絮凝和超滤耦合用于蒲地蓝中药水提液的除杂研究

李桂水，王国荣，任博平，陶思佚

(天津科技大学机械工程学院，天津 300222)

蒲地蓝消炎口服液是由蒲公英、苦地丁、板蓝根、黄芩四味中草药组成的复方制剂，具有清热解毒，抗炎消肿，治疗疖肿、腮腺炎、咽炎、扁桃体炎等功效.该制剂的传统除杂工艺为水提醇沉法，存在生产周期长、产品色泽深、黏度大、稳定性差等缺点，且耗醇量和生产投资较大[1].王晴等[2]在对痛安水提液的精制中，预处理采用壳聚糖絮凝，并联合超滤技术.结果表明，该法适宜对痛安水提液的精制.本文将絮凝与超滤耦合用于蒲地蓝中药水提液的除杂精制，进而确定该技术在蒲地蓝消炎口服液制备中的可行性.

1 材料与方法

1.1 药材、絮凝剂和试剂

蒲公英、苦地丁、板蓝根、黄芩均购自天津市中药饮片厂.

壳聚糖(脱乙酰度≥90%,)，浙江金壳生物化学有限公司；壳聚糖季铵盐粉剂，南通绿神生物工程有限公司.

咖啡酸对照品(标准品)，北京世纪奥科生物技术有限公司；黄芩苷对照品(标准品)，北京世纪奥科生物技术有限公司；牛血清白蛋白(分析纯)，北京世纪奥科生物技术有限公司；考马斯亮蓝G–250，天津市大茂化学试剂厂；甲醇(色谱纯)，天津市津东天正精细化学试剂厂；其他试剂均为分析纯，天津市奥淇医科医药销售有限公司.

1.2 实验仪器

PES 聚醚砜超滤膜(截留相对分子质量为5,000、通用GE/M–N，卷式)，上海市新亚净化器件厂；1200LC 型高效液相色谱仪，安捷伦科技有限公司；UV2700 型紫外分光光度计，日本岛津公司；WGZ–100 型浊度仪，上海第三光学仪器厂；TD12001 型电子天平，奥豪斯国际贸易(上海)有限公司；IMP–30型集成膜分离综合实验装置，天津市纽森科技有限公司.

1.3 蒲地蓝水提液的制备方法

由于处方的特殊性，根据《中国药典》[3]规定，将蒲公英、苦地丁、板蓝根一起提取，而黄芩单独提取.按处方要求取蒲公英、苦地丁、板蓝根适量，加10倍水，100,℃煎煮1,h，双层纱布过滤，滤渣再加8 倍水，煎煮1,h，双层纱布过滤，合并滤液，定容至含生药量0.1,g/mL 的三味水提液，待用.黄芩也采用此煎煮程序煎煮，过滤，定容至含生药量0.1,g/mL，待用.

1.4 除杂方法

1.4.1 絮凝预处理实验

向5,L 三味水提液中加入375,mL 1%,的壳聚糖溶液，250,r/min 快速搅拌3,min(桨叶型式：3 片，矩形，尺寸为2,mm×60,mm×15,mm)，再50,r/min 慢搅10,min，然后静置24,h，取上清液备用.

向5,L 黄芩水提液中加入500,mL 1%,的壳聚糖季铵盐溶液，300,r/min 快速搅拌3,min，再50,r/min慢搅10,min，然后静置24,h，取上清液备用.

1.4.2 超滤实验

影响超滤过程的主要因素包括膜面流速、操作压力、操作温度、药液pH 等，而中药的超滤净化通常要求操作温度和药液pH 保持不变，因此本文主要研究膜面流速与操作压力对超滤效果的影响，在此基础上，通过优化膜通量，确立优化超滤工艺.

絮凝后的药液在不同膜面流速和不同压力下超滤的膜通量是不同的[4]，并且对超滤后药液的药性有很大的影响.为寻找最佳膜面流速和压力，对不同泵频率(实验所用隔膜泵的工作频率，以此衡量超滤时的膜面流速)和压力下的膜通量(单位时间、单位膜面积过滤的滤液体积，L/(h·m2))进行测量，并测定超滤前后各成分的变化情况，确定最佳的超滤操作工艺参数.根据文献[5]，并结合设备特性，选择 12.5～22.5,Hz 的频率范围、0.2～1.0,MPa 的压力范围作为实验的操作参数控制范围.

1.5 测定和分析方法

1.5.1 咖啡酸含量的测定

采用高效液相色谱法测定咖啡酸的含量[3].选用C18 色谱柱(10,μm，4.6,mm×200,mm)，检测波长为323,nm，进样量为10,μL，按咖啡酸计算理论板数应不低于3,000.根据不同质量浓度咖啡酸对照品溶液的色谱图绘制标准曲线，再依据标准曲线测定三味水提液中的咖啡酸含量.

