膜分离技术及其在中药提取分离中的应用

张浩农

（河南医药健康技师学院，河南 开封 475000）

中药传承着我国几千年的历史文化，其独特的疗效在医药领域中发挥着关键作用。中药成分相对复杂，仅靠传统中药提取分离法，很难获取良好的分离效果，因此，很多中药制剂都存在着剂量大、质量不稳定、不易携带及制剂粗糙等缺点。为了实现中药现代化，真正的向全世界推广中药，必须合理应用高新技术，保证中药制药品质，实现现代化中药生产。膜分离技术是我国中药制药的高新技术，可将中药提取物杂质去除，取其有效成分，对中药领域的发展起到了不可忽视的作用。

一、膜分离技术原理及分类

膜分离技术所选择的分离递质多为选择性的透过膜，当膜两侧具有浓度差、电位差或压力差时，一侧的原料会选择性的透过膜，从而实现纯化分离的效果。有研究结果显示，在中药成分纯化分离中应用膜分离技术，可发挥脱水浓缩、滤除小分子物质、截留大分子杂质等三项功效。该技术在分离期间不会发生变化，且可于常温状态下操作，有着较大的分离系数，消耗低。因此，传统的冷凝吸附、过滤、萃取、蒸馏及重结晶将被取代，实现有效分离。中药提取液在分离中药成分期间，所含的固体杂质较多，直接用膜分离技术，很可能会污染膜，降低使用膜的寿命。因此，在使用膜分离前要预处理提取液，预处理药液的相关步骤包括以下几点：1.絮凝沉淀：将絮凝剂加入制药中，沉积大部分悬浮物，从而增大悬浮颗粒尺寸，更容易被超滤膜分离。2.用压滤将较大的固体物质去除。按孔径大小可将分离膜划分为纳滤(1-10nm)、超滤(10-100nm)及微滤(≥0.01μm)，可依据不同对象的需求实行不同的膜分离技术。

二、膜分离技术在中药提取分离中的应用

（一）微滤

微滤(microfiltration)在膜技术中使用较早，是以筛分作为分离机理，在分离期间发挥主要作用的为膜的物理结构，分离过程中采取推动力为压力差，膜孔径呈0.01～10μm 大小，推动压力差在0.1MPa 以下。微滤在医疗和制药期间多用于澄清药液、除菌过滤及去除病毒和颗粒物，净化医疗用水以及预处理反渗透过程。微滤膜材料分为两类，包括无机材料和有机材料，无机材料中较为常见的有沸石、玻璃、金属氧化物、陶瓷等，而有机材料的相关成分包括聚丙烯、聚矾、纤维素酯类。无机膜相比有机膜有着更稳定的化学物质，耐高温，且抗污染性良好，机械强度较优，便于清洗，近几年来已经获得快速发展。

相关研究[1]表明，通过分析比较传统醇沉工艺与微滤膜分离，进行清肝颗粒优选提取，发现膜分离法比醇沉法的效果更优，在进行清肝颗粒提取时，便于操作，节约能源，有效成分中含有较高的绿原酸。有研究结果[2]显示，用0.2μm 陶瓷微滤膜装置微滤主要原料为黄芪的中药药酒，并对比分析微滤前后液体，发现微滤前药酒为浑浊液体，微滤后表现为黄褐色澄清透明液，未改变其余成分，表示无机陶瓷膜可将中药药酒澄清效果提升。还有研究学者对女贞子水煎液药效部位采取陶瓷微滤膜分离，所选择的受试液为曲膜分离所获取的过滤液，对照组选取上清液，探究膜分离提取物是否会影响小鼠免疫作用。结果发现女贞子膜分离所获得的微滤液可提升动物实验免疫功能，且提升的免疫功能作用明显比上清液更优。还有研究学者[3]基于膜通量为指标，通过优化膜材质、浓度、温度及压力，将地龙匀浆液中药效物质有效分离，显示膜通量随着增加温度、过滤压差而呈上升趋势，伴随浓度的提升而降低，确定分离时一级膜管与二级膜管分别选择0.2μmAl2O3、50nmZrO2。

（二）超滤

超滤(ultrafiltration) 是借助膜两侧不同的压力差，选择性的分离不同分子量的溶质。以筛分为分离机理，膜孔径呈10-100nm 大小，推动压力差为1-100MPa 大小，可将0.0012～0.05μm 的溶质分子和大约1000 万分子量的高分子化合物、蛋白、菌丝、热源、病毒、胶体从液体中除去，常用于脱盐浓缩与大分子物质的分级分离，纯化小分子物质。超滤过程未改变，不使用有机溶剂，有着较高的分离选择性，可发挥良好的除杂效果，提升注射剂、口服液等液体制剂的澄明度，除了可将储存时间延长，还能够将热原和细菌去除，在操作过程中实现自动化、连续化的优势，与现代化中药生产机理符合。相关研究[4]表明，采取卷式超滤膜分离提纯灵芝多糖，确定为6000D 膜截留分子量，0.6 MPa 超滤压力 以及45min 时间，制得纯度为73.5%的灵芝多糖，可获得69.4%的回收率，表示以超滤膜技术行灵芝多糖分离提纯，工艺相对简单，可获取显著效果。有研究结果显示，以高效液相色谱法对白芍超滤液中芍药苷的含量进行检测，研究超滤膜对白芍醇提液分离体外抗肿瘤的活性及药效部位，发现白芍超滤液药效部位可抑制肿瘤细胞，与给药时间及给药剂量具有相关性。说明白芍醇提液药效部位经超滤膜分离可于体外发挥良好的抗肿瘤活性。

