微滤陶瓷膜 根据溶液环境调理理论的黄连解毒汤陶瓷膜微滤进程的预处理研讨
李博+张连军+郭立玮+付廷明+朱华旭
[摘要] 为了优化黄连解毒汤膜别离前的预处理办法，该文以黄连解毒汤为研讨方针，经过不同的预处理办法调理溶液环境及物料流变特征，别离调查不同溶液环境对膜通量、共性高分子物质去除率、方针性成分透过率等方针的影响。研讨发现，絮凝时的膜通量最高，方针性成分透过率高（>94.8%），共性高分子物质截留率较高；减压抽滤和调理pH为9时次之；调理pH和絮凝时方针性成分透过率相对较高，膜污染的首要要素为膜阻塞阻力。归纳各项方针，以絮凝的预处理作用最佳，调理pH为9时次之。
[要害词] 无机陶瓷膜；预处理；黄连解毒汤；膜通量；溶液环境
[收稿日期] 2013-07-19
[基金项目] 国家自然科学基金项目（30873449， 30973950，81274096）；江苏省科技厅产学研联合立异资金——前瞻性研讨项目（BY2012036）；江苏省科技厅自然科学基金项目（BK2012855）
[通讯作者] *郭立玮，研讨员，首要从事以膜技能为主体的中药复方别离工程研讨，Tel：（025）86798188，E-mail：guoliwei815@126.com
[作者简介] 李博，博士后，E-mail：zodlee@163.com
膜别离技能在中药制药工业中具有遍及的适用性，而其在中药范畴的运用面对的首要问题就是膜污染[1]。针对膜污染的研讨中，预处理技能能够有用改动料液的物理、化学性质，优化溶液环境，使膜与溶剂、溶质等之间的作用发作改动，然后进步膜通量或推迟通量下降，进步膜别离的功率[2]。因而，预处理技能是影响膜别离技能有用性、经济性的要害要素之一[3]。
因为中药复方水提液的杂乱性，本课题组在前期选用系统模仿的办法来打开研讨。本文在前期中药水提液模仿系统（包含淀粉、果胶、蛋白质、鞣质等高分子物质与小檗碱、黄芩苷小分子药效物质进行排列组合所组成的模仿系统）的研讨根底之上[4]，以中药复方水提液——黄连解毒汤为研讨方针，经过不同的预处理办法调理溶液环境（“溶液环境”是指溶液系统所具有的黏度、离子强度、电解质成分、pH等特征性质），别离调查不同溶液环境对膜进程、共性高分子物质去除率、方针性成分透过率等方针的影响。经过此试验对模仿系统预处理作用进行验证，探究针对中药水提液实践试验系统溶液环境的优化技能计划，以到达减轻膜污染，进步膜别离功率的意图。
1 资料
微型陶瓷膜设备（南京工业大学膜科学与技能研讨所研发，膜孔径0.2 μm，膜原料ZrO2，外径12 mm，内径8 mm，长22 mm）。
黄连 （产地四川，批号091017）、栀子 （产地江西，批号091017）、黄柏 （产地四川，批号091201）、黄芩 （产地山西，批号091017）购于安徽省亳州市中药饮片厂，经南京中医药大学刘训红教授判定。均契合 2010年版《我国药典》规则。壳聚糖 （脱乙酰化≥90%，上海伯奥生物科技有限公司）；盐酸小檗碱、栀子苷对照品（我国食品药品检定研讨院，批号别离为110713-200208，110749-200512）；乙腈、甲醇（色谱纯，江苏汉邦公司）。
Waters 515双泵液相色谱仪 （2487双波长紫外检测器，WDL-95色谱工作站）； Li-brorAEL-40SM电子天平 （1/10万，日本Shimadzu公司）；DHG-9023A型电热恒温鼓风枯燥箱（上海精宏试验设备有限公司）；Spectrum 754型紫外-可见分光光度计（上海剖析仪器厂）；雷磁PHSJ-4A试验室pH计（上海精细科学仪器有限公司）；雷磁DDSJ-308A电导率仪（上海精细科学仪器有限公司）；SZD-Ⅱ型智能化散射光浊度仪（上海自来水给水设备工程公司）；DV- Ⅱ+Pro型旋转黏度计（美国Brookfield仪器有限公司）；NANOSIGHT LM10 纳米粒度剖析仪（Nanoparticle Tracking Analysis Version 2.0，Brunel Microscopes Ltd UK）。
