超滤分离技术在保健酒工艺中的应用研究+.doc

超滤分离技术在中药保健酒工艺中应用研究赵国锋 杨跃军 余达焱 刘世龙湖北劲牌生物医药有限公司 湖北大冶 435100要：采用膜分离技术（超滤）遵循传统的中医药理论对中药保健酒药材功能成分进行提取分离。以分离液稳定性实验、膜通量下降趋势、有效成分转移率综合考虑考察确定超滤膜分离参数，比较了不同分子量膜对中药有效成分分离的效果及研究超滤膜分离与中药有效成分分子空间结构的关系，实验结果表明，超滤分离液温度40 -45 、跨膜压力0.5-0.6 MPa、膜芯型号b在保健酒中药提取分离中可达到澄清分离效果，并保留药材中所有有效组分，截留鞣质及大分子杂质等，达到分离液稳定、降低生产成本 、环保、提高产品质量.关键词：超滤膜分离技术；中药材提取液；保健酒Study of Applying on Ultra Filtration Technology in Technics of Healthcare WineZHAO guo-feng，YANG yue-jun，YU da-yan, LIU shi-long(Technology Center of Jing Brand Corporation Limited, Hubei 435100, China)Abstract: The separation methods for membrane technology (ultra filtration) in healthcare wine extract were studied. The stability trial of separating medium, the membrane flux drop tendency and the effective components transfer rate were investigated to determine the ultra filtration separation parameter. Researching the relation between the membrane and the effective components molecular space structure and researching the separation effect by comparison with different molecular weight. the experimental result indicated that ultra filtration temperature is 40 -45 and cross membrane pressure is 0.5-0.6 Mpa. All active components were retained, the tan and large molecular impurity were withheld. It can make sample stable, reduce the produce cost, improve quality of products and also can protect environment. Key words:UF separation technology;CTM extract;healthcare wine目前中药的精制多以化学成分间极性差异(溶剂沉淀或萃取、吸附分离等)为基本原理分离，存在较多不足1。膜分离技术则以成分间分子量大小及空间结构差异为分离原理，传统的中药理论是多组方多成分的协同作用，如何遵循传统的中医药理论保留药材中低分子量的化学成分，除去高分子量的无用成分(胶质、鞣质、蛋白质、纤维)等，超滤膜分离技术有独特的优点；根据体系中分子的大小和形状，通过膜孔的筛分作用，在分子水平上进行分离2，在中药生产保健酒工艺中保留有效的功能成分，起到药材成分分离、纯化、澄清的作用。11. 材料与仪器原料来源：提取液A（巴戟天50%乙醇提取液）、提取液B（淫羊藿30%乙醇提取液）；膜设备:膜芯-1、 膜芯-2、 膜芯-3 ；液相色谱仪；紫外分光光度仪（型号：TU-1901、厂家:北京普析通用仪器有限责任公司）；电子天平（型号：AL104、厂家：梅特勒力-托利多仪器（上海）有限公司）。2. 