纳滤膜技术在吗啡提取物浓缩中的应用

白祖国++彭文博++熊福军++张建嵩

摘要：以吗啡提取液为研究对象，研究纳滤膜技术在提取物浓缩中的应用。结果表明，经纳滤膜工艺能有效脱水达80%以上，主要有效成分吗啡收率达到99%以上，膜平均通量稳定在15 L/（m2·h），清洗后膜通量恢复至99%以上。

关键词：吗啡；提取液；纳滤膜；浓缩

中图分类号：O552.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）13-2516-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.13.029

Application of Concentration of Morphine Extraction Solution by Nanofiltration Membrane Technology

BAI Zu-guo，PENG Wen-bo，XIONG Fu-jun，ZHANG Jian-song

（Jiangsu Jiuwu Hi-Tech Co.，Ltd.， Nanjing 211808，China）

Abstract： Using extraction solution of morphine as study object， the concentration of extraction solution of morphine by nanofiltration membrane technology were carried out. Experimental results showed that the dehydration rate of morphine was more than 80%， the stable membrane flux was 15 L/（m2·h）， and recovery membrane flux was more than 99% after chemical cleaning.

Key words： morphine；extraction solution；nanofiltration membrane；concentrate

随着工业革命的科学技术突飞猛进，新技术和新学科的出现，研究和提取单一成分的化学单品变得更加容易。中国现代中药研究的开始，标志着中药从本草学阶段进入现代药学阶段。现阶段，中国中药制品服用量大、质量不稳定、化学成分复杂等问题。现代中药的目标是，通过高新技术纯化分离并保留中药有效组分，改善性能，最终使现代中药走向世界[1，2]。

依据中国现代中药化学的研究，植物類中药已能分离提取近100种化学成分，常见的中药提取物是一种混悬液、乳浊液和真溶液组合而成的复杂提取体系[1]。目前，采用的分离方法主要有超临界流体萃取技术[2]、酶工程技术[3]、双水相萃取技术[4]、树脂分离技术[5]和膜分离技术[6]等。其中由于膜分离技术无相变、节能、分离效果显著等特点，应用广泛。膜分离技术是通过与树脂分离、结晶等工艺组合使用，进行有效成分的富集。本研究以吗啡提取液为对象，初步研究色谱分离-纳滤工艺在浓缩吗啡提取液的应用，旨在为现代中药工业化生产提供试验基础和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验工艺流程

试验工艺流程如图1所示。生鸦片经过CPS提取后，进行1 200 r/min离心30 min，调节pH为9.4～9.5。去除粗提液中的悬浮物和大分子胶体物质，然后取其离心上清液进入色谱分离，得到纯化的吗啡提取物。温度约30 ℃，pH为4。吗啡提取液进行纳滤浓缩，浓缩液进行调pH结晶，透过液进行收集后排入污水处理厂。色谱分离和纳滤浓缩系统是整个工艺的关键，色谱分离可有效实现单有效组分的分离，而纳滤浓缩替代蒸发浓缩，显著降低能耗，大幅度提高收率。纳滤设备采用江苏久吾高科技股份有限公司生产的有机膜设备。

1.2 试验材料

吗啡提取液来源于河北某药业，乙腈、0.1%甲酸购自上海试剂总厂，吗啡标样由河北某药业提供，纳滤膜设备清洗剂采用江苏久吾高科技股份有限公司生产的专业清洗剂。

1.3 方法

1.3.1 纳滤浓缩液和透过液的制备方法 一定量经过CPS提取后的粗提液经过离心预处理去除悬浮物及大分子胶体后上清液进入色谱分离得到吗啡提取液。而后将吗啡提取液加入纳滤膜系统，启动系统并记录系统运行相关参数，测定通量并得到纳滤膜透过液和浓缩液，透过液主要为甲酸、水。纳滤膜采用卷式纳滤膜组件，较宽的流道可有效减缓膜污染。

1.3.2 分析方法

1）浓缩倍数。纳滤膜在此过程中主要起着浓缩吗啡提取液的作用，其浓缩程度通过浓缩倍数来确定。采用处理后浓缩液的体积V1和处理前提取液的体积V2的比值来表示：

浓缩倍数=V1/V2

2）收率和色谱（HPLC）分析条件。吗啡提取液中主要有效成分是吗啡，有效成分吗啡的截留率是评价纳滤膜浓缩效果的重要指标。分别取原液、浓缩液和透过液少许，采用HPLC测定其浓度，从而得出分离过程中有效成分的收率。收率有正算和反算之分。正算是浓缩液中有效组分的质量除以原液有效组分的质量；反算是通过总量减去透过液中有效组分的比例来表示。正算会由于设备死体积的存在使收率偏小，反算的收率相对更准确。

