CN104095939A - 一种循环水提—超滤—纳滤的集成化装置及利用该装置从中草药中提取有效成分的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种循环水提—超滤—纳滤的集成化装置及利用该装置从中草药中提取有效成分的方法，该方法包括如下步骤：(1)将中草药浸泡在含有表面活性剂SDS的去离子水中，在闭合管路中循环，充分提取药物中的有效成分；(2)超滤，用超滤膜去除料液中含有的杂质；(3)收集超滤透过液，通过纳滤膜组件对料液进行纳滤，所用纳滤膜的截留分子量小于有效成分的分子量，因此有效成分被截留。收集截留液，即为所需的样品溶液，操作过程中尽量保持超滤膜和纳滤膜的料液透过速度相同。该方法节省了有机溶剂的使用，安全环保，分离过程中可实现连续运转，得以节省溶剂用量、降低能耗；分离效率高，所得产品质量好，工业化可行性好。

Description

一种循环水提—超滤—纳滤的集成化装置及利用该装置从中草药中提取有效成分的方法

技术领域

本发明涉及一种从草本植物中提取药物有效成分的方法，尤其涉及一种利用动态提取-超滤-纳滤集成装置分离黄酮类物质的方法。 

背景技术

近年来，制备天然药物活性成分已经成为人类寻找新药的重要手段之一。黄酮是一种重要的药用成分，可以用于制备滋肝补肾、凉血止血的药物。草本类中草药成分复杂，含有蛋白质、黄酮、鞣质等多种成分，其中黄酮等有效成分含量普遍较低。如在金毛狗脊中，山奈素等黄酮类化合物的含量仅为15％左右。 

怎样从复杂药用植物中提取和分离出有活性的有效成分并加以纯化，是广大中药制药工作者面对的重要课题。 

传统的提取和纯化方法，普遍存在得率低、能耗高、工序多、生产周期长等缺点，无法适应中药现代化的要求，在此背景下，一些新的提取分离技术应运而生。 

传统的黄酮提取溶剂一般为乙醇、甲醇等有机溶剂，他们易挥发、成本较高，并且在安全生产方面存在较大的隐患。而表面活性剂能增加水溶液对有机成分的溶解作用，主要是因为它能加速溶剂对固体样品的润湿，降低溶剂与样品间的表面张力，使有效成分更易扩散和溶解于溶剂中；同时通过形成表面活性剂胶束对有效成份进行增溶。因此溶有少量表面活性剂的水就可代替高浓度的醇或其他有机溶剂进行天然药物的提取。 

动态循环提取是将药材颗粒置于提取罐内，用泵等设备使溶有少量表面活性剂的水循环，溶剂连续地从提取罐上部泵入，然后不断地从下部流出，药材颗粒扩散界面周围的药物有效成分迅速向溶剂中扩散，使扩散界面内外始终保持较高的浓度差，从而浸出药材中有效成分的方法。这种循环提取的方法能重复利用所加溶剂，溶剂用量较少，同时浸出液中的有效成分浓度高，成品质量 好。 

膜分离技术(Membrans Separation Technique)是利用天然或人工合成的，具有选择透过性的薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分体系进行分离、分级、提纯或富集的技术。主要有超滤、微滤、纳滤和反渗透等，是在常温下操作，低能耗，在原生物体系环境下实现物质分离，无相变，能高效浓缩富积产物，有效去除杂质。超滤法(UF)是膜分离法的代表，通过控制超滤膜孔径大小，能有效除去提取液中大分子物质，故选用适宜孔径的超滤膜是提高产品收率和质量的关键。本实验选用超滤—纳滤膜分离法纯化黄酮类化合物，这种方法操作简便、不需要加热、不损坏黄酮类化合物、装置可反复使用。为达到较高的纯化效果，对超滤和纳滤进行集成，超滤的主要作用是去除料液中的大分子杂质，而黄酮的料液浓缩主要是依靠纳滤截留来进行。 

如何利用动态循环提取和超滤—纳滤纯化的方法，从草本植物中收集黄酮类物质，是本领域的一个重要课题，具有重要的社会意义和现实意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种从草本植物中利用动态循环提取和超滤—纳滤纯化黄酮的方法，以满足有关领域发展的需要。具体技术方案如下： 

一种循环水提—超滤—纳滤的集成化装置，所述集成化装置包括用金属管路依次连接的离心循环泵、提取罐、设置于超滤透过室内的超滤管式膜组件和纳滤平板膜组件；所述超滤管式膜组件中的超滤膜为中空纤维结构，所述超滤透过室的两端具有可开闭的阀门；所述纳滤平板膜组件为卡箍式结构，平板膜固定在所述纳滤平板膜组件上。 

