世紀(jì)奧科生物技術(shù)有限公司；牛血清白蛋白(分析純)，北京世紀(jì)奧科生物技術(shù)有限公司；考馬斯亮藍(lán)G–250，天津市大茂化學(xué)試劑廠；甲醇(色譜純)，天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠；其他試劑均為分析純，天津市奧淇醫(yī)科醫(yī)藥銷售有限公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

PES 聚醚砜超濾膜(截留相對(duì)分子質(zhì)量為5,000、通用GE/M–N，卷式)，上海市新亞凈化器件廠；1200LC 型高效液相色譜儀，安捷倫科技有限公司；UV2700 型紫外分光光度計(jì)，日本島津公司；WGZ–100 型濁度儀，上海第三光學(xué)儀器廠；TD12001 型電子天平，奧豪斯國(guó)際貿(mào)易(上海)有限公司；IMP–30型集成膜分離綜合實(shí)驗(yàn)裝置，天津市紐森科技有限公司.

1.3 蒲地藍(lán)水提液的制備方法

由于處方的特殊性，根據(jù)《中國(guó)藥典》[3]規(guī)定，將蒲公英、苦地丁、板藍(lán)根一起提取，而黃芩單獨(dú)提取.按處方要求取蒲公英、苦地丁、板藍(lán)根適量，加10倍水，100,℃煎煮1,h，雙層紗布過濾，濾渣再加8 倍水，煎煮1,h，雙層紗布過濾，合并濾液，定容至含生藥量0.1,g/mL 的三味水提液，待用.黃芩也采用此煎煮程序煎煮，過濾，定容至含生藥量0.1,g/mL，待用.

1.4 除雜方法

1.4.1 絮凝預(yù)處理實(shí)驗(yàn)

向5,L 三味水提液中加入375,mL 1%,的殼聚糖溶液，250,r/min 快速攪拌3,min(槳葉型式：3 片，矩形，尺寸為2,mm×60,mm×15,mm)，再50,r/min 慢攪10,min，然后靜置24,h，取上清液備用.

向5,L 黃芩水提液中加入500,mL 1%,的殼聚糖季銨鹽溶液，300,r/min 快速攪拌3,min，再50,r/min慢攪10,min，然后靜置24,h，取上清液備用.

1.4.2 超濾實(shí)驗(yàn)

影響超濾過程的主要因素包括膜面流速、操作壓力、操作溫度、藥液pH 等，而中藥的超濾凈化通常要求操作溫度和藥液pH 保持不變，因此本文主要研究膜面流速與操作壓力對(duì)超濾效果的影響，在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化膜通量，確立優(yōu)化超濾工藝.

絮凝后的藥液在不同膜面流速和不同壓力下超濾的膜通量是不同的[4]，并且對(duì)超濾后藥液的藥性有很大的影響.為尋找最佳膜面流速和壓力，對(duì)不同泵頻率(實(shí)驗(yàn)所用隔膜泵的工作頻率，以此衡量超濾時(shí)的膜面流速)和壓力下的膜通量(單位時(shí)間、單位膜面積過濾的濾液體積，L/(h·m2))進(jìn)行測(cè)量，并測(cè)定超濾前后各成分的變化情況，確定最佳的超濾操作工藝參數(shù).根據(jù)文獻(xiàn)[5]，并結(jié)合設(shè)備特性，選擇 12.5～22.5,Hz 的頻率范圍、0.2～1.0,MPa 的壓力范圍作為實(shí)驗(yàn)的操作參數(shù)控制范圍.

1.5 測(cè)定和分析方法

1.5.1 咖啡酸含量的測(cè)定

采用高效液相色譜法測(cè)定咖啡酸的含量[3].選用C18 色譜柱(10,μm，4.6,mm×200,mm)，檢測(cè)波長(zhǎng)為323,nm，進(jìn)樣量為10,μL，按咖啡酸計(jì)算理論板數(shù)應(yīng)不低于3,000.根據(jù)不同質(zhì)量濃度咖啡酸對(duì)照品溶液的色譜圖繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定三味水提液中的咖啡酸含量.