吗啡HPLC分析条件：乙腈与0.1%甲酸为流动相（二元高压梯度形式），检测波长284 nm，流速1 mL/min，进样10 μL，柱温30 ℃。

3）纳滤膜清洗效果。纳滤膜通量的恢复是考察纳滤膜清洗效果的主要指标，在同等循环流量、压力和温度下，NF膜受污染前后测定的通量为原始通量J1和污染通量J2；被污染的纳滤膜采用纯水冲洗15～20 min，去除膜表面非结合的污染物，随后测得的通量为冲洗后通量J3；采用清洗剂对纳滤膜清洗30 min后测得的通量为清洗后通量J4，则一般膜通量恢复率：R=（J4-J2）/（J1-J2）×100%。

2 结果与分析

2.1 纳滤膜浓缩吗啡提取液

采用纳滤膜对吗啡提取液进行分离浓缩，以浓缩倍数（脱水率）为指标，考察纳滤膜脱水浓缩效果。吗啡提取液浓缩过程中应尽可能提高浓缩倍数，去除水分，达到浓缩效果，此次浓缩7～8倍后即可采用调pH结晶。

由表1可知，各批次试验进料量为70～120 kg，受试验条件、工况等限制，各批次运行试验稍有不同。在温度22～30 ℃、入膜压力1.2～2.2 MPa、出膜压力1.0～2.0 MPa的条件下，各批次脱水率保持在80%以上，浓缩倍数达到5倍以上。由于物料性质的波动，其脱水率会稍有波动。纳滤膜分离浓缩效果完全符合吗啡提取液色谱分离后进行浓缩的生产需求，达到药液浓缩的目的。

2.2 纳滤膜浓缩吗啡提取液的收率

2.2.1 液相色谱分析 根据色谱分析条件，取吗啡提取液色谱分离后原液、纳滤浓缩清液及浓缩液样品，采用高效液相色谱仪进行测定，结果如图2～图4所示。图4为吗啡提取液浓缩后的液相色谱，通过与标样比对可以确定6 min处的峰为吗啡有效组分，计算其浓度，进一步分析纳滤膜浓缩过程中的收率。

2.2.2 收率分析 分别取3个批次的吗啡提取液色谱分离后原液、纳滤浓缩清液及浓缩液样品，采用高效液相色谱仪进行测定，计算各批次有效成分的收率，结果如表2所示。由表2可知，纳滤膜对吗啡提取液中有效成分有很好的截留作用，根据反算结果，有效成分的收率平均值达到99.00%，有效成分高度截留。分析发现，正算的计算方法存在一定的偏差，这是因为初次试验开始时，设备死体积中残留的水会使收率降低，而连续试验过程中，死体积中残留的上批次浓缩液可能会导致收率增高。相对而言，反算更能精确表征纳滤膜浓缩过程中的收率。

2.2.3 纳滤膜浓缩过程中的通量及其稳定性 膜分离浓缩过程中的通量是一个重要的因素，此次浓缩试验过程中通量变化如图5所示。各批次吗啡提取液在纳滤膜浓缩过程中，在连续进料初期，膜通量较快衰减，体现了浓差极化作用和膜芯表面凝胶层等污染过程，随后体系通量处于相对稳定状态，在各批次试验最后阶段通量快速降低，这是由压力降低等因素引起。在压力1.0 MPa的情况下，膜通量稳定在15 L/（m2·h），此通量能满足该吗啡提取液工业化分离提取的要求。

2.3 纳滤膜清洗恢复效果

根据试验数据计算纳滤膜清洗后的通量恢复率，具体结果见表3。由表3可知，仅采用纯水冲洗难以彻底恢复膜通量，需采用化学专业清洗剂可以提高通量恢复率。实际操作过程中，采用纯水冲洗及化学清洗后未彻底恢复膜通量时，需要采用专业清洗剂进行清洗。

3 小结

研究纳滤膜技术在提取物浓缩中的应用，纳滤膜浓缩工艺能有效脱水80%以上，主要有效成分吗啡截留率99.00%以上，膜平均通量稳定在15 L/（m2·h），清洗后膜通量恢复99.3%。采用色谱分离-纳滤膜浓缩工艺对吗啡提取液进行浓缩，能达到实际生产应用要求，为膜法浓缩中药提取液的工业化应用提供了一定的试验基础和理论依据。

参考文献：

[1] 郭立玮，金万勤.无机陶瓷膜分离技术对中药药效物质基础研究的意义[J].膜科学与技术，2002，22（4）：46-49.

[2] 吕春德，李淑艳.分离技术在中药提取领域中的应用[J].科技资讯导报（工业技术版），2007（14）：100.

[3] ZHOU Y J，DAI L M，CHEN F M，et al.Separation of β-sitosterol and campesterol by high-speed countercurrent chromatography[J].Fine Chemicals，2002，19（3）：183-185.

[4] 許明淑，罗明芳.酶法强化中药提取的研究进展[J].中国中医药信息杂志，2005，12（12）：37-39.

[5] 李平华，王兴文.大孔吸附树脂在中药有效成分分离纯化中的研究进展[J].云南中医院学报，2003，26（3）：43-46.

[6] 纪晓声，楼永通，高从堦.膜分离技术在中药制备中的应用[J].水处理技术，2006，32（3）：11-14.