CN102018835A

CN102018835A - 利用膜分离法分离中药仙茅有效成分的方法

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Publication number: CN102018835A
Application number: CN2009102721757A
Authority: CN
Inventors: 杨跃军; 赵国锋; 刘源才; 刘世龙; 余达焱; 张帆
Original assignee: Jing Brand Co Ltd
Current assignee: Jing Brand Co Ltd
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2011-04-20
Anticipated expiration: 2029-09-18
Also published as: CN102018835B

Abstract

利用膜分离法分离中药仙茅有效成分的方法，其特征在于由下述步骤组成：a.制备仙茅提取液；b.离心机分离提取液；c.陶瓷膜机组对上述离心分离液进行微滤分离处理；d.对微滤分离液进行超滤分离；e.对超滤液进行纳滤浓缩；f.将上述仙茅纳滤浓缩液用食用酒精调配成18度，封存，即得；本方法以具有选择透过性的膜为分离介质，依据滤膜孔径的大小或通过或被截留，达到分离、浓缩的目的，实现了中药有效部位的分离，充分保留了仙茅有效成分的理化特性，能显著缩短生产周期，降低生产成本及能耗，确保制备中药复方制剂及药酒时产品质量的稳定。

Description

利用膜分离法分离中药仙茅有效成分的方法

(一)技术领域：本发明涉及中药有效成分的分离纯化方法，具体是利用膜分离法分离中药仙茅有效成分的方法。

(二)现有技术：仙茅为常用中药，来源于石蒜科植物仙茅(Curculigo capitulata)的根茎，具有补肾助阳、益精血、强筋骨和行血消肿的作用，用于肾阳不足、阳痿遗精、虚痨内伤和筋骨疼痛等病症。现代研究表明仙茅含有酚及酚苷类、皂苷类和木脂素类成分，具有调节免疫、抗氧化、保肝、补肾壮阳和抗骨质疏松等作用。

目前仙茅提取液的分离多以成分间的极性差异为基本原理而分离杂质，而浓缩也基本以单效、双效浓缩为主，这些工艺在实际生产中不同程度的存在着较多不足：

1.传统工艺(有机溶剂沉淀、萃取等)：首先是有效成分损失严重，中药中的部分有效成分本来含量就很低，再经溶剂沉淀、萃取或硅藻土过滤等除杂工艺，这些成分可能全部被除去，并且由于杂质沉淀时的吸附和包埋等因素，也造成了其它有效成分较大的损失；另外是污染环境，如硅藻土过滤过程中，产生大量的废弃硅藻土，给环境造成了较大污染，并且容易引入一些新的杂质(硅酸盐等)，给产品稳定性造成较大影响。其次除杂效果不理想，中药提取液中的鞣质、淀粉、树脂和蛋白等物质，用传统方法很难除尽，因而固体收率很高，给产品的稳定性产生较大影响。

2.现代工艺(大孔树脂吸附分离)：首先中药是通过多成分、多靶点起作用，其有效成分分属于各类化学物质，理化性质差别大，但大孔树脂对各类成分的吸附特征一般不同，吸附量差别很大，很难用一种树脂将所有有效成分分离出来，常需多种树脂联合应用，这就增加了工艺的复杂性和成本；而且，中药中某些多糖类有效成分和多肽类有效成分用大孔树脂吸附技术精制效果不好。其次，大孔树脂的吸附容量有待提高。再次，大孔树脂在使用过程中会因衰化而以碎片形式脱落，进入药液中产生二次污染，严重影响产品的安全性，因此在食品行业一般不采用此技术。

而在浓缩过程中主要存在着浓缩温度高，浓缩时间长，有效成分损失严重，一步浓缩难以实现高相对密度的质量要求，设备易结垢等问题。

(三)发明内容：本发明的目的就是提供一种利用膜分离法分离中药仙茅有效成分的方法；该方法以具有选择透过性的膜为分离介质，依据滤膜孔径的大小或通过或被截留，达到分离、浓缩的目的，实现了中药有效部位的分离，充分保留了仙茅有效成分的理化特性，能显著缩短生产周期，降低生产成本及能耗，确保制备中药复方制剂及药酒时产品质量的稳定。