2 办法
2.1 黄连解毒汤的提取
按黄连9 g，黄柏6 g，黄芩6 g，栀子9 g的份额称取药材277.8 g，煎煮2次，每次1 h，第1次加水10倍量，第2次加水8倍量，4层纱布过滤，滤液兼并，冷却后调全体积至5 L，得黄连解毒汤复方水提液。
2.2 预处理办法
现在在中药水提液膜别离中运用的预处理技能首要有pH调理、絮凝、离子强度调理、微（粗）滤等。考虑到研讨方针为终究被人类所服用的中药，因而本文选用与人体相容性较好的调理pH、调理离子强度、减压抽滤、絮凝4种预处理办法进行溶液环境的调理。经过前期预试验，关于pH显酸性的黄连解毒汤而言，加酸调理pH会使得其间药效成分部剖分出，影响药效成分的搬运率，因而挑选增大pH，选用pH 6.5（近中性），9（碱性）2个代表性的点进行调理。调理离子强度选用与人体相容性最好的一价盐NaCl进行调理。絮凝则选用常用的，对人体无害的壳聚糖作为絮凝剂。
将上述5 L黄连解毒汤水提液参加1 mol·L-1NaOH调理pH至5.5，8.5邻近，接着参加0.1 mol·L-1NaOH调理pH 6.5，9，即得调理pH后的黄连解毒汤预处理液；将5 L黄连解毒汤水提液参加NaCl 14.61 g，使其彻底溶解，即得NaCl浓度为0.05 mol·L-1的离子强度预处理液；将5 L黄连解毒汤水提液运用双层滤纸在真空度0.95条件下减压抽滤后取滤过液，即得减压抽滤预处理液；将5 L黄连解毒汤水提液中参加1%壳聚糖100 mL，坚持药液絮凝温度30 ℃，静置过夜后，取上清液得壳聚糖絮凝预处理液。endprint
2.3 黄连解毒汤的阻力散布测定[5]
在操作压力为0.15 MPa，膜面流速为3 m· s-1，温度为50 ℃的条件下，将孔径为0.2 μm的ZrO2膜在试验设备上错流微滤，待通量安稳后，测其相应的膜通量，根据M M Dal-Cin修改正的阻力模型[5]，将总阻力D总分为膜本身阻力Dm，吸附阻力De，堵孔阻力Di和浓差极化阻力Dp，核算各分化阻力在总阻力D总中所占的百分比。
2.4 黄连解毒汤中共性高分子物质含量测定
2.4.1 淀粉含量测定[6] 精细称定枯燥至恒重的可溶性淀粉0.1 g，加水50 mL于250 mL烧杯中煮沸5 min， 冷却搬运至100 mL量瓶中，用蒸馏水定容至刻度，别离精细移取该液0，1，2，3，4，5，6，7，8 mL至100 mL量瓶中， 参加碘试液1.5 mL后用蒸馏水定容至刻度，混匀后，于530 nm处测吸光度。以吸光度（Y）为纵坐标， 可溶性淀粉质量浓度X （g·L-1）为横坐标，制作规范曲线，得回归方程Y=1 293.8X+0.011 2，r=0.999 8，线性规模0.1～0.8 mg·L-1。取样品溶液用蒸馏水稀释至必定浓度规模内，取1 mL至100 mL量瓶中，参加碘试液1.5 mL后用蒸馏水定容至刻度，混匀后于570 nm处测吸光度，代入规范曲线核算。
2.4.2 果胶含量测定[7] 取提取液30 mL（能生成果胶酸钙25 mg 左右），置于500 mL烧杯中，参加0.1 mol·L-1NaOH溶液100 mL，充沛拌和，放置0.5 h，再参加1 mol·L-1醋酸溶液50 mL，放置5 min，边拌和边慢慢参加1 mol·L-1氯化钙溶液25 mL，放置1 h（陈化），加热煮沸5 min，趁热用烘干至恒重的G2垂融坩埚漏斗过滤，用热水洗刷至无氯离子停止（用10%硝酸银溶液查验）。滤渣连同漏斗一起置于105 ℃烘箱中枯燥至恒重。样品中含果胶物质以果胶酸计的含量。果胶含量（%）=（m1-m2）×0. 923 3×V×100/（30×m），式中，m1为果胶酸钙和垂融漏斗的质量（g），m2为垂融漏斗的质量（g），m为药材取样量（g），0.923 3为由果胶酸钙换算为果胶酸的系数，V为药液总体积（mL）。
