無機(jī)陶瓷膜微濾精制山茱萸水提液的實(shí)驗(yàn)研究

無機(jī)陶瓷膜微濾精制山茱萸水提液的實(shí)驗(yàn)研究

李國(guó)龍1,2,唐志書1，2*,宋忠興2,王梅1,2,郭東艷1,2,劉洪波1,2

(1.陜西中醫(yī)學(xué)院，咸陽712046；2.陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，咸陽712000)

摘要：目的以山茱萸水提液為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，研究經(jīng)無機(jī)陶瓷膜微濾對(duì)其分離精制的效果。方法以理化特征參數(shù)(pH、濁度、黏度、電導(dǎo)率、固含物)和高分子物質(zhì)截留率(蛋白質(zhì)、淀粉、果膠、鞣質(zhì))及主要成分透過率等為指標(biāo)，綜合考察無機(jī)陶瓷膜微濾對(duì)山茱萸水提液的分離精制效果。結(jié)果經(jīng)陶瓷膜微濾后山茱萸水提液的物理化學(xué)性質(zhì)均發(fā)生了不同程度的改變，其中濁度和固含量分別降低了86.34%和31.95%，電導(dǎo)率降低了約15.88%，黏度系數(shù)略有降低，pH值略有升高。淀粉、果膠和鞣質(zhì)等高分子物質(zhì)的截留率均高于70%，而蛋白質(zhì)的截留率相對(duì)較低，為46.79%。主要成分馬錢苷的透過率高達(dá)75.28%。結(jié)論陶瓷膜微濾技術(shù)能夠有效地除去山茱萸水提液中無效的高分子物質(zhì)而較好地保留小分子成分，能改善中藥水提液的溶液環(huán)境，具有較好的分離精制效果。

關(guān)鍵詞：山茱萸水提液；無機(jī)陶瓷膜；微濾；理化參數(shù)

doi:10.3969/j.issn.1004-2407.2015.03.002

中圖分類號(hào)：R284

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004-2407(2015)03-0224-04

Abstract:ObjectiveTo investigate the effects of inorganic ceramic membrane microfiltration on the water extraction liquid of Fructus corni.Methods In this study, the physical-chemical parameters (pH, turbidity, viscosity, conductivity, and the total dissolved solids), retentions of macromolecules (protein, starch, pectin, and tannins) and the transmittance of active ingredients were taken as indicators to comprehensively survey the refining procedure of Fructus corni water extraction liquid by inorganic ceramic membrane microfiltration. Results The physical-chemical parameters of Fructus corniwater extraction liquid showed different changes after filtration. Compared with the raw materials, the turbidity and total dissolved solids of permeate decreased 86.34% and 31.95%, respectively; the conductivity decreased about 15.88%; the viscosity slightly reduced and pH slightly increased.The retentions of starch, pectin and tannins were all higher than 70%, while protein was relatively low with the retention of 46.79%.The transmittance of active ingredients loganin reached up 75.28% .ConclusionThe ceramic membrane microfiltration technology can remove macromolecules effectively and retain the active ingredient included in Fructus corni water extraction liquid satisfactorily.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號(hào)：81373978)；陜西省重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(編號(hào)：2012KTC-20)

作者簡(jiǎn)介：李國(guó)龍，男，碩士研究生

收稿日期：(2014-12-12)

Study on the refining procedure ofFructuscorniwater extraction liquid using inorganic ceramic membrane microfiltration

LI Guolong1,2,TANG Zhishu1,2*,SONG Zhongxing2,WANG Mei1,2,GUO Dongyan1,2,LIU Hongbo1,2(1.Shaanxi University of Traditional Chinese Medicine, Xianyang 712046,China;2.Joint Center for Resource of Traditional Chinese Medicine, Xianyang 712000,China)

Key words:Fructuscorniwater extraction liquid; inorganic ceramic membrane; microfiltration;physical-chemical parameter

