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        膜分離技術及其在中藥提取分離中的應用

        2021-11-28 01:23:11張浩農
        魅力中國 2021年51期
        關鍵詞:微濾納濾超濾膜

        張浩農

        (河南醫(yī)藥健康技師學院,河南 開封 475000)

        中藥傳承著我國幾千年的歷史文化,其獨特的療效在醫(yī)藥領域中發(fā)揮著關鍵作用。中藥成分相對復雜,僅靠傳統(tǒng)中藥提取分離法,很難獲取良好的分離效果,因此,很多中藥制劑都存在著劑量大、質量不穩(wěn)定、不易攜帶及制劑粗糙等缺點。為了實現(xiàn)中藥現(xiàn)代化,真正的向全世界推廣中藥,必須合理應用高新技術,保證中藥制藥品質,實現(xiàn)現(xiàn)代化中藥生產(chǎn)。膜分離技術是我國中藥制藥的高新技術,可將中藥提取物雜質去除,取其有效成分,對中藥領域的發(fā)展起到了不可忽視的作用。

        一、膜分離技術原理及分類

        膜分離技術所選擇的分離遞質多為選擇性的透過膜,當膜兩側具有濃度差、電位差或壓力差時,一側的原料會選擇性的透過膜,從而實現(xiàn)純化分離的效果。有研究結果顯示,在中藥成分純化分離中應用膜分離技術,可發(fā)揮脫水濃縮、濾除小分子物質、截留大分子雜質等三項功效。該技術在分離期間不會發(fā)生變化,且可于常溫狀態(tài)下操作,有著較大的分離系數(shù),消耗低。因此,傳統(tǒng)的冷凝吸附、過濾、萃取、蒸餾及重結晶將被取代,實現(xiàn)有效分離。中藥提取液在分離中藥成分期間,所含的固體雜質較多,直接用膜分離技術,很可能會污染膜,降低使用膜的壽命。因此,在使用膜分離前要預處理提取液,預處理藥液的相關步驟包括以下幾點:1.絮凝沉淀:將絮凝劑加入制藥中,沉積大部分懸浮物,從而增大懸浮顆粒尺寸,更容易被超濾膜分離。2.用壓濾將較大的固體物質去除。按孔徑大小可將分離膜劃分為納濾(1-10nm)、超濾(10-100nm)及微濾(≥0.01μm),可依據(jù)不同對象的需求實行不同的膜分離技術。

        二、膜分離技術在中藥提取分離中的應用

        (一)微濾

        微濾(microfiltration)在膜技術中使用較早,是以篩分作為分離機理,在分離期間發(fā)揮主要作用的為膜的物理結構,分離過程中采取推動力為壓力差,膜孔徑呈0.01~10μm 大小,推動壓力差在0.1MPa 以下。微濾在醫(yī)療和制藥期間多用于澄清藥液、除菌過濾及去除病毒和顆粒物,凈化醫(yī)療用水以及預處理反滲透過程。微濾膜材料分為兩類,包括無機材料和有機材料,無機材料中較為常見的有沸石、玻璃、金屬氧化物、陶瓷等,而有機材料的相關成分包括聚丙烯、聚礬、纖維素酯類。無機膜相比有機膜有著更穩(wěn)定的化學物質,耐高溫,且抗污染性良好,機械強度較優(yōu),便于清洗,近幾年來已經(jīng)獲得快速發(fā)展。