2.4.3 蛋白质含量测定[8] 精细称取牛血清白蛋白10 mg，用蒸馏水定容于10 mL量瓶中。别离精细移取0，0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mL至试管中，加蒸馏水稀释至1 mL后摇匀。从各试管中别离汲取溶液0.1 mL，参加考马斯亮蓝G-250 5 mL，混匀，放置2 min后于595 nm下测定吸光度（A），以A为纵坐标，蛋白质质量浓度C（g·L-1）为横坐标，制作规范曲线，回归方程为A=0.735 7C-0.000 4，r=0.999 7，牛血清白蛋白在0.2～1.0 g·L-1与吸光度呈杰出的线性关系。汲取待测样品0.1 mL，参加考马斯亮蓝G-250 5 mL，充沛混合，放置2 min 后在595 nm测其吸光度， 代入规范曲线核算蛋白质浓度。
2.4.4 鞣质含量测定[9] 精细称取各药材鞣质适量，置250 mL锥形瓶中，加水150 mL，于水浴上加热30 min（37 ℃），冷却后移入250 mL 量瓶中，加水稀释至刻度，滤过，滤液作为供试品溶液。精细量取供试品溶液25 mL于蒸发皿中，蒸干，残渣于105 ℃枯燥3 h，称重，记为T1；精细量取供试液100 mL置250 mL锥形瓶中，加皮粉5 g，振摇15 min，滤过，精细量取滤液25 mL，蒸干，残渣于105 ℃枯燥3 h，称重，记为T2；精细量取水100 mL置250 mL锥形瓶中，加皮粉5 g，振摇15 min，滤过，精细量取滤液25 mL，蒸干，残渣于105 ℃枯燥3 h，称重，记为To。鞣质质量分数=（T1-T2+To）×10/W×100%，W为药原料量，单位g。
2.5 黄连解毒汤的理化参数测定
2.5.1 pH测定 取样品20 mL，以校正过的精细pH计测定样品50 ℃时的pH。
2.5.2 浊度测定 取样品50 mL，测定样品50 ℃时的浊度值。
2.5.3 黏度测定 取样品20 mL，别离测定样品20，50 ℃时的黏度值。
2.5.4 电导率测定 取样品20 mL，测定样品50 ℃时的电导率。
2.6 黄连解毒汤的方针性成分含量测定
2.6.1 小檗碱含量测定[10] 以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；活动相乙腈-0.81%磷酸二氢钾（37∶63）；检测波长350 nm；柱温30 ℃；流速1.0 mL·min-1。
精细称取于60 ℃枯燥至恒重的盐酸小檗碱对照品10.16 mg，置于10 mL量瓶中，加甲醇稀释至刻度，制成盐酸小檗碱规范贮备液（1.016 g·L-1）。别离配成101.6，50.8，25.4，12.7，6.35 mg·L-1的系列对照品溶液，别离汲取上述溶液5 μL，注入液相色谱仪，测定，以峰面积（Y）为纵坐标，对照品质量浓度（X，mg·L-1）为横坐标，制作规范曲线，得回归方程Y=47 441X+32 379，R2=0.999 5，线性规模6.35～101.6 mg·L-1。endprint
2.6.2 栀子苷含量测定[11] 以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂；活动相0.05%磷酸二氢钾-乙腈（86∶14），加0.05%三乙醇胺，以磷酸调pH为3.0；检测波长254 nm；柱温25 ℃；流速1.0 mL·min-1。
精细称取于60 ℃枯燥至恒重的栀子苷对照品15.00 mg，置于10 mL量瓶中，加甲醇稀释至刻度，制成栀子苷规范贮备液（1.5 g·L-1）。别离配成150，75，37.5，18.75，9.375 mg·L-1的系列对照品溶液，别离汲取上述溶液5 μL，注入液相色谱仪，测定，以峰面积（Y）为纵坐标，对照品质量浓度（X，mg·L-1）为横坐标，制作规范曲线，得回归方程Y=20 050X+3 262.5，R2=0.999 9，线性规模9.375～150 mg·L-1。
2.6.3 供试品的制备 预处理前后的原液、透过液样品，加热至弄清，各取1 mL置于10 mL量瓶中，加20%乙腈-0.1%磷酸水溶液定容至刻度，摇匀，0.45 μm微孔滤膜滤过，即得。