*通信作者：唐志書，男，博士，教授

中藥有植物、動(dòng)物和礦物不同來源，不可避免地需要“去偽存真，去粗取精”，因而“分離”是中醫(yī)藥領(lǐng)域的共性關(guān)鍵技術(shù)[1]。依據(jù)現(xiàn)代天然藥物化學(xué)研究，許多植物類中藥已經(jīng)分離鑒定出百余種化學(xué)成分，如何從中篩選出有確切藥效的物質(zhì)，又如何將它們進(jìn)行有效分離，是中藥現(xiàn)代分離技術(shù)所面臨的重要問題。現(xiàn)代研究表明，中藥有效成分，如生物堿、黃酮類、皂苷類等成分，其相對(duì)分子質(zhì)量大多數(shù)小于1 000，而它們卻是組成中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的主體；而非藥效成分，如淀粉、蛋白質(zhì)、果膠等高分子物質(zhì)，其相對(duì)分子質(zhì)量在50 000以上，它們是中藥制劑服用量大、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)的主要因素，需要通過“精制”單元操作加以除去。

膜分離技術(shù)是一種新型分離技術(shù)，它利用經(jīng)特殊制造的具有選擇透過性的薄膜，在外力作用下對(duì)混合物進(jìn)行分離、分級(jí)、提純、濃縮而獲得目標(biāo)產(chǎn)品[2]。它是利用膜孔徑的不同將待分離的物質(zhì)進(jìn)行分離。與傳統(tǒng)方法相比[3]，膜分離技術(shù)具有高效、節(jié)能、環(huán)保、過程簡(jiǎn)單等特性。近年來，不少學(xué)者已開展了膜分離在中藥精制方面的應(yīng)用研究。

膜分離技術(shù)可分為微濾、超濾、納濾、反滲透等。其中微濾、超濾更適合應(yīng)用于中藥領(lǐng)域[4-5]。微濾膜材質(zhì)主要分為有機(jī)高分子與無機(jī)物兩大類，其中無機(jī)物類中的陶瓷膜具有耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。本文以山茱萸中藥水提液為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，采用0.05 μm無機(jī)陶瓷膜對(duì)其進(jìn)行分離精制，考察膜微濾技術(shù)對(duì)山茱萸水提液理化參數(shù)、高分子物質(zhì)含量等的影響，為膜分離技術(shù)在中藥水提液精制操作中的應(yīng)用提供一定參考與借鑒。

1儀器與試藥

1.1儀器JWCMF-0.2 m2型陶瓷膜分離裝置(江蘇久吾高科技股份有限公司，裝置示意圖見圖1)；WJN-50多功能真空濃縮機(jī)(韓國(guó))；GQ76高速管式離心機(jī)(上海離心機(jī)械研究院)；UV-250型紫外分光光度計(jì)；FA21040N型電子天平(萬分之一)；D101型電熱鼓風(fēng)干燥箱(北京科偉永鑫實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備廠)；Brookfield博力飛DV-1黏度計(jì)(美國(guó)博力飛)；PHS-3型pH計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司雷磁儀器廠)；DDS-30型電導(dǎo)儀(上海精密儀器有限公司)；WGZ-3P型濁度計(jì)(上海昕瑞儀器儀表有限公司)。

圖1陶瓷膜結(jié)構(gòu)示意圖

1.儲(chǔ)液槽; 2.離心泵;3.流量計(jì);4.膜組件;5~6.壓力表;7.電子天平

Fig.1 The scheme of ceramic membrane

1.reservoir;2.centrifugal pump;3.flowmeter;4. membrane module;5-6.piezometer;7. electronic balance

1.2試藥山茱萸飲片購(gòu)于西安盛興中藥飲片有限公司，經(jīng)鑒定；馬錢苷對(duì)照品(批號(hào)111640-200604，中國(guó)食品藥品生物制品檢定研究院)；淀粉酶(北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司)；牛血清白蛋白(BSA，北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司)；乙腈、甲醇均為色譜純；水為蒸餾水；其余試劑均為分析純。

2實(shí)驗(yàn)方法

2.1山茱萸中藥水提液的制備取山茱萸飲片1 kg加12倍量水煎煮3次，每次1 h；紗布過濾，合并藥液，濃縮至10 L，以20 000 r·min-1高速離心后，即得膜過濾藥液。

2.2膜過濾操作根據(jù)膜裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)及參考常規(guī)的操作條件，本實(shí)驗(yàn)的操作條件參數(shù)設(shè)定為：壓力0.2 MPa，流速3 m·s-1，溫度控制在35±5 ℃。