所述金属管路中设有压力表、转子流量计、调节阀。 

利用上述集成化装置从中草药中提取有效成分的方法，包括如下步骤： 

(1)将中草药加入提取液中浸渍1～2h得到浸渍液，然后置于所述集成化装置的提取罐中使所述浸渍液在管路中循环提取3～5h，循环流量10～30L/h，提取温度为60～80℃； 

所述提取液是含有表面活性剂的去离子水，其中表面活性剂的浓度为1～4g/L； 

(2)打开所述集成化装置中超滤透过室的阀门，用超滤管式膜去除步骤(1) 产物中的杂质，同时保持超滤截留液循环； 

(3)收集步骤(2)得到的超滤透过液并将其作为纳滤原料液，通过所述集成化装置的纳滤平板膜组件截留，收集截留液，即得到所述中草药中的有效组分； 

操作过程中保持步骤(2)所述的超滤管式膜和步骤(3)所述的纳滤平板膜的料液透过速度相同。 

所述表面活性剂是十二烷基硫酸钠、司盘系列或吐温系列表面活性剂。 

步骤(1)中，所述中草药与所述提取液的比例(药材重量与溶液体积之比)为1：10～1：40，药材用量在30～100g左右(实验操作时一般选择中药材用量为50g左右)；所述提取液分步骤加入，第一次加入50％，随着超滤透过液体积增大，缓慢补充剩余提取液。 

步骤(2)中，所述超滤管式膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量5000～100000。 

在提取进行约90min后进行超滤，操作压力为0.06～0.14MPa，温度为25～45℃，溶液pH值为2.0～10.0，操作时间为90～180min。 

步骤(3)中，所述纳滤平板膜为PES平板纳滤膜，截留分子量500。 

在超滤进行约60min后开始进行纳滤，纳滤操作压力为0.20～0.40MPa，温度为25～45℃，溶液pH值为2.0～10.0，操作时间为60～120min。 

所述中草药为金毛狗脊或首乌藤。 

本发明的方法，对药材颗粒度没有过高要求，用含有表面活性剂的水溶液代替乙醇等有机溶剂，安全环保，在连续提取装置中提取过程可实现连续运转，得以节省溶剂用量、降低能耗，超滤—纳滤膜选择性高，物理性能稳定，可重复利用，膜分离过程能耗小、成本低，所得产品质量好。 

附图说明

图1是本发明的集成化装置的结构示意图； 

图2是实施例1的集成化工艺流程图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。 

实施例1 

如图1所示，离心循环泵、提取罐、设置于超滤透过室内的超滤管式膜组件和纳滤平板膜组件，纳滤膜组件为卡箍式结构，可以将自制或购买的平板膜固定在其中。各装置之间用金属管路连接，连接处用螺栓固定，循环管路中设有压力表、转子流量计、调节阀等仪表，集成化装置的结构见附图1。 

图2是利用本申请的集成化装置从中草药中提取有效成分的工艺流程图，现以从金毛狗脊中提取纯化黄酮为例，说明如下： 

将40g粒度为20目的金毛狗脊药材，置于提取罐中，加入含有表面活性剂SDS3g/L的去离子水500ml，浸渍1h； 

用泵使水溶液强制循环，循环流量为10L/h，提取温度为70℃，提取总时间为4h； 

在提取进行90min后，打开超滤透过阀门，让(1)中的黄酮提取液开始进行超滤，同时向提取罐中缓慢补充含有表面活性剂SDS3g/L的去离子水至1000ml； 

超滤压力设为0.06MPa，打开冷却水使进入超滤膜的水溶液温度为45℃，溶液pH值为6.0，操作时间为150min，此时膜平均通量为13.04L×h^-1×m^-2，黄酮透过液质量浓度约为0.98g/L； 

所述的超滤膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量5000，膜有效面积为242cm²； 

在超滤进行60min后，收集(2)中的超滤透过液进行纳滤，操作压力为0.4MPa，温度为45℃，溶液pH值为6.0，操作时间为90min，此时膜平均通量约为136.667L×h^-1×m^-2，与超滤透过液单位时间通过的体积基本相同； 

所使用的纳滤膜为PES平板纳滤膜，截留分子量500，膜有效面积为26.5cm²； 

纳滤截留液回收率为68.11％，截留液黄酮浓度为2.121g/L，所得含有黄酮的纳滤截留液产品质量良好。 

实施例2 

将40g粒度为20目的金毛狗脊药材，置于提取罐中，加入含有吐温80表面活性剂4g/L的去离子水500ml，浸渍1h； 

用泵使水溶液强制循环，循环流量为30L/h，提取温度为70℃，提取总时间为4h； 

在提取进行90min后，打开超滤透过阀门，让(1)中的黄酮提取液开始进行超滤，同时向提取罐中缓慢补充含有吐温80表面活性剂4g/L的去离子水至1000ml； 

超滤压力设为0.10MPa，打开冷却水使进入超滤膜的水溶液温度为35℃，溶液pH值为5.5，操作时间为150min，此时膜平均通量为14.55L×h^-1×m^-2，黄酮透过液质量浓度约为0.985g/L； 