1.5.2 黄芩苷含量的测定

采用高效液相色谱法测定黄芩苷的含量.色谱柱选用C18 色谱柱(10,μm，4.6,mm×200,mm)，检测波长280,nm，进样量10,μL，理论塔板数不得低于2,500.根据不同质量浓度黄芩苷对照品溶液的色谱图绘制标准曲线，再依据标准曲线测定黄芩水提液中的黄芩苷含量.

1.5.3 蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝染色法测定蛋白质含量[6].不同浓度的标准蛋白质溶液采用牛血清蛋白配制.考马斯亮蓝试剂参照《中国药典》[3]中的蛋白质测定方法配制.在595,nm 处对各浓度溶液进行比色，采用紫外分光光度计测定其吸光度.根据吸光度绘制蛋白质标准曲线，再依据标准曲线分别测定两种水提液的蛋白质含量.

1.5.4 浊度的测定

澄清度是中药口服液制备研究中的关键问题，是中药口服液的重要质控指标，而药典对中药口服液澄清的规定只是定性检查[7].本文参照文献[8]，采用WGZ–100 散射式光电浊度仪测定浊度.

1.5.5 有效成分保留率、无效成分去除率和相对澄清率的计算

处理后有效成分的损失程度用保留率表征，依据式(1)计算.

处理后无效成分的去除程度用去除率表征，依据式(2)计算.

超滤后药液相对絮凝后药液的浊度变化情况用相对澄清率表征，依据式(3)计算.浊度单位用NTU表示，1,NTU 相当于1,L 水中含有1,mg SiO2(或1,mg 白陶土、硅藻土)时的浑浊程度.

2 结果与讨论

2.1 被测成分的标准曲线

以标准溶液对应组分的浓度x 对HPLC 测定的色谱峰面积y 绘制咖啡酸、黄芩苷标准曲线；以标准溶液对应组分的浓度x 对紫外分光光度计测定的吸光度y 绘制蛋白质标准曲线，结果见表1[9].

表1 被测成分的标准曲线Tab.1 Standard curve of the ingredients being measured

2.2 预处理结果

添加絮凝剂对水提液进行预处理后，各成分变化情况见表2.

表2 三味水提液与黄芩水提液絮凝预处理结果Tab.2 Preprocessing results of Sanwei water extract and Scutellaria water extract

由表2 可以看出：三味水提液的有效成分(咖啡酸)保留率较高，浊度下降明显，但无效成分(蛋白质)去除率相对较低，仅为65%,；黄芩水提液的有效成分(黄芩苷)保留率较高，但无效成分(蛋白质)去除率仅为53%,，且浊度下降不明显.

2.3 超滤参数对蒲地蓝水提液的影响

2.3.1 泵频率对超滤效果的影响

图1 为在0.5,MPa 的操作压力下泵频率对超滤效果的影响.

图1 隔膜泵的工作频率对超滤效果的影响Fig.1 Effect of the work frequency of the diaphragm pump on ultrafiltration

由图1 可以看出：对于三味水提液，泵频率与咖啡酸保留率没有明显的线性或二次曲线规律，但不同泵频率下的咖啡酸保留率变化较小，泵频率对咖啡酸保留率的影响较小；对于黄芩水提液，随着泵频率的增大，黄芩苷保留率升高，但总体保留率较低.

对于三味水提液，随着泵频率的增大，蛋白质去除率先增大后减小；而对于黄芩水提液，随着泵频率的增大，蛋白质去除率先减小后增大.可见，由于所处理物料的差异，超滤中膜面流速对蛋白质去除率的影响没有固定规律，总体上在80%,～90%,的范围内波动，且波动范围较小.

随着泵频率的增大，三味水提液的相对澄清率先减小再增大，只有特殊条件下澄清率较低；而黄芩水提液的相对澄清率在95%,上下波动，且变化较小.可见，泵频率的变化对有效成分的保留率、无效成分的去除率和相对澄清率影响较小，几乎不呈现统计规律，因此可忽略膜面流速改变带来的影响.

2.3.2 操作压力对超滤效果的影响

图2 是泵频率为20,Hz 时不同操作压力下的超滤效果曲线.

图2 超滤操作压力对超滤效果的影响Fig.2 Effect of ultrafiltration pressure on ultrafiltration

由图2 可以看出：随着操作压力的增大，咖啡酸保留率和黄芩苷保留率都呈现先增大再减小的趋势.可见，存在临界压力使得保留率在此压力下达到最佳，当小于该临界压力时，由于压力较小，回流速度较大，滤液中含有的有效成分较少；而压力过大时，形成的滤饼层较为密实，使得在超滤过程中，有效成分不易透过，导致有效成分的保留率变低，咖啡酸保留率最大为 89.16%,，黄芩苷保留率最大为40.65%,.