2.3理化參數(shù)的測(cè)定分別取山茱萸水提液原液及原液經(jīng)陶瓷膜微濾所得的滲透液、截留液適量體積，分別測(cè)各樣品的pH、濁度、黏度、電導(dǎo)率及固含物等理化參數(shù)。其中樣品固含物按照《中國(guó)藥典》(2010年版)附錄ⅩA浸出物方法測(cè)定。各樣品理化參數(shù)平行測(cè)定5次，測(cè)定結(jié)果取其平均值。

2.4主要成分的測(cè)定

2.4.1色譜條件色譜柱: Thermo C18(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動(dòng)相為乙腈-水(15∶85)；檢測(cè)波長(zhǎng)：240 nm;流速:1 mL·min-1。

2.4.2對(duì)照品溶液的制備精密稱取經(jīng)五氧化二磷干燥至恒質(zhì)量的馬錢苷對(duì)照品適量，置于10 mL量瓶中，加體積分?jǐn)?shù)80%甲醇溶解，并稀釋至刻度，搖勻，即得質(zhì)量濃度為0.41 mg·mL-1的馬錢苷對(duì)照品溶液。

2.4.3供試品溶液的制備各樣品分別取2份，每份精密量取1 mL，置于25 mL量瓶中，定容，搖勻，過0.45 μm微孔濾膜，即得。

2.4.4樣品的測(cè)定取對(duì)照品溶液10 μL，連續(xù)進(jìn)樣5次，測(cè)定儀器的精密度；取對(duì)照品溶液5,10,15,20,25和30 μL，進(jìn)樣分析，考察馬錢苷的線性關(guān)系。精密吸取對(duì)照品溶液和供試品溶液各10 μL，按2.4.1項(xiàng)下的條件進(jìn)樣分析。

2.5高分子物質(zhì)含量測(cè)定

2.5.1蛋白質(zhì)含量測(cè)定

(1)顯色劑的配制精密稱取10 mg考馬斯亮藍(lán)G-250,加入5 mL乙醇，溶解，再精密量取10 mL體積分?jǐn)?shù)85%磷酸，加入，用水定容至100 mL，即為考馬斯亮藍(lán)工作液。

(2)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制精密稱取牛血清蛋白10 mg，溶于10 mL蒸餾水中，溶液的質(zhì)量濃度為1 000 μg·mL-1，即為對(duì)照品儲(chǔ)備液。精密移取0,0.1,0.2,0.4,0.6,0.8和1.0 mL牛血清蛋白儲(chǔ)備液，置于具塞玻璃試管中，再精密加入蒸餾水補(bǔ)充至1.0 mL，搖勻。從各試管中精密吸取0.1 mL，再分別加入5 mL考馬斯亮藍(lán)工作液，搖勻，2 min后，用1 cm比色池在595 nm處測(cè)定其吸光度[6]。結(jié)果質(zhì)量濃度在100~1 000 μg·mL-1范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理得線性回歸方程：A=0.000 5C+0.018 4，r=0.999 6。

(3)樣品測(cè)定各樣品分別取2份，每份取0.10 mL，按照2.5.1(2)項(xiàng)下的方法測(cè)定各樣品中的蛋白質(zhì)含量。

2.5.2淀粉的含量測(cè)定法

(1)酶水解各樣品分別取2份，每份樣品量取20 mL，置于250 mL燒杯中，再加30 mL水,置于沸水浴上，加熱大約15 min，使淀粉糊化，放冷至60℃以下，滴加20 mL淀粉酶溶液，在55~60 ℃保溫l h，攪拌。取1滴此液于白色點(diǎn)滴板上，加1滴碘溶液應(yīng)不呈藍(lán)色，若呈藍(lán)色，再重復(fù)上述操作，直至溶液加入碘液后不再為藍(lán)色；加熱，使酶失活，冷卻至室溫后，移入250 mL量瓶中，加水定容?；靹蚝筮^濾，收集濾液備用[7]。

(2)酸水解精密量取50 mL上述濾液，置于250 mL錐形瓶中，緩慢加入6.0 mol·L-1鹽酸溶液5 mL，加熱回流1 h，放冷，滴加2滴甲基紅指示液，緩慢滴入200 g·L-1氫氧化鈉溶液，至紅色剛好消失。將溶液移入100 mL量瓶中，加水定容至100 mL，備用。