实验方法 研究中选用了两味药材提取液，每味药材提取液超滤分离中，工艺研究分两个步骤：有效成分一次透析转移和稀释顶洗截留液再次透析转移有效成分；以顶洗后最终截留液中有效成分含量及有效成分总透过量计算分离总转移率。2.1提取液超滤分离将提取液经固液分离和陶瓷膜微滤处理后加入膜设备投料罐中，检查各阀门、开关是否处于正常状态；启动设备，在实验过程中定时记录实验起止时间、跨膜压力、料液温度等相关数据，并定时测定超滤速度（计算膜通量），通过测定截留液和透析液中目标成分的含量及转化率，测定浊度；考察膜对料液的膜通量、洗滤溶剂及量、收率等。在操作结束后，洗滤后排除滤渣，用清水冲洗系统后，加入含有膜清洗剂的水溶液清洗，在4050运行30分钟，用清水冲洗即可，通量完全可以达到初使状态；3. 结果与讨论3.1 膜的选择分别采用表1列出的膜对提取液A进行超滤分离，得到不同类型膜的通量变化见图1，不同膜芯对提取液A除杂率及提取液中总黄酮转移率的影响见图2、图3。图1 膜通量变化情况分析图由以上图谱可见，膜通量随时间下降趋势的平缓程度：方案2、3、4、5、7、9相差不大、并且优于方案1、6、8。3.2超滤膜分离提取液A正交表：表1正交试验考察因素因素水平A 温度（）B 压力（Mpa）C 膜管型号UF(D)1450.6膜芯-12400.8膜芯-2 3351.0膜芯-33.3 超滤膜分离提取液A过程中平均膜通量、总黄酮透过率与浊度分析： 表2膜分离正交实验直观分析表实验号温度（）压力（bar）膜管型号UF(D)平均膜通量（L/ h .m2）总蒽醌透过率浊度1111209.1599.99%12.28212232.5858.52%4.98313321.4447.55%3.66421233.3678.50%1.89522312.9945.92%0.46 6231211.9499.97%11.98731311.1642.72%3.578321140.13100.00%8.70933232.8467.74%2.73平均膜通量 K187.7291.96187.07总平均值=78.40K286.1061.9032.93K361.3888.7415.20R26.3430.06171.87总蒽醌透过率K168.69%73.74%99.98%总平均值=76.42%K274.80%68.15%68.25%K370.15%71.75%45.40%R1.46%6.59%54.58%浊度K16.975.9110.99总平均值=5.58K24.784.713.20K35.006.122.56R2.191.418.43a、直接比较9个实验结果，较优的实验方案：平均膜通量为方案6（2、 3 、1）；总蒽醌透过率为方案8（3、2、1）；浊度为方案5（2、2、3）。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）。总黄酮透过率：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：45、压力：0.6 Mpa、膜管型号：；膜芯-1总蒽醌透过率为：温度：35、压力：0.6 Mpa、膜管型号：膜芯-2；浊度为： 温度：40、压力：0.8Mpa、膜管型号：膜芯-3。由以上比较分析可知， 因子A（温度）对总黄酮透过率、浊度的影响均处于第二位，所以因子A （温度）应取40或35，再结合温度对平均膜通量的影响，综合平衡温度应取水平2（40）。因子B（压力）对各指标的影响均处于次要位置，故可由平均膜通量决定为水平1（6bar）因子C（膜管型号）对各指标的影响都最大，但由于膜芯a的透过液稳定性较差，并且对提取液不能起到很好的分离作用，因此因子C（膜管型号）应取水平2（b）。综合a、b分析可知，提取液A超滤分离最佳实验方案为：温度：40、压力：0.6Mpa、膜管型号：膜芯-2。3.4顶洗方案研究表3顶洗方案效果比较方案顶洗次数顶洗溶剂顶洗后截留液中总蒽醌截留率12w1.60% 23w0.16% 32z0.75% 43z0.03% 注：每次顶洗量为设备最小循环截留液量的两倍量计算，顶洗温度：4045，由表3可见，当顶洗3次时，溶剂w和溶剂z的顶洗效果相差不大，但溶剂w的成本较低，且操作方便，因此顶洗方案为：以溶剂w为顶洗溶剂，顶洗3次，每次2倍量。 