1.5.2 黃芩苷含量的測(cè)定

采用高效液相色譜法測(cè)定黃芩苷的含量.色譜柱選用C18 色譜柱(10,μm，4.6,mm×200,mm)，檢測(cè)波長(zhǎng)280,nm，進(jìn)樣量10,μL，理論塔板數(shù)不得低于2,500.根據(jù)不同質(zhì)量濃度黃芩苷對(duì)照品溶液的色譜圖繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定黃芩水提液中的黃芩苷含量.

1.5.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定蛋白質(zhì)含量[6].不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)溶液采用牛血清蛋白配制.考馬斯亮藍(lán)試劑參照《中國(guó)藥典》[3]中的蛋白質(zhì)測(cè)定方法配制.在595,nm 處對(duì)各濃度溶液進(jìn)行比色，采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度.根據(jù)吸光度繪制蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，再依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線分別測(cè)定兩種水提液的蛋白質(zhì)含量.

1.5.4 濁度的測(cè)定

澄清度是中藥口服液制備研究中的關(guān)鍵問題，是中藥口服液的重要質(zhì)控指標(biāo)，而藥典對(duì)中藥口服液澄清的規(guī)定只是定性檢查[7].本文參照文獻(xiàn)[8]，采用WGZ–100 散射式光電濁度儀測(cè)定濁度.

1.5.5 有效成分保留率、無效成分去除率和相對(duì)澄清率的計(jì)算

處理后有效成分的損失程度用保留率表征，依據(jù)式(1)計(jì)算.

處理后無效成分的去除程度用去除率表征，依據(jù)式(2)計(jì)算.

超濾后藥液相對(duì)絮凝后藥液的濁度變化情況用相對(duì)澄清率表征，依據(jù)式(3)計(jì)算.濁度單位用NTU表示，1,NTU 相當(dāng)于1,L 水中含有1,mg SiO2(或1,mg 白陶土、硅藻土)時(shí)的渾濁程度.

2 結(jié)果與討論

2.1 被測(cè)成分的標(biāo)準(zhǔn)曲線

以標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)應(yīng)組分的濃度x 對(duì)HPLC 測(cè)定的色譜峰面積y 繪制咖啡酸、黃芩苷標(biāo)準(zhǔn)曲線；以標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)應(yīng)組分的濃度x 對(duì)紫外分光光度計(jì)測(cè)定的吸光度y 繪制蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表1[9].

表1 被測(cè)成分的標(biāo)準(zhǔn)曲線Tab.1 Standard curve of the ingredients being measured

2.2 預(yù)處理結(jié)果

添加絮凝劑對(duì)水提液進(jìn)行預(yù)處理后，各成分變化情況見表2.

表2 三味水提液與黃芩水提液絮凝預(yù)處理結(jié)果Tab.2 Preprocessing results of Sanwei water extract and Scutellaria water extract

由表2 可以看出：三味水提液的有效成分(咖啡酸)保留率較高，濁度下降明顯，但無效成分(蛋白質(zhì))去除率相對(duì)較低，僅為65%,；黃芩水提液的有效成分(黃芩苷)保留率較高，但無效成分(蛋白質(zhì))去除率僅為53%,，且濁度下降不明顯.

2.3 超濾參數(shù)對(duì)蒲地藍(lán)水提液的影響

2.3.1 泵頻率對(duì)超濾效果的影響

圖1 為在0.5,MPa 的操作壓力下泵頻率對(duì)超濾效果的影響.

圖1 隔膜泵的工作頻率對(duì)超濾效果的影響Fig.1 Effect of the work frequency of the diaphragm pump on ultrafiltration

由圖1 可以看出：對(duì)于三味水提液，泵頻率與咖啡酸保留率沒有明顯的線性或二次曲線規(guī)律，但不同泵頻率下的咖啡酸保留率變化較小，泵頻率對(duì)咖啡酸保留率的影響較??；對(duì)于黃芩水提液，隨著泵頻率的增大，黃芩苷保留率升高，但總體保留率較低.

