超濾在中藥提取物分離純化中的應用

　　中藥是我國傳統藥物的總稱，其使用以中醫理論為基礎，具有獨特的理論體系和應用形式，充分反映了我國傳統文化、自然資源等方面的特點。中醫根據陰陽五行說，使用不同性質的藥材，使其相輔相成，調和陰陽五行，以達到治療的效果。中藥來源于植物、礦物和動物，尤以植物類藥材居多。而植物類中草藥的化學成分十分復雜，通常含有生物堿、氨基酸、有機酸、酚類、皂甙、甾體、萜類化合物以及蛋白質、粘液質、鞣質、糖類、淀粉、纖維素、無機鹽等。另一方面，中藥在使用過程中多采用復方，一個由4～5味中藥組成的復方可能含有300～500種化學成分。中藥的天然性使其化學成分非常復雜，其有效成分(或有效部位)的確認以及分離純化對于提高中藥的質量，推動中藥國際化非常重要。中草藥有效成分多為生物堿、苷類、酮類等，提取溶劑一般為水和酒精，常用的精制方法有醇沉法、吸附澄清法、大孔樹脂吸附法和超濾法。醇沉過程中有大量沉淀出現，沉淀物的吸附和包埋作用會造成有效成分的損失，大孔樹脂吸附由于選擇性太強難以保留復方中復雜的有效成分，而吸附澄清法也存在澄清劑的殘留問題。相比而言，超濾膜分離具有操作條件溫和、能耗低、操作簡單、工藝流程短等優點，同時超濾能夠保留一定范圍內的成分，因此在中藥產業中具有獨特的作用和較大的應用潛力。將超濾技術應用于中藥的加工，以代替傳統分離方法，可降低中藥生產成本，提高藥品質量，推動中藥現代化進程。
　　超濾的基本原理
　　超濾介于納濾與微濾之間，可截留分子的分子量范圍為5×103～5×105um。在超濾膜的工作面上有一層極薄的致密層,層內微孔的孔徑約為2～15nm，濾膜下層為結構較疏松的支撐層,空隙﹥15nm。這種膜結構使得液體分離過程中當大分子溶質的微粒隨溶液切向流經膜表面時，因液體的快速流動使這些物質既不能進入致密細孔而引起膜的內堵塞,也不會停留在膜面上形成表面堵塞；而小分子物質和溶劑則在壓力驅動下穿過致密層上的微孔后，即能順利穿過下部的疏松支撐層,進入膜的另一側。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚砜(PS)、聚醚砜(PES)、聚丙烯腈(PAN)、聚酰胺(PA)等。
　　超濾膜截留的分子質量范圍為5×103～5×105um，而大多數中藥有效成分的相對分子量不超過1000um，無效成分如淀粉、蛋白質、樹脂、果膠等相對分子量則在5×104um以上。因此，選擇具有適宜截留分子量范圍的超濾膜可實現有效成分與雜質的分離，并可保留中藥原有的復方特色，最大程度上發揮藥效。
　　超濾操作模式及其應用
　　與普通過濾不同，超濾采用多孔性不對稱超濾膜，在膜的表層實現液—液分離，過濾方式為錯流，即料液與膜面平行流動。超濾按操作模式可分為間歇操作和連續操作2類。
　　間歇操作
　　間歇操作按照截留液的循環方式又分為截留液全循環和截留液部分循環2種操作方式。在超濾過程中，為了減輕濃差極化以及膜污染的影響，膜池內必須保持較高的料液流速，因此必須采用截留液大量循環的方式來維持高流速，另外由于膜的滲透通量較小，料液也需要在膜上循環多次才能達到濃縮要求。
　　間歇超濾具有較大透過率，分離效率高，操作簡單，設備以及膜面積較小，可實現少量原液的快速濃縮，因而適用于實驗室和小規模產品處理。間歇超濾的缺點是處理量小，而連續超濾操作的處理量大，料液在膜上的停留時間短，因此濃縮比低，故需要較大膜面面積。
　　連續操作
　　梁萬秋等比較了連續板式超濾與間歇板式超濾在頭孢菌素C發酵液過濾提純中的效果，發現連續板式超濾具有膜污染程度小、清洗后膜通量易恢復、濾液質量好、濾液單位均一等優勢。
　　連續超濾按照設備技術分為單級和多級2種，按照截留液的循環方式可分為無循環和部分循環2種，其中單級部分循環和多級部分循環在工藝過程中應用較廣。單級連續超濾的特點是超濾過程始終在高濃度下進行，因此滲透量與截留率均較低，為克服此缺點，一般采用多段連續操作。多級超濾各段循環液的濃度依次升高，最后一段引出濃縮液，因此前面幾段中料液可以在較低的濃度下操作。
　　超濾在中藥純化中的應用
　　藥液的預處理是中藥膜分離前必不可少的工序。由于中藥提取液中一般含有較多的固體和相對分子量較高的雜質，以及容易造成膜污染的膠質等，藥液直接采用超濾分離會造成膜的污染，降低膜的使用壽命。因此在超濾之前必須對原液進行預處理。常用的預處理方法為：首先采用離心分離和絮凝沉淀除去較大的固體雜質等懸浮物，然后微濾進一步除去細菌、膠體等物質。由于中藥成分中膠質等粘性物質的含量很高，膜的污染現象較為嚴重，因此最好采用抗污性較好的膜材料，如聚丙烯腈、磺化聚砜膜等。
