膜技術(shù)純化枸杞多糖的試驗(yàn)研究

王博,程國(guó)才,王財(cái)林,王婷婷,斯聰聰*

膜技術(shù)純化枸杞多糖的試驗(yàn)研究

王博1,程國(guó)才2,王財(cái)林2,王婷婷3,斯聰聰2*

1. 浙江醫(yī)藥高等?？茖W(xué)校制藥工程學(xué)院, 浙江 寧波 315100 2. 廣東青云山藥業(yè)有限公司, 廣東 韶關(guān) 512600 3. 西峽縣中等職業(yè)學(xué)校, 河南 南陽 474550

為精制枸杞多糖（Polysaccharide，LBP），并獲得可靠的工藝參數(shù)，為工業(yè)化生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)提供必要的數(shù)據(jù)積累和依據(jù)。本文采用高速離心和膜技術(shù)相結(jié)合的試驗(yàn)方法對(duì)枸杞水提液進(jìn)行處理，選用截留分子量為1×104的超濾膜濃縮純化LBP，并用硫酸-苯酚顯色法測(cè)定截留液和透過液多糖的含量。結(jié)果表明:操作時(shí)間和操作壓力對(duì)膜通量有較大的影響。在料液溫度25 ℃、操作壓力0.8 MPa條件下，對(duì)枸杞水提的第一汁、第二汁和合并液超濾4~5 h，所得截留液干燥快速，其多糖含量分別為15.51%、8.36%和14.24%。因此，采用膜技術(shù)分離枸杞水提液的工藝操作簡(jiǎn)單，能耗小，純化效果較顯著，所得成品性狀好，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。

枸杞多糖; 膜技術(shù); 純化

枸杞是我國(guó)傳統(tǒng)的名貴中藥材，子、花、葉、根、皮都可入藥，具有很高的藥用和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。枸杞的生物活性成分主要有枸杞多糖（Polysaccharide，LBP）、枸杞色素和枸杞籽油等。枸杞多糖具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能、抗氧化、延緩衰老、護(hù)肝抗腫瘤、降血脂、防止遺傳損傷等作用[1,2]。關(guān)于枸杞子的鑒定研究已有很多報(bào)道[3]，但枸杞多糖為水溶性物質(zhì)，生物利用度低，使枸杞多糖被開發(fā)成藥用劑型最大發(fā)揮其療效帶來很大困難[4]。多糖又稱多聚糖，是由20個(gè)以上的單糖以糖昔鍵相連組成的聚合物。枸杞多糖的提取主要有水提法、堿提法、酶解法、超聲波法和微波法等[5-9]，采用以上方法提取的多糖中常含有無機(jī)鹽、木質(zhì)素、醇不溶的小分子有機(jī)物（如低聚糖等）及色素等雜質(zhì)。用于分離枸杞多糖的方法主要有醇沉、柱層析等[2,7,9]。這些方法工序復(fù)雜，耗用有機(jī)溶劑，生產(chǎn)周期長(zhǎng)。其中，傳統(tǒng)水提醇沉工藝存在著總固體及有效成分損失嚴(yán)重，乙醇用量大且回收率低，成本高，同時(shí)帶來防火、防爆安全及環(huán)境污染等問題[10]。膜技術(shù)以膜兩側(cè)的壓力差為動(dòng)力，在常溫下使流體中的一種或幾種物質(zhì)能透過，而將其它物質(zhì)截留，從而實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)與溶劑的分離、濃縮與純化[10,11]。近年來關(guān)于膜技術(shù)處理枸杞多糖的研究多集中在不同截留分子量的超濾膜對(duì)LBP截留率及抗氧化活性的影響方面[12-14]，而有關(guān)膜技術(shù)在枸杞多糖精制的工業(yè)化試驗(yàn)研究鮮有報(bào)道。

因此，在膜分離純化枸杞多糖擬投入大生產(chǎn)的背景下，為了探討大生產(chǎn)中一邊提取一邊濃縮純化枸杞多糖的工藝，本文采用高速離心和膜技術(shù)相結(jié)合的方法處理枸杞水提取液，從而開展純化枸杞多糖的試驗(yàn)研究，為膜技術(shù)用于枸杞藥材深加工和工業(yè)化生產(chǎn)積累數(shù)據(jù)，并提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

