陶瓷膜微滤技术精制黄芪颗粒的研究

【摘要】 　　目的考察无机陶瓷膜在黄芪水提液精制过程中，不同孔径的膜对膜过程的影响，进行膜过程优化设计。方法以黄芪水提液为研究对象，测定了4种不同孔径膜及不同操作参数下膜通量的变化、有效成分含量及固形物含量等。结果对于本体系，孔径为50 nm的氧化铝膜渗透通量最大，固形物去除率高；合适的操作压差为0.15～0.20 MPa,操作温度60℃左右，膜面流速3 m/s；微滤过程中，分次加入适量水洗，当微滤液收率达到原药液的100%以上时，有效成分转移率达82%，即可结束微滤。结论采用50 nm的氧化铝膜对黄芪水提液进行微滤，在适当操作条件下可取得较好精制效果，为陶瓷膜分离用于中药精制领域的共性问题提供了依据。

【关键词】 陶瓷膜 微滤 精制 黄芪颗粒 分离技术

　　Abstract:ObjectiveTo observe the effect of different inorganic pottery membranes on the parameters of technologies so as to optimize the process of production of Huangqi Granule. MethodsThree different membranes were tested under different parameters of operation to observe the changes in membrane flux and the content of effective components and solids.ResultsThe oxidized aluminum membrane with the 50 nm aperture had the greatest permeation flux with the highest rate of solid removal; the appropriate operation differential pressure was 0.15～0.20 MPa; the operation temperature was around 60℃;the membrane surface flow rate was 3.0 m/s. When the microfiltrate reached 100% of the original liquid and the effective transfer rate reached 80%, the micro-filtration was finished. ConclusionBy adopting 50nm oxidized aluminum membrane in the microfiltration of Huangqi Liquid, good result can be obtained. This provides basis for the application of pottery membrane isolation to the refinement of Chinese drugs.

　　Key words:Pottery membrane; Microfiltration; Refinement; Huangqi Granule; Isolation technology

　　黄芪颗粒能够补气固表，利尿，托毒排脓，生肌，可用于气短心悸、虚脱、自汗、体虚浮肿、慢性肾炎、久泻、脱肛、子宫脱垂、痈疽难溃、疮口久不愈合等症，有良好的开发前景。

　　本实验针对陶瓷膜分离技术在黄芪水提液精制过程中的应用，以膜通量、有效成分转移率等为指标，综合考察不同孔径的氧化铝膜对该体系的适用性，药液温度、流速及操作压力等工艺参数对膜过程的影响及膜分离操作终点的判定，进行陶瓷膜过程优化设计，探讨无机陶瓷膜用于中药精制领域的共性关键技术。

　　1 仪器与试剂

　　1.1 仪器与装置

　　陶瓷膜装置〔海德科膜分离技术（北京）有限公司〕；膜元件的材质：α-Al2O3，孔径：0.2 μm，0.8 μm，30 nm和50 nm。几何形式：39通道，管长1178mm，通道内径2.5 mm，单只膜面积0.2 m2；TU-1810S型紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；Agent1110型HPLC（Agent)。

　　1.2 药材

　　黄芪药材均购自安国药材公司，经本公司质量检验中心鉴定符合《中国药典》（2005版）［1］Ⅰ部规定。

　　1.3 对照品及试剂黄芪甲苷（中国药品生物制品检定所)，其他试剂均为分析纯。

　　2 方法与结果

　　黄芪甲苷及黄芪总皂苷的测定见

文献［2］。

　　2.1 膜孔径对渗透性能的影响黄芪水提液分别经孔径为0.8 μm,0.2 μm,50 nm和30 nm的Al2O3无机陶瓷膜处理，以黄芪总皂苷的转移率及膜通量大小为指标，考察无机陶瓷膜对该体系的适用性，据此确定适用的膜。操作条件为温度40℃，操作压差0.15 MPa，膜面流速3 m/s。

　　注：转移率(%)＝（渗透液中目标成分含量/原液中目标成分含量）×100%

　　对于本体系，0.8 μm孔径的膜初始通量最大，达到240 L·m-2·h-1，但渗透通量衰减极快，污染非常严重，在5 min内下降到75 L·m-2·h-1以下，可能是发生了膜孔内堵塞，导致膜有效孔隙率的下降；30，50 nm和0.2 μm膜通量衰减较慢。但膜的渗透通量依次为：30 nm ＜50 nm≈0.2 μm。表1是膜孔径对指标成分保留率以及固含物截留性能的影响。从表1中可以看出，总皂苷的转移率随着孔径的增大而减小，但30 nm和50 nm的膜没有显著差异，均比0.2 μm和0.8 μm的高；而黄芪甲苷的转移率30 nm和50 nm的膜明显高于其他孔径。对固含物的去除率50 nm和0.2 μm的膜较其它两种略高。由此可见，对于本体系，4种孔径的Al2O3膜中，50 nm的最为适用。表1 膜孔径对渗透性能影响（略）2.2 操作参数对分离过程的影响操作条件主要考察操作压差、膜面流速和药液温度对渗透通量和截留性能的影响。实验采用50 nm的Al2O3陶瓷膜以膜通量和有效成分转移率为主要考核指标，综合考察各工艺参数对膜过程的影响，确定最佳的膜分离工艺条件。