        相關研究[1]表明,通過分析比較傳統(tǒng)醇沉工藝與微濾膜分離,進行清肝顆粒優(yōu)選提取,發(fā)現(xiàn)膜分離法比醇沉法的效果更優(yōu),在進行清肝顆粒提取時,便于操作,節(jié)約能源,有效成分中含有較高的綠原酸。有研究結果[2]顯示,用0.2μm 陶瓷微濾膜裝置微濾主要原料為黃芪的中藥藥酒,并對比分析微濾前后液體,發(fā)現(xiàn)微濾前藥酒為渾濁液體,微濾后表現(xiàn)為黃褐色澄清透明液,未改變其余成分,表示無機陶瓷膜可將中藥藥酒澄清效果提升。還有研究學者對女貞子水煎液藥效部位采取陶瓷微濾膜分離,所選擇的受試液為曲膜分離所獲取的過濾液,對照組選取上清液,探究膜分離提取物是否會影響小鼠免疫作用。結果發(fā)現(xiàn)女貞子膜分離所獲得的微濾液可提升動物實驗免疫功能,且提升的免疫功能作用明顯比上清液更優(yōu)。還有研究學者[3]基于膜通量為指標,通過優(yōu)化膜材質、濃度、溫度及壓力,將地龍勻漿液中藥效物質有效分離,顯示膜通量隨著增加溫度、過濾壓差而呈上升趨勢,伴隨濃度的提升而降低,確定分離時一級膜管與二級膜管分別選擇0.2μmAl2O3、50nmZrO2。

        (二)超濾

        超濾(ultrafiltration) 是借助膜兩側不同的壓力差,選擇性的分離不同分子量的溶質。以篩分為分離機理,膜孔徑呈10-100nm 大小,推動壓力差為1-100MPa 大小,可將0.0012~0.05μm 的溶質分子和大約1000 萬分子量的高分子化合物、蛋白、菌絲、熱源、病毒、膠體從液體中除去,常用于脫鹽濃縮與大分子物質的分級分離,純化小分子物質。超濾過程未改變,不使用有機溶劑,有著較高的分離選擇性,可發(fā)揮良好的除雜效果,提升注射劑、口服液等液體制劑的澄明度,除了可將儲存時間延長,還能夠將熱原和細菌去除,在操作過程中實現(xiàn)自動化、連續(xù)化的優(yōu)勢,與現(xiàn)代化中藥生產(chǎn)機理符合。相關研究[4]表明,采取卷式超濾膜分離提純靈芝多糖,確定為6000D 膜截留分子量,0.6 MPa 超濾壓力 以及45min 時間,制得純度為73.5%的靈芝多糖,可獲得69.4%的回收率,表示以超濾膜技術行靈芝多糖分離提純,工藝相對簡單,可獲取顯著效果。有研究結果顯示,以高效液相色譜法對白芍超濾液中芍藥苷的含量進行檢測,研究超濾膜對白芍醇提液分離體外抗腫瘤的活性及藥效部位,發(fā)現(xiàn)白芍超濾液藥效部位可抑制腫瘤細胞,與給藥時間及給藥劑量具有相關性。說明白芍醇提液藥效部位經(jīng)超濾膜分離可于體外發(fā)揮良好的抗腫瘤活性。

        (三)納濾

        納濾(nanofiltration)是一種膜分離過程,發(fā)生于反滲透和超濾之間,可將超濾和反滲透區(qū)間的空白填補。在分離期間的推動力為壓力差,是以吸附擴散作為分離機理。孔膜孔范圍在1-10nm 可將300-1000 的小分子物質的分子量去除,推動壓力差呈0.5~1.5MPa。納濾膜由于截留分子量介于超濾與反滲透之間,同時還有Donna效應存在,因此對分離低分子量有機物和鹽可發(fā)揮顯著效果,不會對分離物質生物活性、無公害及節(jié)能等特征造成影響,已經(jīng)在各類分離、濃縮及精制醫(yī)藥工業(yè)中獲得了廣泛應用,多用于分離、純化、澄清過濾抗生素、維生素及氨基酸等發(fā)酵液。納濾膜同時具有透析和濃縮的作用,可達到最小的溶質的損失,常聯(lián)合應用其他膜技術。相關研究[5]表明,采取一級納濾和兩級超濾分離、濃縮銀黃煎液,采取HPLC 法對綠原酸含量和黃芩苷含量進行檢測,以蒽酮試劑比色法對多糖含量進行檢測,探究銀黃復方有效部位采取膜分離技術提取的有效性,結果發(fā)現(xiàn)糖含量呈3.41mg·mL-1,從原液中轉移黃芩苷的可能性為77.24%,從綠原酸轉移黃芩苷的可能性為79.02%,表明于銀黃水煎有效部位采取膜分離方法進行分離,便于操作,可將多糖在內的不同類型活性成分保留。相關研究表明,經(jīng)低溫提取工藝,采取微濾膜除去雜質,納濾膜濃縮麻黃堿,可確保最佳提取工藝,可將麻黃堿生產(chǎn)工藝以及處理廢水問題解決,有效提升麻黃堿收率,減弱耗能。相關研究[6]表明,在提出的新工藝中可納入20t·h-1 納濾膜連續(xù)濃縮大豆低聚糖,該工藝流程可穩(wěn)定運行,有著較高的自動化程度,經(jīng)濟適用,可使連續(xù)生產(chǎn)的要求獲得滿足,高效率運行膜分離裝置。