(3)還原糖測(cè)定精密量取備用樣液(指酸水解后)20 mL，置于50 mL量瓶中，加水定容。轉(zhuǎn)移至燒杯，再精密量取堿性酒石酸銅甲液及乙液各25 mL，蓋上表面皿，加熱，使其4 min內(nèi)沸騰，煮沸2 min，趁熱用鋪好石棉的G4垂熔坩堝漏斗抽濾，并用60 ℃熱水反復(fù)洗滌燒杯及沉淀至不呈堿性為止。再將垂熔坩堝漏斗放回?zé)?，精密加入硫酸鐵溶液及水各25 mL，攪拌，使氧化亞銅完全溶解，以0.02 mol·L-1高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定，溶液終點(diǎn)為微紅色。

(4)酶解前還原糖測(cè)定各樣品分別取2份，每份精密量取5 mL，加水定容至50 mL,移入燒杯，加入25 mL堿性酒石酸銅甲液及25 mL乙液，于燒杯上蓋一表面皿，加熱，控制在4 min內(nèi)沸騰，煮沸2 min，趁熱用鋪好石棉的G4垂熔坩堝漏斗濾過，并用60 ℃熱水反復(fù)洗滌燒杯及沉淀至不呈堿性為止。再將垂熔坩堝漏斗放回?zé)?，精密加入硫酸鐵溶液及水各25 mL，攪拌，使氧化亞銅完全溶解，以0.02 mol·L-1高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定，溶液終點(diǎn)為微紅色。

(5)結(jié)果計(jì)算

①樣品中還原糖質(zhì)量相當(dāng)于氧化亞銅的質(zhì)量

m為樣品中還原糖質(zhì)量約等于氧化亞銅的質(zhì)量(mg)；V為滴定樣品液所用高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液的體積(mL)；C為高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定液濃度(mol·L-1)，0.01 mol·L-1

②氧化亞銅約等于葡萄糖質(zhì)量

m′=0.438 8x-0.480 5

x為上式計(jì)算出的氧化亞銅的質(zhì)量m；淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)=(m′×0.9×5×5)/1 000M；M為為取樣量

根據(jù)維特根斯坦的家族相似理論，作為家族范疇的成員，不必具有其范疇的所有屬性，而是AB、BC、CD、DE式的家族相似關(guān)系，即一個(gè)成員與其他成員至少有一個(gè)或多個(gè)共同屬性。范疇成員的特性不完全一樣，他們是靠家族相似性來歸屬于同一范疇。而范疇沒有固定的明確的邊界，是隨著社會(huì)的發(fā)展和人類認(rèn)知能力的提高而不斷形成和變化發(fā)展的。

2.5.3果膠含量測(cè)定

(1)果膠測(cè)定各樣品分別取2份，每份精密量取30 mL，置于燒杯中，精密加入0.1 mol·L-1氫氧化鈉溶液100 mL，攪拌，放置30 min。再加入50 mL 1.0 mol·L-1醋酸溶液，5 min后，攪拌，并緩慢加入1 mol·L-1氯化鈣溶液25 mL，放置約1 h。煮沸4 min，趁熱用恒質(zhì)量的G2垂熔坩堝漏斗濾過，用熱雙蒸水洗滌，滴加1.587 mol·L-1硝酸溶液至無白色沉淀為止。濾渣連同漏斗一同置于105℃烘箱中，加熱至恒質(zhì)量[8]。樣品中果膠物質(zhì)的含量以果膠酸計(jì)。

(2)結(jié)果計(jì)算

果膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)=(m1-m2)×0.923 3×100/m

m1:果膠酸鈣和G2垂熔坩堝漏斗的質(zhì)量(g);m2:G2垂熔坩堝漏斗質(zhì)量(g);m:待測(cè)樣品的質(zhì)量(g)(樣品體積數(shù)≈樣品質(zhì)量);0.923 3:由果膠酸鈣換算為果膠酸的系數(shù)。