3.5 提取液A超滤膜分离总蒽醌总转移率：表4 最佳方案 指标成分总蒽醌总透过率方案膜芯型号总蒽醌透过率实验条件操作压力(mpa) 温度()1a99.97% 0.640 由表4可知 通过正交实验选择提取液A最佳工艺方案总蒽醌总透过率可到99.97%，超滤膜在该工艺参数分离中分离液稳定。3.6超滤膜分离提取液B不同方案的膜通量变化情况分析表5 不同方案的平均膜通量比较方案平均膜通量（L/H.M2）平均值（L/H.M2）136.3933.62231.05333.43421.23525.26 图2 提取液b超滤分离各方案膜通量变化趋势比较 由图2及数据可见，膜通量随时间下降趋势的平缓程度为：方案4方案1、2、3方案5。从平均膜通量的角度来分析：方案1、2、3方案5方案4。所以从膜通量角度综合考虑：温度45 穿透压力（bar）：8 膜型号：b 较优。超滤膜分离提取液B有效成分转移率分析；表6 各实验方案有效成分的检测数据方案样品名称总黄酮（g/L）体积（L）总黄酮总量（g）超滤膜进料液0.606137.4722.71061超滤膜透过液0.390532.3412.6288超滤膜截留液1.27587.599.68332超滤膜透过液0.482733.8316.3297超滤膜截留液1.2225.286.45223超滤膜透过液0.42433.5514.2252超滤膜截留液0.93454.534.23334超滤膜透过液0.353433.4411.8177超滤膜截留液1.31784.375.75885超滤膜透过液0.277931.148.6538超滤膜截留液1.48555.247.7840 表7 指标成分一次透过率方案膜芯型号总黄酮透过率实验条件操作压力(mpa) 温度()1a55.61% 0.8452a71.90%0.8453b62.64%0.8454b52.04%0.8355c38.10%0.845由表6：总黄酮一次性透过率由大到小的顺序为：方案1、2、3（55.61%、71.90%、62.64%）方案4（52.04%）方案5（38.10%）所以结合膜通量变化情况综合考虑：方案一（温度：45 操作压力：8bar 膜管型号：b）较优。3.7顶洗方案研究： 为解决膜分离有效成分一次透过较低现象，选择不同溶剂及溶剂量对截留液进行稀释再分离为顶洗过程；表8 设备最小循环溶液2倍量溶剂z顶洗4次后有效成分截留率情况样品名称总黄酮（g/L）体积（L)总量（g)截留率超滤膜顶洗前截留液1.27587.599.68332242.64%第1次顶洗后截留液0.39553.681.455446.41%第2次顶洗后截留液0.22794.320.9845284.34%第3次顶洗后截留液0.31161.960.6107362.69%表9 设备最小循环溶液三倍量溶剂w顶洗二次后有效成分截留率情况样品名称总黄酮（g/L）体积（L)总量（g)截留率超滤膜顶洗前截留液1.31784.375.75878625.36%第3次顶洗后截留液0.04994.180.2088430.92%由以上表8、表9可以看出，用提取溶剂z的顶洗效果较好。提取液中总蒽醌、总黄酮的转移率是与加顶洗溶剂量成正比的，这说明顶洗过程中加顶洗溶剂越多，对膜两端被截留物质的洗脱及稀释效果越好，料液中的总黄酮转移到透析液中的比例越大。但添加顶洗溶剂过多会延长分离时间，增加设备能耗，故综合考虑，为提高保健酒药材提取液中总黄酮、总蒽醌的转移率，可适当增大顶洗溶剂量或顶洗次数，从而减少有效成分损失。3.8 提取液B超滤膜分离总黄酮总转移率：表10 最佳方案 指标成分黄酮总透过率方案号膜芯型总黄酮透过率实验条件操作压力(mpa) 温度()1a99.08% 0.845由表10可知 提取液B在超滤分离过程中总黄酮转移率可达到99.08%，同时根据分离液稳定性实验观察分离液稳定性好。4. 小结超滤分离技术在中药保健酒药材提取液分离中，根据总黄酮、有效成分转移率，分离液稳定性实验、分离液浊度的最优条件为：温度40 -45、跨膜压力0.6-0.8 MPa、截留分子膜芯量-2，加溶剂稀释顶洗量为：设备最小循环截留液3倍顶洗3次。该条件下得到的超滤透析液中总黄酮转移率为97%以上；分离液澄清透明稳定性较好，完全解决保健酒中沉淀现象，在分离过程中截留大量鞣质、大分子杂质在提高保健酒质量的同时，减少生产工序及生产成本。膜分离技术在中药提取分离中的应用是一项前沿的新技术革新2，具有许多传统方法无法比拟的优点。超滤分离技术在不违背中药传