真空膜蒸餾法濃縮黃芩提取液的工藝研究

石飛燕，　李 博，　潘林梅，　郭立瑋

（南京中醫藥大學江蘇省植物藥深加工工程研究中心，江蘇　南京　210023）

真空膜蒸餾法濃縮黃芩提取液的工藝研究

石飛燕，李 博，潘林梅*，郭立瑋

（南京中醫藥大學江蘇省植物藥深加工工程研究中心，江蘇南京210023）

目的 采用聚偏氟乙烯中空纖維膜，運用真空膜蒸餾法濃縮黃芩提取液，研究濃縮過程中操作參數對濃縮效率的影響。方法 采用HPLC法測定黃芩提取液及膜蒸餾透過液中指標性成分黃芩苷的量，以黃芩苷截留率和膜通量為評價指標，考察進料溫度、真空度和料液體積流量對濃縮效率的影響。結果 隨著進料溫度、真空度及料液體積流量的增大，膜通量明顯增大。在進料溫度59℃，真空度94～95 kPa，料液體積流量1.0～1.2 L/min的條件下，黃芩苷截留率可達100.0%。結論 真空膜蒸餾法用于黃芩提取液的濃縮工藝控制較簡捷，效果明顯，具有較好的應用前景。

真空膜蒸餾；黃芩；提取液；膜通量；黃芩苷；截留率

中藥制藥全過程一般包括提取、濃縮、純化、干燥和制劑成型等工序，制藥工藝流程中各關鍵環節質控點的精確控制是確保藥品質量的基石［1］。中藥水提液傳統的濃縮方法存在著濃縮溫度高易引起熱敏性藥效成分失效，濃縮時間長，分離效率低，一步濃縮難以實現高相對密度的質量要求等問題［2-3］。且對大多數廠家來說，濃縮工段的蒸汽消耗約占全廠總蒸汽耗量的60%左右甚至更多［4］。與傳統濃縮方法相比，真空膜蒸餾可以減少上述問題，具有操作溫度低，操作壓力低于反滲透過程，蒸發面積大，截留率高等優點［5-7］。

本實驗以黃芩提取液為研究對象，黃芩為唇形科植物黃芩Scutellaria baicalensis Georgi的干燥根［8］，系常用中藥。性味苦寒，具有清熱燥濕、瀉火解毒、涼血止血、安胎之功效［9-10］。現代藥理研究表明，其主要活性成分為黃芩苷、黃芩素等黃酮類化合物，具有抗炎、抑菌、利尿、抗變態反應等作用［11］。本實驗應用真空膜蒸餾（VMD）技術，引進物化實驗技術方法，采用聚偏氟乙烯（PVDF）中空纖維膜，測定濃縮過程中的膜通量、黃芩苷截留率等方面的變化，對真空膜蒸餾濃縮黃芩水提液的操作條件進行初步優化，為深入探討膜蒸餾濃縮工藝機理及工業化放大奠定基礎。

1　儀器與試藥

真空膜蒸餾裝置（自制）；聚偏氟乙烯（PVDF），外徑1.16 mm，內徑0.80 mm，孔徑0.16μm，孔隙率80%～82%，天津工業大學提供。聚丙烯腈超濾膜（60～80 K），外徑1.3 mm，內徑0.9 mm，有效膜面積0.3 m2，天津愛生膜科技有限公司生產。

Waters 2695高效液相色譜分析儀（2998型紫外檢測器，Empower工作站，美國Waters公司）；旋轉蒸發器（上海亞榮生化儀器廠）；HH數顯恒溫水浴鍋（江蘇金壇市金城國勝實驗儀器廠）；加興水泵；SHZ-D（Ⅲ）型循環水真空泵（鞏義市英峪高科儀器廠）；電子天平Sartorius TE4101-L（德國）；臺式冷凍離心機（A11egra 64R，美國Beckman公司）。

對照品黃芩苷（純度91.7%，批號110715-201117，購自中國食品藥品檢定研究院）。甲醇（色譜純，江蘇漢邦科技有限公司）；磷酸（分析純，南京化學試劑有限公司）；水為娃哈哈純凈水。黃芩購自安徽省亳州市中藥飲片廠，經南京中醫藥大學藥學院劉訓紅教授鑒定，符合《中國藥典》2010年版一部規定。