枸杞子，毫州市建誠(chéng)藥業(yè)供應(yīng)，批號(hào)為111001、120480，產(chǎn)地：寧夏，檢測(cè)數(shù)據(jù)：水分16.0%，薄層合格，浸63.27%，選用寧夏枸杞子的原因：寧夏地區(qū)所產(chǎn)枸杞在枸杞多糖、枸杞黃酮和硒的累積方面具有優(yōu)勢(shì)[15]。

無水葡萄糖，標(biāo)準(zhǔn)品；水為純化水（自制）。

苯酚（C6H6O，PhOH），又名石炭酸、羥基苯，硫酸，兩類均為分析純，源于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

圖 1 膜分離系統(tǒng)試驗(yàn)裝置圖

1.2 儀器與設(shè)備

膜分離設(shè)備（見圖1），浙江賽特膜技術(shù)有限公司生產(chǎn)；超濾膜，膜濾材質(zhì)為復(fù)合膜，膜面積1m2；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，由國(guó)華電器有限公司生產(chǎn)；TQ-0.2型多功能濃縮提取罐，溫州正展機(jī)械有限公司生產(chǎn)；LNCH-6kg分析天平，稱量范圍：20~6000 g，檢定分度值：1 g，實(shí)際分度值：0.1 g，由昆山鈺恒電子衡量器有限公司生產(chǎn)；RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，由上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)；DZF-6050型真空干燥箱，由上海一恒科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；GQ145高速管式分離機(jī)，分離筒轉(zhuǎn)速14000 r/min，容積11 L，透水能力2 T/h，由上海浦東天本離心機(jī)械有限公司生產(chǎn)；UV-6100S紫外可見分光光度計(jì)，由上海美譜達(dá)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 膜分離純化工藝流程采用膜技術(shù)分離純化枸杞多糖的工藝流程如圖2所示。

圖 2 膜分離純化工藝流程

1.3.2 枸杞提取液制備將枸杞子置于多功能提取罐中，以水為溶媒，加8倍量水回流提取2 h，過濾提取液，得第一汁；對(duì)藥渣加6倍量水二次回流提取1.5 h，過濾提取液，得第二汁；取第一汁、第二汁各一半，混合得合并液。

1.3.3 枸杞提取液純化實(shí)驗(yàn)采用GQ145高速管式分離機(jī)和膜分離設(shè)備對(duì)枸杞多糖提取液進(jìn)行兩級(jí)處理，為了避免對(duì)超濾膜造成污染，高速離心（7000 r/min）提取液，通過離心力的作用，使枸杞水提液中一些絮狀沉淀、微粒、亞微粒、較大顆粒雜質(zhì)如藥渣等得以沉降分離，固形物沉降效果較好，為超濾提供較好的預(yù)處理。

采用超濾膜主要在于去除枸杞藥液中分子量較小的無機(jī)小分子等。其中，膜孔徑是影響膜分離中目標(biāo)產(chǎn)物收率和含量大小的關(guān)鍵因素。諸多學(xué)者[2,9,12]對(duì)枸杞多糖分子量及組成的研究表明，其分子量為0.8×104~21.48×104，大多集中在1萬以上。因此，選用切割分子量為10000的超濾膜進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)超濾膜截留液和透過液濃縮、干燥。操作溫度和壓力對(duì)膜分離過程和膜通量有顯著的影響。因此，本試驗(yàn)以固收率、枸杞多糖含量和膜通量為性能指標(biāo)，考察操作時(shí)間和操作壓力對(duì)膜分離純化過程的影響。其中膜通量計(jì)算公式為：膜通量（/(m2·h）=/×，其中為取樣（透過液）體積（L），為取樣時(shí)間點(diǎn)（h），為膜面積（m2）。

1.3.4 枸杞多糖含量的測(cè)定采用苯酚~硫酸法測(cè)定每份樣品中的枸杞多糖含量。

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制稱取10.00 mg無水葡萄糖對(duì)照品，加純化水溶解并定容至100 mL，即得標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL。精密移取0.2 mL、0.4 mL、0.6 mL、0.8 mL、1.0 mL、1.2 mL于20 mL具塞試管中，加水至2.0 mL，后加入5%苯酚溶液1.0 mL，硫酸溶液5.0 mL，搖勻，放置10 min，置沸水浴中加熱15 min，取出，冷卻至常溫[16]。以相應(yīng)的試劑為空白，照紫外-可見分光光度計(jì)，在490 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，以吸光度為縱坐標(biāo)，葡萄糖質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[16]。