　　中藥有效部分(部位)提取
　　中藥成分復雜，各成分在分子量上存在一定差別，選用適宜孔徑的超濾膜，可以通過膜的篩分作用將這些成分按分子大小分開。從分離的物質基礎、分離的目標及可用于分離的性質等方面考慮，探討中藥復雜體系的膜分離的科學與技術問題，提出中藥膜分離技術的工藝設計原則及膜污染防治思路。
　　近年來，采用超濾技術處理常見中藥提取液的研究報道很多，將超濾這種新的技術與傳統中藥處理相結合，有利于提高中藥制劑的質量，推動中藥現代化。具體的研究工作可分為具體的研究工作可分為具體的研究工作可分為3個方面：(1)探討超濾在中藥有效成分提取方面的應用[8-10]；(2)研究超濾在中藥提取液處理中的工藝條件[11]；(3)超濾過程的工業化及其相關問題。經過試驗，采用截留值為10000um的聚丙烯腈膜對較具代表性的7種中藥(丹參飲、四妙勇安湯、黃連解毒湯、人參生脈飲、理中湯、黃芪煮提液、水蛭煮提液)煮提液體系的超濾過程進行初步研究，發現7種體系的相對通量的變化趨勢大致相同，同時丹參飲、四妙勇安湯、黃連解毒湯、理中湯4種體系中有效成分的回收率都在60%以上，明顯高于醇沉后的回收率。而采用截留分子量為8000um的超濾膜純化刺參酸性粘多糖，截留率達到97.2％。除此之外，利用截留分子量為10000um的磺化聚醚砜(SPES)平板超濾膜純化銀杏黃酮提取物(GBE)粗原料產品，將銀杏黃酮的含量由21.3%提高到39.2%。
　　超濾技術在中藥液體制劑制備中的應用
　　新型的液體中藥制劑主要包括中藥注射液、中藥口服液和中藥滴眼液。
　　采用超濾技術可以濾除藥液中不穩定的膠團、大分子等雜質，提高液體中藥制劑的澄明度，同時還可除去熱源、鞣質，提高注射液的安全性[15]。
　　超濾法是制備中草藥注射液的有效手段。采用超濾工藝，使注射劑獲得穩定的澄明度，適宜于靜脈給藥。近年來超濾在中藥注射劑制備中的應用較為廣泛，表1列出了近年來超濾在中藥注射劑制備方面的應用。
　　中藥口服液療效好、見效快、飲用方便。但中藥提取液黏度大，其中所含大量的亞微粒和絮狀物等雜質難以用沉降、過濾、浸取等方法精制，而采用超濾法則能有效除去這些雜質，改善中藥口服液的質量和外觀。需要指出的是，由于中藥自身的復雜性，超濾的使用和超濾膜的選擇要根據藥物的性質、藥物的成分來選擇。表2列出了超濾技術在一些中藥口服液制備中的應用。
　　超濾技術在中藥處理中存在的問題
　　與傳統的處理方法相比，超濾雖然具有操作條件溫和、能耗低、操作簡單、工藝流程短等優點，但由于中藥本身的復雜性和多元性，易造成膜面的污染和堵塞。膜污染是指由于被過濾料液中的微粒、膠體離子或溶質分子與膜存在物理化學作用而引起的各種粒子在膜表面或膜孔內吸附或沉積，造成膜孔堵塞或變小并使膜的透過流量與分離特性產生不可逆變化的現象。膜污染影響膜通量和透過率，同時也會縮短膜的使用壽命。膜污染程度與膜材質、孔徑、膜過程的操作壓力及待分離體系中大分子溶質的濃度、性質、溶液的pH、離子強度、電荷組成等有關。膜污染的控制是超濾技術在處理中藥過程中亟需解決的問題。
　　目前，防治膜污染主要從3方面來考慮：(1)超濾前對提取物進行絮凝、微濾等預處理，以清除主要的膜污染物；(2)超濾過程中，綜合調節流速、溫度、電場、pH等因素，以減少膜表面的吸附，如提高膜表面的原液流速，強化沖刷作用等；(3)進行膜的清洗和再生。
　　由于膜污染的機理仍不明了，因此一方面應加強膜污染理論的研究，另一方面應針對不同的體系積累實驗數據和實踐經驗，開發適于中藥分離的膜設備和膜材料，以解決膜污染在膜分離應用中所造成的問題。
　　結語
　　綜上所述，針對中藥成分復雜以及有效成分“團組”的特點，超濾技術由于其眾多優點在中藥有效成分(有效部位)分離純化中已逐漸取代傳統的中藥提取液的處理方法，在中藥的現代化過程中將起到越來越大的作用。當然現代分析技術以及現代中醫理論也需要超濾這種新的手段應用于傳統的中藥處理，以制備中藥注射液、中藥口服液等新型制劑。中藥的成分和藥理非常復雜，隨著人們對中藥成分認識的加深以及膜技術的發展，超濾技術將在中藥現代化過程中起到更大的作用。