2　方法

2.1黃芩水提液的制備及預處理

2.1.1制備方法 稱取一定量的黃芩藥材，浸泡0.5 h，煎煮2次，第1次加10倍量水，煎煮2 h；第2次加8倍量水，煎煮1.5 h，過濾，合并濾液，加水至生藥量達50 g/L。

2.1.2預處理 將上述提取液以10 000 r/min高速離心10 min，然后用截留相對分子質量為6～8萬的聚丙烯腈膜超濾，即得膜蒸餾原液。前期預實驗表明該預處理方法較合理，HPLC檢測預處理前后藥液的相似度為0.995。

2.2膜蒸餾濃縮工藝及過程影響參數

2.2.1膜蒸餾濃縮工藝 將原液放入裝置中的原液槽，置于恒溫水浴鍋中，加熱至一定溫度后開啟供液泵，待料液溫度穩定，開啟真空泵。藥液以一定體積流量流進中空纖維膜內側，然后再回流至原液槽中，往復循環。膜的外側抽真空，只有藥液中水蒸氣可以透過疏水膜，經冷凝裝置冷凝成水。在實驗過程中，改變操作參數如進料溫度、真空度及體積流量，測量不同操作條件下的膜通量及截留率。膜通量的計算公式如下：

其中J為膜通量，kg/m2·h；W為一定時間段內出水量，kg；t為膜蒸餾時間，h；A為有效膜面積，m2。

截留率的計算公式如下：

其中R為截留率，%；m1為原液中指標性成分的含有量；m2為透過液中指標性成分的含有量，m1與m2單位一致。

2.2.2膜蒸餾過程影響參數 膜蒸餾是以膜兩側溫度差產生的蒸氣壓差為推動力而進行的濃縮過程，影響該過程的操作參數有進料溫度、真空度及料液體積流量。待濃縮過程穩定后，記錄各操作參數。進料溫度（℃）以原液槽中溫度計所測的溫度為準；真空度（kPa）以濃縮過程中循環水式真空泵顯示的數字為準；料液體積流量（L/min）以膜前流量計上顯示的穩定流量為準。

2.3膜蒸餾濃縮與減壓蒸餾濃縮的比較 采用旋轉蒸發器對藥液進行減壓蒸餾，先將原液加熱至一定溫度，開啟真空泵，對藥液進行濃縮。在相同的操作條件下，分別采用真空膜蒸餾和減壓蒸餾兩種方法濃縮黃芩提取液，并測定濃縮液與原液的HPLC特征圖譜。為了進一步研究兩種濃縮方法的不同，考察了不同操作條件下兩者出水量的區別。出水量的公式為：

其中W為一定時間段內出水量，kg；t為濃縮時間，h。

2.4黃芩苷的測定及黃芩水提液HPLC特征圖譜比較

2.4.1色譜條件 Phecda-C18色譜柱（4.6 mm× 250 mm，5μm）；進樣量10μL。黃芩苷測定：流動相為甲醇-水-磷酸（47∶53∶0.2）；HPLC特征圖譜測定：流動相A為甲醇，流動相B為0.05%磷酸水溶液，梯度洗脫（0～40 min，40%A；40～60 min，60%A）；檢測波長為280 nm；柱溫30℃；體積流量1.0 mL/min。

2.4.2對照品溶液的制備 取減壓干燥至恒定質量的黃芩苷對照品適量，精密稱定，分別加甲醇制成每1 mL含黃芩苷5.368μg、268.4μg的對照品。通過改變進樣量0.1～100μL，以黃芩苷質量濃度為橫坐標，峰面積為縱坐標，制備黃芩苷的標準曲線，并計算回歸方程。Y=31 902Ⅹ-3.9× 105，在0.536 8～1 342μg/mL質量濃度范圍內，線性關系良好。

2.4.3樣品的測定 取黃芩膜蒸餾原液5 mL加甲醇定容至25 mL，膜蒸餾透過液5 mL加甲醇定容至10 mL，作為供試品溶液。以透過液中黃芩苷的含有量計算膜蒸餾的截留率。