3 成果
3.1 不同预处理对黄连解毒汤溶液环境的影响
黄连解毒汤的pH在4.5上下动摇，除絮凝外，膜进程后浸透液的pH略有不同程度进步。膜处理前原液的浊度较高，经过预处理过膜后，浸透液的浊度有所下降，其间pH为9以及絮凝时的浊度较低，而调理离子强度时的浊度相对较高，。溶液的黏度维持在2.14～2.64 mPa·s，膜进程后浸透液的黏度可下降1倍左右。未处理溶液的电导率在过膜后由本来的895.0 μs·cm-1降至678.0 μs·cm-1，其他预处理溶液在过膜后浸透液的电导率都有不同程度的进步，或许是因为经预处理并经过膜进程后，因为大部分高分子物质的去除，浸透液中电解质所占份额有所进步所构成的成果（表1）。
表1 不同预处理黄连解毒汤的理化特征参数
Table 1 The physical and chemical parameters of different pretreated Huanglian Jiedu decoction
3.2 不同预处理对黄连解毒汤膜通量衰减的影响
未预处理的溶液膜开始通量为276 L·m-2·h-1，安稳时的膜通量为122.4 L·m-2·h-1。调理离子强度的溶液膜开始通量为379.2 L·m-2·h-1，但过膜初期膜通量下降较快，安稳时膜通量为133.2 L·m-2·h-1，比未处理溶液进步了8.82%。pH调理至6.5时，膜开始通量低于未处理溶液，安稳时膜通量为138 L·m-2·h-1，比未处理溶液进步了12.7%。而pH为9以及减压抽滤时，膜开始通量附近，pH为9时在膜进程初期膜通量下降较快，10 min今后根本趋于安稳；减压抽滤时的膜通量下降相对较慢，但直到17 min今后才趋于安稳，安稳时的膜通量别离为171.6，176.4 L·m-2·h-1。絮凝时的膜开始通量最大，为660 L·m-2·h-1，过滤刚开始膜通量下降较快，5 min今后膜通量逐步安稳，安稳时的膜通量为421.2 L·m-2·h-1，为未处理溶液膜通量的3倍多。这有或许是絮凝将大部分大颗粒物质除掉，只剩下残留的小颗粒物质以及部分絮凝剂和其他预处理办法比较，其污染物并不杂乱。经絮凝处理后，在膜进程初期，污染物会较快吸附于膜外表或阻塞膜孔，5 min后，试验设备错流的流体作用力冲刷带走的膜污染物和不断构成的膜污染物处于动态平衡的状况，因而其具有较为抱负的膜通量（图1）。
图1 不同预处理黄连解毒汤的时刻-通量曲线
Fig.1 Time-flux curve of different pretreated Huanglian Jiedu decoction
3.3 不同预处理对共性高分子物质截留率和方针性成分透过率的影响
黄连解毒汤复方水提液中果胶的截留率最高，都到达85%以上，其间调理pH和离子强度时更高，为91%以上。淀粉截留率在调pH时较高，调理离子强度时最低，其他条件下截留率根本在50%左右。蛋白质的截留率絮凝时最高，到达81.82%，而经过调pH的预处理办法后截留率较低。未处理溶液的鞣质截留率为81.07%左右，除pH为6.5时截留率较低，全体上鞣质截留率到达70%以上（表2）。归纳考虑4种共性高分子的截留率，以pH为9以及絮凝时截留率相对较高。
表2 不同预处理黄连解毒汤的高分子物质截留率
Table 2 The removal rate of common polymers in the different pretreated Huanglian Jiedu decoction%
小檗碱的透过率在调理离子强度后较低，仅为25.2%，其他条件下小檗碱透过率都到达83%以上，尤其是pH为9以及絮凝时小檗碱透过率到达94%以上。与本课题组前期宣布的文章所述模仿溶液比较较[4]，黄连解毒汤复方水提液的透过率显着高于模仿溶液，其原因或许为生物碱与鞣质能够构成堆积然后小檗碱的透过率较低，黄连解毒汤中含有其他生物碱类成分，也会与鞣质结合发作堆积，然后下降小檗碱发作堆积的或许，进步了透过率；一起黄连解毒汤实践溶液环境与模仿溶液的差异也会导致透过率不同。栀子苷的透过率也都在81%以上，其间减压抽滤和絮凝时到达90%以上（表3）。归纳考虑以絮凝时透过率较高，而pH为9时次之。endprint