（三）纳滤

纳滤(nanofiltration)是一种膜分离过程，发生于反渗透和超滤之间，可将超滤和反渗透区间的空白填补。在分离期间的推动力为压力差，是以吸附扩散作为分离机理。孔膜孔范围在1-10nm 可将300-1000 的小分子物质的分子量去除，推动压力差呈0.5～1.5MPa。纳滤膜由于截留分子量介于超滤与反渗透之间，同时还有Donna效应存在，因此对分离低分子量有机物和盐可发挥显著效果，不会对分离物质生物活性、无公害及节能等特征造成影响，已经在各类分离、浓缩及精制医药工业中获得了广泛应用，多用于分离、纯化、澄清过滤抗生素、维生素及氨基酸等发酵液。纳滤膜同时具有透析和浓缩的作用，可达到最小的溶质的损失，常联合应用其他膜技术。相关研究[5]表明，采取一级纳滤和两级超滤分离、浓缩银黄煎液，采取HPLC 法对绿原酸含量和黄芩苷含量进行检测，以蒽酮试剂比色法对多糖含量进行检测，探究银黄复方有效部位采取膜分离技术提取的有效性，结果发现糖含量呈3.41mg·mL-1，从原液中转移黄芩苷的可能性为77.24%，从绿原酸转移黄芩苷的可能性为79.02%，表明于银黄水煎有效部位采取膜分离方法进行分离，便于操作，可将多糖在内的不同类型活性成分保留。相关研究表明，经低温提取工艺，采取微滤膜除去杂质，纳滤膜浓缩麻黄碱，可确保最佳提取工艺，可将麻黄碱生产工艺以及处理废水问题解决，有效提升麻黄碱收率，减弱耗能。相关研究[6]表明，在提出的新工艺中可纳入20t·h-1 纳滤膜连续浓缩大豆低聚糖，该工艺流程可稳定运行，有着较高的自动化程度，经济适用，可使连续生产的要求获得满足，高效率运行膜分离装置。

三、膜集成工艺

膜集成工艺在提取中药成分中获得了广泛应用，经联合各级膜处理，可有效进行纯化分离，便于操作，且所用装置十分简便，很容易实现自动化控制。有研究结果[7]显示，采取微滤结合超滤的方法在枸杞果肉中提取枸杞多糖，可达到90.4%的截留率，以微滤作为超滤的预处理，在使超滤减轻负担的同时，其通量比超滤更大，可以以更便宜的价格完成。浓缩枸杞多糖期间超滤的合理运用，可进一步缩小截留的分子量。还有研究结果[8]显示，在提取灵芝液时对特定物质的选择分离性能，可依据微孔过滤、纳滤、超滤各种膜，创建新型膜集成工艺，即筛网和滤纸粗过滤除杂以及纳滤净化处理，经切割不同分型的分子质量膜实行两级纳滤，之后用纳滤将灵芝净化浓缩。超滤渗透液经纳滤浓缩，获得6 倍的浓缩效果，在浓缩期间纳滤渗透液的色度可稳定至70-80，可获取较高的有效成分截留率。

四、膜分离技术与其他方法于中药提取中的联合应用

膜分离联合其他方法用于提取有效物质，可弥补传统方法低效率、污染大的不足，促进我国药用资源的开发。相关研究[9]表明，大孔树脂吸附技术联合超滤技术于葫芦巴药材中提取分离葫芦巴总皂苷，葫芦巴提取液经大孔树脂吸附精制后，明显降低污染超滤膜的成分，且可实现超滤的精制效果，提升有效成分含量，将树脂的脱落微粒清除。大孔树脂吸附技术联合超滤技术所制备的高含量有效成分提取物是常规手段无法制备的。相关研究[10]表明，以沉淀剂结合膜分离法可提取猪小肠黏膜中的肝素钠，膜分离法较乙醇沉淀法，可降低大于85%的乙醇用量，达到29.03%的回收率和61.8μ·mg-1 的效价，膜分离与沉淀结合法实现了合理的工艺设计，方法可靠，实践价值较高。中药存在着复杂的化学成分，中药水提液是一种复杂体系，是由悬浮液、乳浊液混合真溶液，有着几十至几百万的分子量，对中药有效成分进行纯化和分离中药可发挥关键作用，而中药加工开发期间会出现损伤有效成分的难题。在进行膜分离工艺运用时，需对不同的影响条件进行考察，确保选取最佳工艺。一般需考察的因素包括温度、膜面流速、跨膜压差及膜管孔径，以膜通量等指标。

五、结语

膜分离技术相比传统提取方法，可有效适应中药多成分多靶点，其优势包括有着较强的可控性、便于操作、节能、高效、便于放大工艺及污染小等，在中草药有效成分的分离和纯化方面获得了显著进步，发展前景良好。随着不断发展现代科技，膜分离技术在中药分离纯化中也开始日趋成熟。