3　結果

3.1膜蒸餾濃縮過程各參數的影響結果

3.1.1進料溫度對膜蒸餾過程的影響 在體積流量1.2 L/min、真空度91 kPa下，考察進料溫度對膜通量及截留率的影響，結果見表1、圖1。隨著溫度升高，膜兩側的蒸氣壓差增加，使膜兩側的推動力不斷增大。但在62℃時，截留率略有降低。因此，進料溫度并不是越大越好，因為溫度過高，蒸汽不能被及時冷凝導致膜潤濕，而且升高溫度會增加能量消耗。實驗中應綜合膜的最大承受壓差、能量消耗等因素選擇合適的進料溫度。

表1　不同操作參數對指標性成分截留率的影響Tab.1　Effect of different p rocess parameters on the rejection rate of the index com ponent

圖1　進料溫度對膜通量的影響Fig.1　Effect of the feed temperature on trans-membrane fIux

3.1.2真空度對膜蒸餾過程的影響 在進料溫度59℃、體積流量1.2 L/min下，考察膜通量隨冷側真空度的變化而變化，結果見表1、圖2。由圖可以看出，真空度與膜通量基本呈線性關系。公式J=C·ΔP可以說明該現象（其中C為常數，ΔP為膜兩側的蒸氣壓差），隨著真空度升高，膜兩側推動力ΔP增大，使通量呈線性增加。但真空度過低，蒸汽不能及時冷凝，會導致截留率下降。在實際應用中，應結合進料溫度選擇最佳的真空度。

3.1.3體積流量對膜通量的影響 在溫度59℃、真空度94 kPa下，考察體積流量對膜過程的影響，結果見表1、圖3。隨著進料側體積流量增大，膜通量增加，但體積流量0.8、1.4 L/min時，截留率下降。由于體積流量增大會加強膜內藥液的流動狀態，進而減弱膜蒸餾過程中的溫差極化和濃差極化，降低阻力，使膜通量在一定程度上有所增大。

圖2　真空度對膜通量的影響Fig.2　Effect of the vacuum degree on transmembrane fIux

圖3　料液體積流量對膜通量的影響Fig.3　Effect of the Iiquid fIow on trans-membrane fIux

3.2真空膜蒸餾與減壓蒸餾的比較

3.2.1HPLC特征圖譜的比較 黃芩提取液及濃縮液的HPLC特征圖譜見圖4。用《中藥色譜指紋圖譜相似度評價系統軟件》2004年版，以黃芩提取液為參照圖譜，相似度結果見表2。確保藥液濃縮過程中整體藥效物質不發生較大改變，是應用各種技術濃縮藥液的前提。真空膜蒸餾濃縮黃芩水提液的過程中，藥液的總體性質無變化；減壓蒸餾濃縮后藥液與原液的相似度達0.999，藥液總體性質幾乎無變化。由此可見，兩種濃縮方法對藥液的總體性質影響不大。

表2　兩種濃縮方法的藥液相似度評價Tab.2 Comparison of Iiquid sim iIarity by two different concentration methods

3.2.2 出水量的比較 HPLC特征圖譜的相似度表明，兩種濃縮方法對藥液的總體性質均無較大影響。為進一步研究兩者的區別，比較了不同操作條件下兩種方法的單位出水量，結果見圖5、圖6。實驗結果表明，在相同操作條件下，真空膜蒸餾的出水量較減壓蒸餾更高一些。

4　討論

本實驗通過改變真空膜蒸餾過程中的操作參數，發現不同操作條件會影響膜的通量及截留率。隨著進料溫度、真空度及體積流量增大，膜通量增加。而膜有一定的承受壓力，體積流量增加會使壓力增大，當壓力過大時，膜會潤濕導致截留率下降；真空度過低時，由于蒸汽不能被及時抽出膜外，而在膜表面冷凝亦可能造成膜局部潤濕。因此，考慮到疏水膜的液體進入壓力及熱量消耗等因素，一般溫度在60℃左右、真空度在90～95 kPa、體積流量在1.0～1.2 L/min之間，即可以達到較高濃縮效率。實驗表明，在最佳操作條件下，真空膜蒸餾的截留率可高達100.0%，且對藥液總體性質無影響。另外，相對減壓蒸餾，真空膜蒸餾的濃縮效率更高一些。但兩種濃縮方法對黃芩提取液藥效是否會有影響，還在進一步研究中。