本发明包括下述步骤：

a.仙茅提取液的制备：

将仙茅药材平均加至A、B、C三罐逆流的三个提取罐中进行提取，提取温度：50～60℃，提取溶剂：药材重量6～8倍的60％乙醇，且梯度形成阶段，A罐提取时间分别为30min、60min；B罐提取时间为0min、40min；C罐提取时间为0min，0min；提取阶段，各罐提取时间为2h；提取结束阶段，各罐提取时间为2h；各个阶段各个提取罐的升温时间控制在30min内；合并各罐提取液；

b.提取液固液分离：

采用阿法拉伐碟片式离心机对上述提取液进行高速离心，转速为6000～7000r/min，离心20分钟，得离心分离液；

c.微滤分离

采用膜孔径为0.05umAl₂O₃陶瓷膜机组对上述离心分离液进行微滤分离处理，其机组的组合方式为四并两串式，即四组并联，每组又由两根膜管串联组成，每根膜管里装0.05um膜芯61根，共488根；运行条件：温度：50～60℃、出膜压力：1.0～2.0bar；微滤分离结束后，用截留液体积3倍量的纯净水对截留液顶洗3次，顶洗温度：40～60℃、顶洗压力：1.0～2.0bar；得微滤透过液；

d.超滤分离

将上述微滤透过液用聚偏氟乙烯超滤膜进行超滤分离，超滤温度：40-45℃、操作压力：8-10bar、膜管型号：5万；仙茅超滤膜分离结束后，用截留液体积2倍量的60％乙醇对截留液顶洗3次，顶洗温度：45℃、顶洗压力：8.0bar，合并，得超滤液；

要求仙茅超滤液澄清透明，浊度≤3.00NTU，指标成分(总皂苷)透过率≥95％；

e.纳滤浓缩

采用膜型号为200分子量、膜材质为聚酰胺的纳滤膜机组对上述超滤液进行浓缩处理，其机组的组合方式为5～8根纳滤膜管并联，每根纳滤膜膜管中装200分子量膜芯4根，共计20～32根膜芯，总膜面积800～1000平方米；纳滤浓缩运行温度45℃，操作压力：15-18bar，浓缩倍数：10-15倍；得浓缩液；浓缩液中总皂苷含量≥2900mg/L；

f.调配封存：

将上述仙茅纳滤浓缩液用食用酒精调配成18度，封存。

仙茅提取液中含有仙茅皂苷、酚及酚苷类成分(仙茅素、仙茅苷等)、木脂素类、氮化合物等有效成分，主要具有增强机体免疫功能、抗缺氧、抗高温、并有抗炎、抗惊厥和镇静的作用，有雌性和雄性激素样作用，也有显著的镇痛、解热作用，其药理作用主要为多组分协同作用而形成的。除此之外，提取液中还含有大量的胶体、鞣质、纤维素等物质以及许多微粒、絮状物，化学成分相对分子质量分布较宽，为几十至几百万道尔顿，其中高相对分子质量的物质主要是胶体和纤维素等非药用性成分或药用性较差的成分，而有效成分如皂苷及其衍生物等物质的相对分子质量较小，一般都在50000以下。由此可见，仙茅提取液中有效成分和非药用成分的相对分子质量差别很大，故选用适宜分子量截留值的滤膜对仙茅提取液进行分离，可很好的实现去除杂质，又能充分保留多种有效成分，充分发挥中药多组分协同作用。

本方法与传统工艺有着本质的区别，传统分离纯化工艺主要是利用成分间的极性差异(溶剂沉淀或萃取、吸附分离等)为基本原理分离杂质，存在较多不足。而浓缩则是利用溶质和溶剂之间挥发度的差异，用加入热能的方法使溶剂汽化，而溶质则为非挥发性的，从而获得一个有利的气液平衡条件，达到浓缩的目的。而本方法是以具有选择透过性的膜为分离介质，在某种驱动力(压力差)的作用下，物料中不同分子量的成分依据滤膜孔径的大小或通过或被截留，达到分离、浓缩的目的，它实现了中药有效部位的分离，充分保留了中药的药效。同时在本方法中，我们根据仙茅提取液的理化性质，以透过液的浊度、膜通量变化趋势及指标成分(以总皂苷为仙茅指标成分)的透过率为考察指标，对膜的材质、膜管型号及操作条件进行了优化，实现了膜设备与仙茅药材的匹配性，提高了膜设备抗污染的能力，使膜设备的分离效率得到进一步的提高。