        三、膜集成工藝

        膜集成工藝在提取中藥成分中獲得了廣泛應用,經(jīng)聯(lián)合各級膜處理,可有效進行純化分離,便于操作,且所用裝置十分簡便,很容易實現(xiàn)自動化控制。有研究結果[7]顯示,采取微濾結合超濾的方法在枸杞果肉中提取枸杞多糖,可達到90.4%的截留率,以微濾作為超濾的預處理,在使超濾減輕負擔的同時,其通量比超濾更大,可以以更便宜的價格完成。濃縮枸杞多糖期間超濾的合理運用,可進一步縮小截留的分子量。還有研究結果[8]顯示,在提取靈芝液時對特定物質的選擇分離性能,可依據(jù)微孔過濾、納濾、超濾各種膜,創(chuàng)建新型膜集成工藝,即篩網(wǎng)和濾紙粗過濾除雜以及納濾凈化處理,經(jīng)切割不同分型的分子質量膜實行兩級納濾,之后用納濾將靈芝凈化濃縮。超濾滲透液經(jīng)納濾濃縮,獲得6 倍的濃縮效果,在濃縮期間納濾滲透液的色度可穩(wěn)定至70-80,可獲取較高的有效成分截留率。

        四、膜分離技術與其他方法于中藥提取中的聯(lián)合應用

        膜分離聯(lián)合其他方法用于提取有效物質,可彌補傳統(tǒng)方法低效率、污染大的不足,促進我國藥用資源的開發(fā)。相關研究[9]表明,大孔樹脂吸附技術聯(lián)合超濾技術于葫蘆巴藥材中提取分離葫蘆巴總皂苷,葫蘆巴提取液經(jīng)大孔樹脂吸附精制后,明顯降低污染超濾膜的成分,且可實現(xiàn)超濾的精制效果,提升有效成分含量,將樹脂的脫落微粒清除。大孔樹脂吸附技術聯(lián)合超濾技術所制備的高含量有效成分提取物是常規(guī)手段無法制備的。相關研究[10]表明,以沉淀劑結合膜分離法可提取豬小腸黏膜中的肝素鈉,膜分離法較乙醇沉淀法,可降低大于85%的乙醇用量,達到29.03%的回收率和61.8μ·mg-1 的效價,膜分離與沉淀結合法實現(xiàn)了合理的工藝設計,方法可靠,實踐價值較高。中藥存在著復雜的化學成分,中藥水提液是一種復雜體系,是由懸浮液、乳濁液混合真溶液,有著幾十至幾百萬的分子量,對中藥有效成分進行純化和分離中藥可發(fā)揮關鍵作用,而中藥加工開發(fā)期間會出現(xiàn)損傷有效成分的難題。在進行膜分離工藝運用時,需對不同的影響條件進行考察,確保選取最佳工藝。一般需考察的因素包括溫度、膜面流速、跨膜壓差及膜管孔徑,以膜通量等指標。

        五、結語

        膜分離技術相比傳統(tǒng)提取方法,可有效適應中藥多成分多靶點,其優(yōu)勢包括有著較強的可控性、便于操作、節(jié)能、高效、便于放大工藝及污染小等,在中草藥有效成分的分離和純化方面獲得了顯著進步,發(fā)展前景良好。隨著不斷發(fā)展現(xiàn)代科技,膜分離技術在中藥分離純化中也開始日趨成熟。

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