对于三味水提液，随着操作压力的增大，蛋白质去除率变化较小，在实验误差范围内可认为几乎无变化.对于黄芩水提液，随着操作压力的增大，蛋白质去除率增幅较小.从超滤工艺来看，当压力较小时，回流较大，不能呈现稳定的超滤，而只是在系统中回流，因此需在合适的压力下超滤，才能达到较好的效果.三味水提液的蛋白质去除率最高为86.24%，黄芩水提液的蛋白质去除率最高为79.39%.

随着操作压力的增大，相对澄清率先减小后增加.这是因为压力较小时，通过膜孔的固形物及大分子物质较少，滤液浓度相对较低，相对澄清率较高；当压力增大时，固形物也进入滤液，导致相对澄清率减小；再增加压力时，凝胶层变厚实，阻止固形物通过膜层进入滤液，因此相对澄清率又增高.稳定后的相对澄清率高于90%,.

2.3.3 泵频率对膜通量的影响

图3(a)是操作压力为0.5,MPa 时三味水提液在不同泵频率下的膜通量变化曲线.可以看出：对于三味水提液，在泵频率为20,Hz 时，有较高的膜通量，且通量稳定，在实验时间内可认为无衰减，因此选择20,Hz 为最佳泵频率.

图3(b)是操作压力为0.5,MPa 时黄芩水提液在不同泵频率下的膜通量变化曲线.可以看出：初始时，黄芩水提液在泵频率为12.5,Hz 时具有最高的膜通量，但随着超滤的进行，由于泵频率较低，膜面流速低，沉积在膜表面的凝胶层阻碍药液的通过；当频率增加到20,Hz 时，由于泵频率较大，膜面流速较快，无凝胶层形成，药液大都在设备中循环，没有通过膜孔，当过滤一段时间后，超滤达到稳定状态，凝胶层的形成与破坏达到动态平衡，膜通量稳定，此时具有最大稳定通量，因此选择20,Hz 为最佳泵频率.

图3 隔膜泵的工作频率对膜通量的影响Fig.3 Effect of the work frequency of the diaphragm pump on membrane flux

2.3.4 操作压力对膜通量的影响

高操作压力使膜通量增大，同时导致浓度极化、微观沉积、膜孔堵塞、通量衰减增大，而且污染后难以清洗[10].低操作压力虽然能降低污染速度，但通量不能达到较大值.图4 是泵频率为20,Hz 时不同操作压力下的膜通量变化曲线.

图4 超滤操作压力对膜通量的影响Fig.4 Effect of ultrafiltration pressure on membrane flux

由图4(a)可以看出：对于三味水提液，在不同操作压力下的膜通量稳定，增大操作压力，就能提高膜通量.当操作压力达到一定程度，膜通量不再增加，达到极限膜通量.在本实验中，由于膜组件的承压限制，对于三味水提液，没有出现极限膜通量，因此选择最大压力1.0,MPa 为最佳操作压力.

由图4(b)可以看出：对于黄芩水提液，在操作压力较低时，凝胶层没有形成，因此膜通量较大；当操作压力增大时，膜表面会形成一层凝胶层，膜通量开始降低，当压力再增大时，凝胶层形成与破坏达到稳定，膜通量达稳定状态；当操作压力大于0.4,MPa时，凝胶层形成且膜通量趋于稳定，随着操作压力的增大，膜通量增加，且增加幅度在减小，当压力达到一定值时，出现极限膜通量，由于膜组件的承压限制，本实验中未出现极限膜通量；在0.6,MPa 时的平均膜通量在4.4,L/(h·m2)，而在1.0,MPa 时平均膜通量在4.8,L/(h·m2)，相差较小；0.6,MPa 下超滤后的黄芩苷保留率、蛋白质去除率和相对澄清率均相对1.0,MPa 要高.综上，选择0.6,MPa 为最佳操作压力.

3 结论

(1)对三味(蒲公英、苦地丁、板蓝根)水提液，采用壳聚糖作絮凝剂，耦合PES 膜超滤，比单独采用絮凝技术具有更好的澄清效果.隔膜泵工作频率和超滤压力对超滤后的药液成分影响较小，主要影响超滤膜通量.以超滤膜通量为衡量指标，得出三味水提液的最佳超滤参数：隔膜泵工作频率20,Hz，操作压力1.0,MPa.在此条件下，蛋白质去除率为81.11%,，比絮凝处理提高16.11%,，相对澄清率为91.17%,左右，咖啡酸的保留率为75.09%,.

(2)对黄芩水提液，采用壳聚糖季铵盐作絮凝剂，耦合PES 膜超滤，在隔膜泵工作频率为20,Hz，操作压力为 0.6,MPa 的条件下，蛋白质去除率为79.39%,，比絮凝处理提高 26.39%,，相对澄清率为95%,左右，黄芩苷保留率为40.65%,.其中黄芩苷保留率较低，因此对于黄芩水提液的超滤，应根据实际需求选定.

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