（2）枸杞提取物中多糖含量的測(cè)定精密稱取樣品40 mg，加入80%乙醇50 mL，加熱回流1 h，過濾，濾渣與濾器用熱80%乙醇30 mL分次洗滌，濾渣連同濾紙置燒瓶中，加水150 mL，加熱回流2 h，過濾，用少量熱水洗滌濾器，合并濾液和洗液，放冷、移至250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，精密量取1 mL置于具塞試管中，加水1 mL，后加入5%苯酚溶液1.0 mL，硫酸溶液5.0 mL，搖勻，放置10 min，置沸水浴中加熱15 min，取出，冷卻至常溫[16]。以相應(yīng)的試劑為空白，照紫外-可見分光光度計(jì)，在490 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得出的回歸方程[16]，計(jì)算供試品溶液中的多糖含量（μg），計(jì)算公式如下：

式中：，樣品中多糖含量（以葡萄糖計(jì)）（g/100 mL）；，供試品溶液中含葡萄糖的質(zhì)量（mg）；，樣品稀釋倍數(shù)；1，比色時(shí)所取的樣品溶液體積（mL）。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象觀察

觀察膜濃縮枸杞第二汁時(shí)流量計(jì)中的截留液和透過液顏色，發(fā)現(xiàn)截留液隨著時(shí)間的推移逐漸變深變濃。取截留液和透過液各500 mL濃縮后，先后置于恒溫水浴鍋和真空干燥箱干燥。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，截留液可干燥，透過液為膏狀，易吸潮，不易干燥。主要是因?yàn)殍坭剿嵋褐写疾蝗艿男》肿佑袡C(jī)物如低聚糖透過超濾膜而存在于透過液中。

2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

對(duì)第一汁、第二汁和合并液各進(jìn)行兩次膜分離純化試驗(yàn)。對(duì)其截留液和透過液濃縮、干燥后檢測(cè)枸杞多糖含量，計(jì)算部分含固量、固收、相對(duì)收率和絕對(duì)收率，取平均值，見表1。

表 1 膜濃縮枸杞試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知：（1）膜濃縮枸杞第二汁水提液，料液含固量由2.39%增加到3.78%，提高了58.16%；第一汁枸杞水提液，料液含固量由3.38%增加到4.27%，提高了26.33%。表明對(duì)含固量較低的料液進(jìn)行超濾，含固量會(huì)有較大幅度的提升空間；（2）枸杞果肉中多糖含量為4.35%，經(jīng)過超濾膜分離后，第一汁、第二汁和合并液的截留液多糖含量可達(dá)15.51%、8.36%和14.24%，第一汁多糖含量為第二汁的1.8倍，膜分離效果好。只是截留液的收率僅有7.29%，有待提高。透過液多糖含量為3.7%，表明切割分子量為1萬的超濾膜可以截留大部分枸杞多糖，多糖損失較少；（3）膜技術(shù)純化枸杞多糖獲得的工藝參數(shù)，可為工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的數(shù)據(jù)支持。

2.3 操作時(shí)間-膜通量關(guān)系圖

采用截留分子量為1×104超濾膜，在操作壓力為0.8 MPa、溶液溫度為常溫（25 ℃）時(shí)進(jìn)行超濾試驗(yàn)，測(cè)得膜通量隨時(shí)間而變化的關(guān)系，見圖3。

由圖3可以看出：

（1）膜通量在開始的0.5 h內(nèi)下降明顯，隨后，膜通量的衰減變化比較緩慢，在料液濃縮到一定程度時(shí)，膜通量降低到較小值，并基本恒定。原因是采用了高速離心預(yù)處理，去除了大量的大分子物質(zhì)，減輕了濃差極化和凝膠層阻擋作用，因而使膜處理過程相對(duì)穩(wěn)定。

（2）膜濃縮第一汁0.67 h時(shí)，膜通量降至6 L/(m2·h)，3 h后趨于平穩(wěn)狀態(tài)。膜濃縮枸杞第二汁時(shí)，在前1.25 h內(nèi)，膜通量達(dá)到10 L/(m2·h)以上，2.75 h后才降至6 L/(m2·h)。

（3）4 h內(nèi)濃縮33 L第一汁和45 L第二汁的膜通量分別為2.76~8.16 L/(m2·h)和5.22~25.2 L/(m2·h)。同樣條件下，第二汁的膜通量高于第一汁，且膜設(shè)備對(duì)第二汁的處理量也更大。結(jié)合表1可知，料液含固量越高，膜分離耗時(shí)越多，故料液濃度較高時(shí)，可補(bǔ)水稀釋進(jìn)一步分離，提高純度。