表3 不同预处理黄连解毒汤的方针性成分透过率
Table 3 The transmittance of index components in the different pretreated Huanglian Jiedu decoction%
3.4 不同预处理对黄连解毒汤阻力散布的影响
黄连解毒汤复方水提液的膜进程阻力首要为膜阻塞阻力，不同预处理后都达46%以上。未预处理溶液的总阻力最高，为2.57，膜阻塞阻力份额为71%，浓差极化阻力和外表堆积阻力别离为12%，4%；pH为6.5时，膜总阻力略低，各部分阻力份额根本改动不大，膜通量仅仅略有进步；调理离子强度时，膜阻塞阻力为46%，膜总阻力也更低，因而膜通量也较大；pH为9和减压抽滤时，浓差极化阻力和膜本身阻力根本共同，减压抽滤时膜阻塞阻力更低，膜总阻力也更低，所以在开始通量相差不大的情况下，减压抽滤时的膜安稳通量更大；絮凝时膜阻塞阻力为62%，一起浓差极化阻力也由12%降至8%，此刻的膜本身阻力份额较高，而且总阻力最低（图2）。在膜总阻力下降的一起，各部分阻力的份额也有所下降，因而膜通量最大。
图2 不同预处理黄连解毒汤的阻力散布
Fig.2 Resistance distribution of different pretreated Huanglian Jiedu decoction
为进一步从机制上进行剖析，本研讨运用LM10纳米粒度剖析仪对未进行预处理的黄连解毒汤原液进行测验。黄连解毒汤水提液的粒径散布较为广泛，在10～2 000 nm，其间有5%左右的颗粒在1 000～2 000 nm；黄连解毒汤中10～410 nm的颗粒占92.61%，200 nm以下的颗粒为71%左右，均匀粒径209 nm，溶液中颗粒粒径散布与膜的孔径散布正好穿插掩盖，极易发作膜孔阻塞（图3）。粒径散布较大的颗粒会将膜孔彻底堵死，使得其他颗粒物质不能透过而在膜外表堆积；粒径散布在200 nm左右的颗粒则会在膜孔构成架桥，必定程度上阻止液体的透过；粒径散布较小的颗粒或许在膜孔内吸附，阻塞膜孔，使得膜阻塞阻力较高。这或许就是本文所述膜进程中，膜阻塞阻力遍及较高的原因。
4 评论
关于黄连解毒汤复方水提液，以絮凝时的膜通量最高，减压抽滤和调理pH为9时次之，不同预处理后溶液的膜通量都有不同程度的进步。黄连解毒汤复方水提液中含有的其他膜污染物质经过絮凝和减压抽滤后被除掉，使得膜通量显着进步。
小檗碱和栀子苷的透过率都较高，根本到达81%以上。其间经过絮凝预处理后透过率最高，别离为94.81%，96.80%；pH为9时次之，别离为94.74%，86.44%。黄连解毒汤复方水提液经膜进程后以果胶的截留率较高，根本到达85%以上；蛋白质和鞣质的截留率在不同预处理条件下相差较大；淀粉截留率根本维持在47%～76%。
图3 黄连解毒汤水提液的粒径散布
Fig.3 Particle size distribution of Huanglian Jiedu decoction
黄连解毒汤复方水提液在陶瓷膜微滤进程中，膜污染的要素首要集中于膜阻塞阻力，浓差极化阻力和膜外表堆积阻力次之。经过预处理下降膜阻塞阻力和浓差极化阻力是进步膜通量的要害。
归纳调查膜通量、共性高分子物质的截留率、小檗碱和栀子苷的透过率等要素，关于黄连解毒汤以絮凝的预处理作用较为抱负，调理pH为9时次之。本研讨成果与本课题组前期宣布的文章[4]成果比较，有差异，标明模仿溶液与实践溶液环境的不同关于膜进程的影响仍是相对较大的。在今后的研讨中，应该依照从简略到杂乱的办法逐步深化，在之前构建相对简略的溶液环境的研讨根底上，逐步完善模仿系统，例如改动方针性成分的品种和含量、添加其他药液中存在的膜污染物等，尽或许使模仿系统与实践溶液环境不断挨近。在此研讨根底之上，凭借核算机化学的相关手法，经过中药水提液中共性高分子物质在不同预处理进程搬迁体现的研讨，为树立相关传递数学模型，对不同中药系统完成具有预告功用的个体化“溶液环境”优化规划供给根据。