具体参数优化过程如下：

1、膜材质的选择

仙茅提取液是用60％乙醇提取而得，其有效成分的相对分子量一般在1000～50000之间，pH值5～6.5，不同膜材质相关参数如下：

根据仙茅提取液的理化性质及相关工艺要求，对以上膜材质进行优化筛选，最后选用聚偏氟乙烯的超滤膜和聚酰胺的纳滤膜。

2、仙茅提取液的预处理

由于仙茅提取液中含有较多的悬浮物、胶体和其它杂质，这些物质会附于膜表面而使膜受到污染。另外，超滤膜的水通量比较大，被截留杂质在膜表面上的浓度会迅速增大而产生浓差极化现象，更为严重的是有一些很细腻的微粒会渗入膜孔而堵塞透水通道，直接用超滤分离会造成膜的严重污染，降低膜的使用寿命。因此药液必须经过预处理，以保证分离质量和效率；因此，选用阿法拉伐碟片式离心机对仙茅提取液进行高速离心，并采用膜孔径为0.05umAl₂O₃陶瓷膜机组对上述离心分离液进行微滤分离处理，以去除悬浮物、胶体、微粒和其它杂质。

3、仙茅提取液超滤分离

在超滤膜分离过程中，根据有效成分相对分子质量大小选择适当孔径的滤膜，是保证分离效果最重要的一环。膜的孔径或截留分子量的选择虽然主要是根据被分离物质的相对分子质量，但物质分子的实际尺寸还与物质的空间结构、物质的聚集状态及物质的柔韧性等有关。由于中药的粘度较大，高分子胶体物质较多，膜污染较严重，因此一般情况下，膜的截留分子质量应选择稍大些，但在实际应用中，还应根据不同料液的不同性质进行实验选择。因此在仙茅超滤膜分离过程中，我们选择了膜管型号为10万、5万、2万的膜管进行优化。

为了筛选出仙茅超滤膜分离的最佳工艺参数，本发明以不同操作条件下超滤膜总皂苷透过率、平均膜通量及透过液的浊度为考核指标进行实验，具体情况如下：

表1仙茅超滤膜分离操作条件优化表

膜通量是指单位时间、单位膜面积上的透过料液的体积，常用单位为L/(m2.h)，用来表示分离量的公式：J＝J₀tm

J₀-初始操作时的膜通量；t-操作时间；m-衰减指数。

表2仙茅超滤膜分离不同操作条件下的平均膜通量、总皂苷透过率与浊度分析表

仙茅超滤膜进料液浊度为：6.20

平均膜通量＝透过液的体积÷(膜设备处理料液所运行的时间×膜面积)

超滤膜总皂苷透过率＝超滤膜透过液中总皂苷总量/超滤膜进料液中总皂苷总量

简要分析：

a、直接比较9个实验结果，较优的实验方案：平均膜通量为实验6(温度：40℃、压力：10bar、膜管型号：10万)；总皂苷透过率为实验2(温度：45℃、压力：6bar、膜管型号：10万)；浊度为实验5(温度：40℃、压力：8bar、膜管型号：2万)。

b、计算比较分析。

通过R值比较，各因子对各指标影响的显著顺序为：

平均膜通量：R(膜管型号)＞R(压力)＞R(温度)。

总皂苷透过率：R(膜管型号)＞R(温度)＞R(压力)。

浊度：R(膜管型号)＞R(温度)＞R(压力)。通过k值比较，较优的组合：

平均膜通量为：温度：40℃、压力：10bar、膜管型号：10万；

总皂苷透过率为：温度：45℃、压力：8bar、膜管型号：10万；

浊度为：温度：40℃、压力：10bar、膜管型号：2万。

综合以上工艺研究可以优选出仙茅超滤分离最佳工艺操作参数为：(温度：45℃、压力：8bar、膜管型号：5万)或(温度：40℃、压力：10bar、膜管型号：5万)。

4、纳滤浓缩

表3仙茅纳滤浓缩操作条件优化表

浓缩倍数＝纳滤膜进料液的体积/纳膜滤截留液的体积

膜通量是指单位时间、单位膜面积上的透过料液的体积，常用单位为L/(m2.h)，用来表示分离量的方面。

公式：J＝J₀tm

J₀-初始操作时的膜通量；t-操作时间；m-衰减指数。

表4仙茅纳滤浓缩不同操作条件下的平均膜通量与总皂苷透过率分析表

纳滤膜总皂苷截留率＝纳滤膜截留液中总皂苷总量/纳滤膜进料液中总皂苷总量

简要分析：

1、通过R值比较，各因子对各指标影响的显著顺序为：

平均膜通量：R(温度)＞R(压力)＞R(浓缩倍数)