　　2.2.1 操作压差操作压差对渗透通量的影响，操作条件为温度40℃,膜面流速3 m/s。由图1可见，随着压差的增大，膜的稳定通量先升后降。当压差小于0.15 MPa时，随着过滤压差的增大，通量随之增大；超过0.15 MPa后，随压差的增大通量反而有下降的趋势。因此，在本体系中，适宜的压差为0.1～0.15 MPa。

　　2.2.2 操作温度图2是在操作压力0.15 MPa，膜面流速3 m/s的条件下药液通量与操作温度的关系曲线。可以看出随着温度的升高，膜的稳定通量逐步增大。因此，单纯从通量来看，温度高一点较好，但对生产而言，过高的温度引起能耗增大，而且所得微滤液稳定性降低，易产生沉淀物和浑浊。所以，综合考虑以60℃左右为宜，这与药液从提取罐里出来后的温度也比较接近。

　　2.2.3 膜面流速适宜的错流速度对降低膜面边界层厚度，减轻浓差极化，提高膜通量有重要的作用。在微滤应用中，通常采用3～7 m/s的错流速度。本实验考察了膜面流速分别为1.5，2.0，3.0，4.2，5.5 m/s时的通量衰减情况，结果如图3所示。当流速达到3.0 m/s后，通量增大已不明显，基本保持不变。在生产中，过高的流速会使能耗增大，而且会引起提取液产生大量泡沫，不利于操作。在本体系中选用3.0 m/s的膜面流速，有利于提高通量和节约能耗。

　　2.3 微滤终点的判定微滤终点的判定是影响产品收率和运行成本的重要因素，需综合考虑。本实验以膜通量大小、渗透液中有效成分含量、药液收得率等作为指标综合判定膜分离操作终点的可行性。采用50 nm的Al2O3膜对黄芪水提液的洗水量进行考察，操作条件为温度40℃,膜面错流速度3 m/s,操作压差0.15 MPa。

　　图4为渗透通量随时间的变化。可见药液在开始5 min内通量迅速下降，之后便趋于平缓，达到稳定通量，基本期维持在82 L·m-2·h-1。在80 min和120 min时，由于截留液循环量不足，通量下降，此时分别加入3 kg水，继续微滤。从图中也可以明显看出，这两个时间点处由于加入水后体系黏度降低，渗透通量明显升高。

　　表2为洗水量对黄芪水提液成分的影响。由表中可以看出，未加水洗前，当微滤过程结束时，渗透液中总皂苷和黄芪甲苷的收率分别只有60.8%和56.8%。分2次分别加入待滤液16.7%的水继续微滤，当微滤液收率在100%以上时，总皂苷保留率达到了81.6%，黄芪甲苷为79.7%。表2 洗水量对黄芪水提液成分的影响（略）

　　从第80 min到120 min，共加入待滤液总量40%的水，微滤液收率为110%左右时，目标成分收率提高了20%左右，达到80%，符合中药精制要求。若继续加水微滤，目标成分含量可进一步提高，但所得渗透液浓度越来越低，运行时间加长，膜污染严重。因此，实际操作时可权衡考虑，确定微滤液收率和目标成分含量为终点判定标准。

　　转移率（%）=渗透液体积或成分含量原液体或成分含量×100%

　　3 讨论

　　比较了4种孔径氧化铝膜的分离性能，认为孔径为50nm的陶瓷膜对黄芪水提液具有较好的分离效果，渗透通量大，有效成分转移率比较高。

　　通过本实验研究，确定了本体系合适的过滤操作参数：操作压力0.15～ 0.20 MPa,速度3.0m/s,温度60℃左右。

　　微滤过程中，药液浓缩到一定程度时，分2次各加入原药液16.7%的水，当微滤液收率达到原药液的100%以上时，有效成分保留率达80%,即可结束微滤。

【参考文献】
　　［1］国家药典委员会.中国药典，Ⅰ部［S］.北京：化学工业出版社，2005：212.

　　［2］龚纯贵，李捷伟，赵 亮，等.比色法测定扶正平消胶囊黄芪总皂苷的含量［J］.药学实践杂志，2002，20（5）：300.