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Study of pretreatment on microfiltration of Huanglian Jiedu decoction with
ceramic membranes based on solution environment regulation theory
LI Bo， ZHANG Lian-jun， GUO Li-wei， FU Ting-ming， ZHU Hua-xu
（1.Key Laboratory of Separation Engineering for Chinese Medicine Compound， Nanjing University of
Chinese Medicine， Nanjing 210029， China；
2. Jiangsu Provincial Rongjun Hospital， Wuxi 214035， China）
[Abstract] To optimize the pretreatment of Huanglian Jiedu decoction before ceramic membranes and verify the effect of different pretreatments in multiple model system existed in Chinese herb aqueous extract. The solution environment of Huanglian Jiedu decoction was adjusted by different pretreatments. The flux of microfiltration， transmittance of the ingredients and removal rate of common polymers were as indicators to study the effect of different solution environment. It was found that flocculation had higher stable permeate flux， followed by vacuuming filtration and adjusting pH to 9. The removal rate of common polymers was comparatively high. The removal rate of protein was slightly lower than the simulated solution. The transmittance of index components were higher when adjust pH and flocculation. Membrane blocking resistance was the major factor in membrane fouling. Based on the above indicators， the effect of flocculation was comparatively significant， followed by adjusting pH to 9.
[Key words] inorganic membrane； pretreatment； Huanglian Jiedu decoction； membrane flux； solution environment
doi：10.4268/cjcmm20140112
[责任编辑 马超一]endprint