纳滤总皂苷透过率：R(温度)＞R(压力)＞R(浓缩倍数)

2、通过k值比较，较优的组合：

平均膜通量：温度：45℃、压力：18bar、浓缩倍数：15倍

纳滤总皂苷透过率为：温度：45℃、压力：15bar、浓缩倍数：10倍

由此可见在仙茅提取液纳滤浓缩过程中，温度、操作压力对分离效率与分离效果都起主要作用，而浓缩倍数影响较小。再结合仙茅纳滤浓缩各实验方案的膜通量变化趋势，最后优选出本工艺最佳操作参数为：(温度45℃、压力：18bar、浓缩倍数：15倍)或(温度45℃、压力：15bar、浓缩倍数：10倍)。

仙茅总皂苷的含量测定方法。

吸取仙茅样品溶液一定量，挥干，加入5％香草醛冰醋酸溶液0.2ml，高氯酸0.8ml，于60℃水浴加热15min，冰水浴冷却2～3min，加冰醋酸5ml，摇匀，随行试剂做空白，于560nm处测定吸光度。以人参皂苷Rgl为对照，计算其总皂苷含量。

本方法的优点还在于：

(1)膜分离浓缩过程中不添加其它任何物质，因此与传统方法相比，膜分离浓缩技术可减少工序，缩短生产周期、节能、高效，且整个工艺可连续进行，利于大规模生产。

表5仙茅纳滤浓缩与双效浓缩工艺对比表

	浓缩温度(℃)	生产周期(h)	能耗(元/吨)
				纳滤浓缩工艺	40～45	2.3	50.37
双效浓缩工艺	60～80	6.5	326.38

(2)提高产品的质量。高相对分子质量非药效成分或低药效成分的存在，使中药有效部位的浓度降低，药效减弱，同时也给保健酒后期定量调配带来较大困难。而膜分离浓缩技术能最大限度地除去高相对分子质量非药效成分或低药效成分，因而此技术能使产品质量得到较大提高。

表6传统工艺与膜分离工艺浓缩液物理性质比较

项目	传统分离浓缩工艺	膜分离浓缩工艺
			香味	药香弱(损失较大)	药香浓(损失较小)
组织	粘稠、浑浊	澄清均匀
			粘度(Mpa.s)	4.1～4.5	2.1～2.5

(3)膜分离技术是以高分子聚合物为分离介质，在使用过程中无任何杂质脱落，可很好的避免二次污染。

(4)膜分离浓缩过程中，物质不发生质的变化，且操作温度介于常温左右，过程简单，无相变，分离系数大，并能最大限度的保持中药中有效成分的稳定性，充分发挥仙茅药材药效作用，膜分离工艺中仙茅总皂甙、仙茅素、仙茅苷转移率分别为95.3％、72.5％、68.7％，而传统工艺这三种有效成分转移率分别为65.4％、40.0％、42.1％。

(四)具体实施方式：

实施例1

a.仙茅提取液的制备：

将干净的仙茅药材切片后平均加至A、B、C三罐逆流的三个提取罐中进行提取，提取温度：50℃，提取溶剂：药材重量6倍的60％乙醇，且梯度形成阶段，A罐提取时间分别为30min、60min；B罐提取时间为0min、40min；C罐提取时间为0min，0min；提取阶段，各罐提取时间为2h；提取结束阶段，各罐提取时间为2h；各个阶段各个提取罐的升温时间控制在30min内；合并各罐提取液；

b.提取液固液分离：

采用阿法拉伐碟片式离心机对上述提取液进行高速离心，转速为6000～7000r/min，离心20分钟，收集上清液，离心后的沉淀直接排掉。离心后的仙茅提取液要求澄清透明。

c.微滤分离

采用膜孔径为0.05umAl₂O₃陶瓷膜机组对上述离心分离液进行微滤分离处理，其机组的组合方式为四并两串式，即四组并联，每组又由两根膜管串联组成，每根膜管里装0.05um膜芯61根，共488根；运行条件：温度：50℃、出膜压力：1.0bar；微滤分离结束后，用截留液体积3倍量的纯净水对截留液顶洗3次，顶洗温度：40℃、顶洗压力：1.0bar；得微滤透过液；

d.超滤分离

将上述微滤透过液用聚偏氟乙烯超滤膜进行超滤分离，超滤温度：40℃、操作压力：8bar、膜管型号：5万；仙茅超滤膜分离结束后，用截留液体积2倍量的60％乙醇对截留液顶洗3次，顶洗温度：45℃、顶洗压力：8.0bar，合并，得超滤液；