膜污染是制約膜蒸餾工業化的關鍵問題，其中膜潤濕是最嚴重的膜污染現象［12］。現有文獻報道，當表面活性劑類物質與疏水膜接觸后，接觸角逐漸減小，液體會進入膜孔，膜逐漸潤濕［13］。在黃芩提取液膜蒸餾濃縮過程中，有時發現有膜潤濕現象發生，可能是由于其中的糖苷類或其他高分子成分的交互影響，現正通過其他理化指標的檢測并結合膜切片掃描研究等方法找到影響膜潤濕的原因，并進一步研究膜潤濕對整個濃縮過程的影響，為拓寬膜蒸餾在中藥提取液濃縮中的合理科學化應用提供科學依據。

圖4　HPLC特征圖譜Fig.4　Characteristic image of HPLC

圖5　不同操作溫度下濃縮方法對出水量的影響Fig.5　Effect of the concentration method on water penetration under different operating tem peratures

圖6　不同真空度下濃縮方法對出水量的影響Fig.6　Effect of the concentration method on water penetration under different vacuum degree

［1］程翼宇，瞿海斌，張伯禮.論中藥制藥工程科技創新方略及其工業轉化［J］.中國中藥雜志，2013，38（1）：3-5.

［2］劉明言，余 根，王 紅.中藥提取液濃縮新工藝和新技術進展［J］.中國中藥雜志，2006，31（3）：184-187.

［3］徐龍泉，彭黔榮，楊 敏，等.膜分離技術在中藥生產及研究中的應用進展［J］.中成藥，2013，35（9）：1989-1994.

［4］郭維圖.膜分離技術在中藥提取液濃縮中的應用［J］.機電信息，2007，161（5）：8-15.

［5］李建梅，王樹源，徐志康，等.真空膜蒸餾法濃縮益母草及赤芍提取液的實驗研究［J］.中成藥，2004，26（5）：423-424.

［6］Mericq JP，Laborie S，Cabassud C.Vacuum membrane disti1-1ation of seawater reverse osmosis brines［J］.Water Research，2010，44：5260-5273.

［7］呂曉龍.膜蒸餾過程探討［J］.膜科學與技術，2010，30（3）：1-9.

［8］國家藥典委員會.中華人民共和國藥典：2010年版一部［S］.北京：中國醫藥科技出版社，2010：282-283.

［9］薛黎明，秦雪梅，張麗增.不同產地黃芩藥材的黃芩苷含量測定及指紋圖譜研究［J］.中成藥，2008，30（1）：10-13.

［10］劉 雄，高建德.黃芩研究進展［J］.甘肅中醫學院學報，2007，24（2）：46-50.

［11］王 丹，張秋燕，楊興鑫，等.基于HPLC指紋圖譜的黃芩道地藥材與非道地藥材的鑒別研究［J］.中國中藥雜志，2013，38（12）：1951-1960.

［12］潘林梅，石飛燕，郭立瑋.基于膜蒸餾的中藥水提液濃縮技術應用前景及問題探討［J］.南京中醫藥大學學報，2014，30（1）：97-100.

［13］吳 霞，韓浩思，丁忠偉，等.十二烷基苯磺酸鈉對膜蒸餾過程膜潤濕的研究［J］.北京化工大學學報：自然科學版，2012，39（4）：1-5.

Vacuum membrane distiIIation for the concentration of the extract of Scutellariae Radix

SHIFei-yan， LIBo， PAN Lin-mei*， GUO Li-wei
（Jiangsu Botanical Medicine Refinement Engineering Research Center，Nanjing University of ChineseMedicine，Nanjing 210023，China）

vacuum membrane disti11ation；Scutellariae Radix；extract；trans-membrane f1ux；baica1in；rejection rate

R284.2

A

1001-1528（2015）01-0095-05

10.3969/j.issn.1001-1528.2015.01.019

2013-12-30

國家自然科學基金（81274096）

石飛燕（1990—），女，碩士生，研究方向：中藥復方分離。Te1：（025）85811063，E-mai1：sfeiyan126@126.com

潘林梅，女，副研究員，碩士生導師，研究方向：中藥制備高新技術。Te1：（025）85811063，E-mai1：1inmeip@126.com