2.5.4鞣質(zhì)含量測(cè)定

(1)鞣質(zhì)測(cè)定各樣品分別取2份，每份量取250 mL濾過，備用[9]，精密量取濾液25 mL，于水浴鍋上蒸干，殘?jiān)?05 ℃至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量(T1)；精密量取濾液100 mL，加入5.0 g皮粉，于搖床室溫振蕩15 min，過濾，精密量取濾液25 mL，于水浴鍋上蒸干，殘?jiān)?05 ℃干燥至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量(T2)；精密量取水100 mL，加皮粉5.0 g，于搖床室溫振蕩15 min，濾過，精密量取其濾液25 mL，于水浴鍋上蒸干，殘?jiān)?05 ℃干燥至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量(T0)。

(2)結(jié)果計(jì)算

鞣質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)=(T1-T2+T0)×100/W

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1山茱萸水提液陶瓷膜微濾前后理化參數(shù)及有效成分的變化結(jié)果見表1。從表1中可以看到，與原藥液相比，滲透液的濁度和固含量變化較大，分別降低了86.34%和31.95%。濁度是分散體系中不同大小、不同密度的懸浮物和膠體物質(zhì)等對(duì)光照所產(chǎn)生效應(yīng)的表征。中藥水提液濁度的變化可以反映出膜的截流性能。

表1山茱萸水提液陶瓷膜微濾前后理化參數(shù)及有效成分的變化

Tab.1 Changes in physical and chemical parameters and active ingredient ofFructuscorniwater extraction liquid before and after the ceramic membrane microfiltration

( n=5)

3.2山茱萸水提液陶瓷膜微濾前后主要高分子物質(zhì)含量變化結(jié)果見表2。山茱萸中藥水提液經(jīng)陶瓷膜微濾后其滲透液的濁度較小,長(zhǎng)時(shí)間放置幾乎不產(chǎn)生沉淀，說明其水提液由多相不均勻粗分散系統(tǒng)變?yōu)榻咏嗾嫒芤合到y(tǒng),其熱力學(xué)性質(zhì)亦趨向于穩(wěn)定[10]。滲透液的電導(dǎo)率降低了約15.88%，這可能是由于山茱萸水提液中帶有電荷的膠體物質(zhì)等成分被截留除去，而降低了滲透液的導(dǎo)電性。高分子物質(zhì)的減少使其滲透液黏度降低，主要成分馬錢苷的透過率達(dá)到75.28%。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷膜微濾能有效除去無效高分子物質(zhì)，同時(shí)又能較大程度地保留有效小分子物質(zhì)。經(jīng)陶瓷膜微濾后，山茱萸水提液中4種高分子物質(zhì)含量都有不同程度地降低。淀粉、果膠和鞣質(zhì)的截留率均超過70%，其中果膠的截留率最大，達(dá)到85.61%；而蛋白質(zhì)的截留率則相對(duì)較低，只有46.79%。這可能是由于4種高分子物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量大小、分子結(jié)構(gòu)等理化性質(zhì)的不同而使其在膜的截留率方面表現(xiàn)出一定的差異性。

表2山茱萸水提液陶瓷膜微濾前后主要高分子物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果

Tab.2 The content of main polymer material ofFructuscorniwater extraction liquid before and after ceramic membrane microfiltration

樣品蛋白質(zhì)/g·mL-1淀粉/g·mL-1果膠/g·mL-1鞣質(zhì)/g·mL-1原藥液1.09×10-47.67×10-41.28×10-41.62×10-4截留液6.10×10-54.52×10-46.93×10-41.01×10-4微濾液5.80×10-51.86×10-41.84×10-44.80×10-5

4討論

本實(shí)驗(yàn)以溶液理化參數(shù)、高分子截留率及主要成分透過率等為指標(biāo)，考察分析了無機(jī)陶瓷膜微濾對(duì)山茱萸水提液的精制效果。研究結(jié)果初步表明，無機(jī)陶瓷膜微濾技術(shù)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，對(duì)高分子物質(zhì)截留率高，對(duì)小分子成分截留少，可克服傳統(tǒng)水提醇沉工藝中存在的有效成分損失嚴(yán)重、乙醇用量大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)等不足。我們將進(jìn)一步開展壓力對(duì)膜濾過通量的影響、濾過藥液溫度對(duì)濾過效果的影響、無機(jī)陶瓷膜有效再生方法等系統(tǒng)研究，為無機(jī)陶瓷膜微濾技術(shù)在中藥提取分離中的推廣應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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