要求仙茅超滤液澄清透明，浊度≤3.00NTU，指标成分总皂苷透过率≥95％；

e.纳滤浓缩

采用膜型号为200分子量、膜材质为聚酰胺的纳滤膜机组对上述超滤液进行浓缩处理，其机组的组合方式为5根纳滤膜管并联，每根纳滤膜膜管中装200分子量膜芯4根，共计20根膜芯，总膜面积800平方米；纳滤浓缩运行温度45℃，操作压力：18bar，浓缩倍数：15倍；得浓缩液；按仙茅总皂苷含量的测定方法测定，总皂苷含量为3453.09mg/L；

f.调配封存：

将上述仙茅纳滤浓缩液用优级食用酒精调配成18度，封存，以抑制细菌微生物的繁殖。

实施例2

a.仙茅提取液的制备：

将经整理后的仙茅药材平均加至A、B、C三罐逆流的三个提取罐中进行提取，提取温度：60℃，提取溶剂：药材重量8倍的60％乙醇，且梯度形成阶段，A罐提取时间分别为30min、60min；B罐提取时间为0min、40min；C罐提取时间为0min，0min；提取阶段，各罐提取时间为2h；提取结束阶段，各罐提取时间为2h；各个阶段各个提取罐的升温时间控制在30min内；合并各罐提取液；

b.提取液固液分离：

采用阿法拉伐碟片式离心机对上述提取液进行高速离心，转速为6000～7000r/min，离心20分钟，得离心分离液；离心后的沉淀直接排掉，离心后的仙茅提取液要求澄清透明。

c.微滤分离

采用膜孔径为0.05umAl₂O₃陶瓷膜机组对上述离心分离液进行微滤分离处理，其机组的组合方式为四并两串式，即四组并联，每组又由两根膜管串联组成，每根膜管里装0.05um膜芯61根，共488根；运行条件：温度：60℃、出膜压力：2.0bar；微滤分离结束后，用截留液体积3倍量的纯净水对截留液顶洗3次，顶洗温度：60℃、顶洗压力：2.0bar；得微滤透过液；

d.超滤分离

将上述微滤透过液用聚偏氟乙烯超滤膜进行超滤分离，超滤温度：45℃、操作压力：10bar、膜管型号：5万；仙茅超滤膜分离结束后，用截留液体积2倍量的60％乙醇对截留液顶洗3次，顶洗温度：45℃、顶洗压力：8.0bar，合并，得超滤液；

e.纳滤浓缩

采用膜型号为200分子量、膜材质为聚酰胺的纳滤膜机组对上述超滤液进行浓缩处理，其机组的组合方式为8根纳滤膜管并联，每根纳滤膜膜管中装200分子量膜芯4根，共计32根膜芯，总膜面积1000平方米；纳滤浓缩运行温度45℃，操作压力：15bar，浓缩倍数：10倍；得浓缩液；按仙茅总皂苷含量的测定方法测定，总皂苷含量为2926.36mg/L；

f.调配封存：

将上述仙茅纳滤浓缩液用食用酒精调配成18度，封存，以抑制细菌微生物的繁殖。

本发明中所使用的60％乙醇(v/v)均为食用级。

Claims

1.利用膜分离法分离中药仙茅有效成分的方法，其特征在于由下述步骤组成：

a.仙茅提取液的制备：

b.提取液固液分离：

c.微滤分离

d.超滤分离

e.纳滤浓缩

采用膜型号为200分子量、膜材质为聚酰胺的纳滤膜机组对上述超滤液进行浓缩处理，其机组的组合方式为5～8根纳滤膜管并联，每根纳滤膜膜管中装200分子量膜芯4根，共计20～32根膜芯，总膜面积800～1000平方米；纳滤浓缩运行温度45℃，压力：15-18bar，浓缩倍数：10-15倍；得浓缩液；浓缩液中总皂苷含量≥2900mg/L；

f.调配封存：

将上述仙茅纳滤浓缩液用食用酒精调配成18度，封存。