對(duì)于三味水提液，隨著泵頻率的增大，蛋白質(zhì)去除率先增大后減?。欢鴮?duì)于黃芩水提液，隨著泵頻率的增大，蛋白質(zhì)去除率先減小后增大.可見，由于所處理物料的差異，超濾中膜面流速對(duì)蛋白質(zhì)去除率的影響沒有固定規(guī)律，總體上在80%,～90%,的范圍內(nèi)波動(dòng)，且波動(dòng)范圍較小.

隨著泵頻率的增大，三味水提液的相對(duì)澄清率先減小再增大，只有特殊條件下澄清率較低；而黃芩水提液的相對(duì)澄清率在95%,上下波動(dòng)，且變化較小.可見，泵頻率的變化對(duì)有效成分的保留率、無效成分的去除率和相對(duì)澄清率影響較小，幾乎不呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律，因此可忽略膜面流速改變帶來的影響.

2.3.2 操作壓力對(duì)超濾效果的影響

圖2 是泵頻率為20,Hz 時(shí)不同操作壓力下的超濾效果曲線.

圖2 超濾操作壓力對(duì)超濾效果的影響Fig.2 Effect of ultrafiltration pressure on ultrafiltration

由圖2 可以看出：隨著操作壓力的增大，咖啡酸保留率和黃芩苷保留率都呈現(xiàn)先增大再減小的趨勢(shì).可見，存在臨界壓力使得保留率在此壓力下達(dá)到最佳，當(dāng)小于該臨界壓力時(shí)，由于壓力較小，回流速度較大，濾液中含有的有效成分較少；而壓力過大時(shí)，形成的濾餅層較為密實(shí)，使得在超濾過程中，有效成分不易透過，導(dǎo)致有效成分的保留率變低，咖啡酸保留率最大為 89.16%,，黃芩苷保留率最大為40.65%,.

對(duì)于三味水提液，隨著操作壓力的增大，蛋白質(zhì)去除率變化較小，在實(shí)驗(yàn)誤差范圍內(nèi)可認(rèn)為幾乎無變化.對(duì)于黃芩水提液，隨著操作壓力的增大，蛋白質(zhì)去除率增幅較小.從超濾工藝來看，當(dāng)壓力較小時(shí)，回流較大，不能呈現(xiàn)穩(wěn)定的超濾，而只是在系統(tǒng)中回流，因此需在合適的壓力下超濾，才能達(dá)到較好的效果.三味水提液的蛋白質(zhì)去除率最高為86.24%，黃芩水提液的蛋白質(zhì)去除率最高為79.39%.

隨著操作壓力的增大，相對(duì)澄清率先減小后增加.這是因?yàn)閴毫^小時(shí)，通過膜孔的固形物及大分子物質(zhì)較少，濾液濃度相對(duì)較低，相對(duì)澄清率較高；當(dāng)壓力增大時(shí)，固形物也進(jìn)入濾液，導(dǎo)致相對(duì)澄清率減小；再增加壓力時(shí)，凝膠層變厚實(shí)，阻止固形物通過膜層進(jìn)入濾液，因此相對(duì)澄清率又增高.穩(wěn)定后的相對(duì)澄清率高于90%,.

2.3.3 泵頻率對(duì)膜通量的影響

圖3(a)是操作壓力為0.5,MPa 時(shí)三味水提液在不同泵頻率下的膜通量變化曲線.可以看出：對(duì)于三味水提液，在泵頻率為20,Hz 時(shí)，有較高的膜通量，且通量穩(wěn)定，在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)可認(rèn)為無衰減，因此選擇20,Hz 為最佳泵頻率.

圖3(b)是操作壓力為0.5,MPa 時(shí)黃芩水提液在不同泵頻率下的膜通量變化曲線.可以看出：初始時(shí)，黃芩水提液在泵頻率為12.5,Hz 時(shí)具有最高的膜通量，但隨著超濾的進(jìn)行，由于泵頻率較低，膜面流速低，沉積在膜表面的凝膠層阻礙藥液的通過；當(dāng)頻率增加到20,Hz 時(shí)，由于泵頻率較大，膜面流速較快，無凝膠層形成，藥液大都在設(shè)備中循環(huán)，沒有通過膜孔，當(dāng)過濾一段時(shí)間后，超濾達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，凝膠層的形成與破壞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，膜通量穩(wěn)定，此時(shí)具有最大穩(wěn)定通量，因此選擇20,Hz 為最佳泵頻率.