圖 3 操作時(shí)間對(duì)膜通量的影響

2.4 操作壓力對(duì)膜通量的影響

料液溫度為25 ℃時(shí)進(jìn)行超濾（1 W）試驗(yàn)，測(cè)得膜通量隨壓力變化的關(guān)系，見圖4。

由圖4可見：試驗(yàn)過程中，料液的膜通量隨著操作壓力的增大而增大；但隨著料液濃度的增大，尤其是后期，增大壓力后，膜通量是下降的。原因是料液含固量過高，超濾膜和料液之間的濃差極化急劇增加，使膜面上較快形成凝膠層，從而增大了料液透過膜的阻力，所以，即使增大壓力，也難以挽回膜通量下降的趨勢(shì)。

圖 4 操作壓力對(duì)膜通量的影響

2.5 操作時(shí)間對(duì)壓力、溫度的影響

起始?jí)毫?.8 MPa、料液溫度為18.5 ℃時(shí)，在自然狀態(tài)下對(duì)枸杞水提液進(jìn)行超濾（1 W）試驗(yàn)，記錄數(shù)據(jù)，并繪制時(shí)間-壓力、時(shí)間-溫度曲線，見圖5。

由圖5可知，料液含固量隨著時(shí)間逐漸增大，溫度緩慢提高，且膜通量呈下降趨勢(shì)。從整體趨勢(shì)上看，隨著料液濃度的增大，尤其是后期，壓力會(huì)緩慢上升。

圖 5 操作時(shí)間對(duì)料液溫度、操作壓力的影響

3 結(jié)論

膜分離技術(shù)屬于物理方法，不會(huì)引入雜質(zhì)，且在低溫下可實(shí)現(xiàn)藥液的分離純化，耗能少，操作條件溫和，減少了藥材有效成分的影響。枸杞水提液第一汁和合并液經(jīng)過超濾處理后，其截留液干燥快速，且多糖含量>14%，與枸杞藥材中LBP含量相比，提高了3倍以上。膜分離效果好，產(chǎn)品純度較高，生產(chǎn)效率高，具有重要的使用價(jià)值。經(jīng)過多次的試驗(yàn)研究，工藝技術(shù)參數(shù)趨于穩(wěn)定，因此，利用切割分子量為1萬的超濾膜分離純化枸杞多糖方法可行，工藝操作簡(jiǎn)單，能耗小，產(chǎn)品可靠，中試完成后，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)?；a(chǎn)。

本研究獲得的工藝參數(shù)，為生產(chǎn)中第二汁的提取和第一汁的濃縮純化同時(shí)進(jìn)行提供了一定的數(shù)據(jù)積累和支持，并為生產(chǎn)上枸杞的提取、分離、濃縮、純化一體化工程技術(shù)實(shí)施的可行性提供了參考依據(jù)，對(duì)枸杞純化的工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的工程指導(dǎo)意義。

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Experimental Study on Purification of Polysaccharides inby Membrane Technology

WANG Bo1, CHENG Guo-cai2, WANG Cai-lin2, WANG Ting-ting3, SI Cong-cong2*

1.315100,2.512600,3.474500,

TOextract Polysaccharides fromand get reliable operation parameters which could provide an essential basis and dataaccumulation for the industrial-scale production, Combining with the high speed centrifugation method, ultrafiltration membrane was carried out to separate and purifypolysaccharides (LBP). The molecular weight cut-off of LBP was 1×104.Sulphuric acid-phenol method was used to determine the content of polysaccharides from the trapped fluid and permeation fluid in experimental process.Results showed that the pressure, time and temperature had great influences on the flux. While the operating pressure was 0.8 MPa, the solution temperature was 25 ℃ and the time was 4~5 hours, the content of LBP from the different rapped fluid of first juice extract, second juice extract and mixed extract were 15.51%, 8.36% and 14.24% respectively. And the trapped fluid could be quickly dried. The membrane separation technology forwater extract with low energy consuming was simple and purification efficiency was fairly significant. The finished products had good character, suitable for industrial production.

Polysaccharides (LBP); membrane technlogy; purification

R284.2

A

1000-2324(2019)03-0420-05

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.03.013

2018-04-05

2018-05-18

浙江省教育廳高等學(xué)校訪問工程師校企合作項(xiàng)目(FW2012005);校級(jí)課題(2019011)

王博(1984-),女,碩士,講師,主要從事制藥設(shè)備、膜技術(shù)等相關(guān)工作. E-mail:green1224@163.com

Author for correspondence. E-mail:sicongcong@taiyi-nb.com