所述的超滤膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量5000，膜有效面积为242cm²； 

在超滤进行60min后，收集(2)中的超滤透过液进行纳滤，操作压力为0.4MPa，温度为45℃，溶液pH值为6.0，操作时间为90min，此时膜平均通量约为151.492L×h^-1×m^-2，与超滤透过液单位时间通过的体积基本相同； 

所使用的纳滤膜为PES平板纳滤膜，截留分子量500，膜有效面积为26.5cm²； 

纳滤截留液回收率为70.23％，截留液黄酮浓度为2.145g/L，所得含有黄酮的纳滤截留液产品质量良好。 

实施例3 

将50g粒度为20目的首乌藤药材，置于提取罐中，加入含有表面活性剂SDS3g/L的去离子水500ml，浸渍1h； 

用泵使水溶液强制循环，循环流量为30L/h，提取温度为75℃，提取总时间为4h； 

在提取进行90min后，打开超滤透过阀门，让(1)中的黄酮提取液开始进行超滤，同时向提取罐中缓慢补充含有表面活性剂SDS3g/L的去离子水至1000ml； 

超滤压力设为0.06MPa，打开冷却水使进入超滤膜的水溶液温度为45℃，溶液pH值为6.0，操作时间为150min，此时膜平均通量为13.87L×h^-1×m^-2，黄酮透过液质量浓度约为1.20g/L； 

所述的超滤膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量5000，膜有效面积为 242cm²； 

在超滤进行60min后，收集(2)中的超滤透过液进行纳滤，操作压力为0.4MPa，温度为45℃，溶液pH值为6.0，操作时间为90min，此时膜平均通量约为142.433L×h^-1×m^-2，与超滤透过液单位时间通过的体积基本相同； 

所使用的纳滤膜为PES平板纳滤膜，截留分子量500，膜有效面积为26.5cm²； 

纳滤截留液回收率为67.44％，截留液黄酮浓度为2.332g/L，所得含有黄酮的纳滤截留液产品质量良好。 

Claims (10)

1.一种循环水提—超滤—纳滤的集成化装置，其特征在于，所述集成化装置包括用金属管路依次连接的离心循环泵、提取罐、设置在超滤透过室内的超滤管式膜组件、以及纳滤平板膜组件；所述超滤管式膜组件中的超滤膜为中空纤维结构，所述超滤透过室两端具有可开闭的阀门；所述纳滤平板膜组件为卡箍式结构，平板膜固定在所述纳滤平板膜组件上。

2.根据权利要求1所述的集成化装置，其特征在于，所述金属管路中设有压力表、转子流量计、调节阀。

3.利用权利要求1或2的集成化装置从中草药中提取有效成分的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将中草药加入提取液中浸渍1～2h得到浸渍液，然后置于所述集成化装置的提取罐中使所述浸渍液在管路中循环提取3～5h，循环流量为10～30L/h，提取温度为60～80℃；

所述提取液是含有表面活性剂的去离子水，其中表面活性剂的浓度为1～4g/L；

(2)打开所述集成化装置中超滤透过室的阀门，用超滤管式膜去除步骤(1)产物中的杂质，同时保持超滤截留液循环；

(3)收集步骤(2)得到的超滤透过液并将其作为纳滤原料液，通过所述集成化装置的纳滤平板膜组件截留，收集截留液，即得到所述中草药中的有效组分；

操作过程中保持步骤(2)所述的超滤管式膜和步骤(3)所述的纳滤平板膜的料液透过速度相同。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂是十二烷基硫酸钠、司盘系列或吐温系列表面活性剂。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中草药的重量与所述提取液体积的比例为1：10～1：40；所述提取液分步骤加入，第一次加入50％，随着超滤透过液体积增大，缓慢补充剩余提取液。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超滤管式膜为PVDF管式超滤膜，截留分子量5000～100000。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在提取进行约90min后进行超滤，操作压力为0.06～0.14MPa，温度为25～45℃，溶液pH值为2.0～10.0，操作时间为90～180min。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述纳滤平板膜为PES平板纳滤膜，截留分子量500。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在超滤进行约60min后开始进行纳滤，纳滤操作压力为0.20～0.40MPa，温度为25～45℃，溶液pH值为2.0～10.0，操作时间为60～120min。

10.根据权利要求3～9任一所述的方法，其特征在于，所述中草药为金毛狗脊或首乌藤。