圖3 隔膜泵的工作頻率對(duì)膜通量的影響Fig.3 Effect of the work frequency of the diaphragm pump on membrane flux

2.3.4 操作壓力對(duì)膜通量的影響

高操作壓力使膜通量增大，同時(shí)導(dǎo)致濃度極化、微觀沉積、膜孔堵塞、通量衰減增大，而且污染后難以清洗[10].低操作壓力雖然能降低污染速度，但通量不能達(dá)到較大值.圖4 是泵頻率為20,Hz 時(shí)不同操作壓力下的膜通量變化曲線.

圖4 超濾操作壓力對(duì)膜通量的影響Fig.4 Effect of ultrafiltration pressure on membrane flux

由圖4(a)可以看出：對(duì)于三味水提液，在不同操作壓力下的膜通量穩(wěn)定，增大操作壓力，就能提高膜通量.當(dāng)操作壓力達(dá)到一定程度，膜通量不再增加，達(dá)到極限膜通量.在本實(shí)驗(yàn)中，由于膜組件的承壓限制，對(duì)于三味水提液，沒有出現(xiàn)極限膜通量，因此選擇最大壓力1.0,MPa 為最佳操作壓力.

由圖4(b)可以看出：對(duì)于黃芩水提液，在操作壓力較低時(shí)，凝膠層沒有形成，因此膜通量較大；當(dāng)操作壓力增大時(shí)，膜表面會(huì)形成一層凝膠層，膜通量開始降低，當(dāng)壓力再增大時(shí)，凝膠層形成與破壞達(dá)到穩(wěn)定，膜通量達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)操作壓力大于0.4,MPa時(shí)，凝膠層形成且膜通量趨于穩(wěn)定，隨著操作壓力的增大，膜通量增加，且增加幅度在減小，當(dāng)壓力達(dá)到一定值時(shí)，出現(xiàn)極限膜通量，由于膜組件的承壓限制，本實(shí)驗(yàn)中未出現(xiàn)極限膜通量；在0.6,MPa 時(shí)的平均膜通量在4.4,L/(h·m2)，而在1.0,MPa 時(shí)平均膜通量在4.8,L/(h·m2)，相差較小；0.6,MPa 下超濾后的黃芩苷保留率、蛋白質(zhì)去除率和相對(duì)澄清率均相對(duì)1.0,MPa 要高.綜上，選擇0.6,MPa 為最佳操作壓力.

3 結(jié)論

(1)對(duì)三味(蒲公英、苦地丁、板藍(lán)根)水提液，采用殼聚糖作絮凝劑，耦合PES 膜超濾，比單獨(dú)采用絮凝技術(shù)具有更好的澄清效果.隔膜泵工作頻率和超濾壓力對(duì)超濾后的藥液成分影響較小，主要影響超濾膜通量.以超濾膜通量為衡量指標(biāo)，得出三味水提液的最佳超濾參數(shù)：隔膜泵工作頻率20,Hz，操作壓力1.0,MPa.在此條件下，蛋白質(zhì)去除率為81.11%,，比絮凝處理提高16.11%,，相對(duì)澄清率為91.17%,左右，咖啡酸的保留率為75.09%,.

(2)對(duì)黃芩水提液，采用殼聚糖季銨鹽作絮凝劑，耦合PES 膜超濾，在隔膜泵工作頻率為20,Hz，操作壓力為 0.6,MPa 的條件下，蛋白質(zhì)去除率為79.39%,，比絮凝處理提高 26.39%,，相對(duì)澄清率為95%,左右，黃芩苷保留率為40.65%,.其中黃芩苷保留率較低，因此對(duì)于黃芩水提液的超濾，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需求選定.

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