納濾膜技術(shù)在嗎啡提取物濃縮中的應(yīng)用

白祖國++彭文博++熊福軍++張建嵩

摘要：以嗎啡提取液為研究對象，研究納濾膜技術(shù)在提取物濃縮中的應(yīng)用。結(jié)果表明，經(jīng)納濾膜工藝能有效脫水達(dá)80%以上，主要有效成分嗎啡收率達(dá)到99%以上，膜平均通量穩(wěn)定在15 L/（m2·h），清洗后膜通量恢復(fù)至99%以上。

關(guān)鍵詞：嗎啡；提取液；納濾膜；濃縮

中圖分類號：O552.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

隨著工業(yè)革命的科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，新技術(shù)和新學(xué)科的出現(xiàn)，研究和提取單一成分的化學(xué)單品變得更加容易。中國現(xiàn)代中藥研究的開始，標(biāo)志著中藥從本草學(xué)階段進(jìn)入現(xiàn)代藥學(xué)階段?，F(xiàn)階段，中國中藥制品服用量大、質(zhì)量不穩(wěn)定、化學(xué)成分復(fù)雜等問題?，F(xiàn)代中藥的目標(biāo)是，通過高新技術(shù)純化分離并保留中藥有效組分，改善性能，最終使現(xiàn)代中藥走向世界[1，2]。

依據(jù)中國現(xiàn)代中藥化學(xué)的研究，植物類中藥已能分離提取近100種化學(xué)成分，常見的中藥提取物是一種混懸液、乳濁液和真溶液組合而成的復(fù)雜提取體系[1]。目前，采用的分離方法主要有超臨界流體萃取技術(shù)[2]、酶工程技術(shù)[3]、雙水相萃取技術(shù)[4]、樹脂分離技術(shù)[5]和膜分離技術(shù)[6]等。其中由于膜分離技術(shù)無相變、節(jié)能、分離效果顯著等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。膜分離技術(shù)是通過與樹脂分離、結(jié)晶等工藝組合使用，進(jìn)行有效成分的富集。本研究以嗎啡提取液為對象，初步研究色譜分離-納濾工藝在濃縮嗎啡提取液的應(yīng)用，旨在為現(xiàn)代中藥工業(yè)化生產(chǎn)提供試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)工藝流程

試驗(yàn)工藝流程如圖1所示。生鴉片經(jīng)過CPS提取后，進(jìn)行1 200 r/min離心30 min，調(diào)節(jié)pH為9.4～9.5。去除粗提液中的懸浮物和大分子膠體物質(zhì)，然后取其離心上清液進(jìn)入色譜分離，得到純化的嗎啡提取物。溫度約30 ℃，pH為4。嗎啡提取液進(jìn)行納濾濃縮，濃縮液進(jìn)行調(diào)pH結(jié)晶，透過液進(jìn)行收集后排入污水處理廠。色譜分離和納濾濃縮系統(tǒng)是整個工藝的關(guān)鍵，色譜分離可有效實(shí)現(xiàn)單有效組分的分離，而納濾濃縮替代蒸發(fā)濃縮，顯著降低能耗，大幅度提高收率。納濾設(shè)備采用江蘇久吾高科技股份有限公司生產(chǎn)的有機(jī)膜設(shè)備。

1.2 試驗(yàn)材料

嗎啡提取液來源于河北某藥業(yè)，乙腈、0.1%甲酸購自上海試劑總廠，嗎啡標(biāo)樣由河北某藥業(yè)提供，納濾膜設(shè)備清洗劑采用江蘇久吾高科技股份有限公司生產(chǎn)的專業(yè)清洗劑。

1.3 方法

1.3.1 納濾濃縮液和透過液的制備方法 一定量經(jīng)過CPS提取后的粗提液經(jīng)過離心預(yù)處理去除懸浮物及大分子膠體后上清液進(jìn)入色譜分離得到嗎啡提取液。而后將嗎啡提取液加入納濾膜系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)并記錄系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)參數(shù)，測定通量并得到納濾膜透過液和濃縮液，透過液主要為甲酸、水。納濾膜采用卷式納濾膜組件，較寬的流道可有效減緩膜污染。

1.3.2 分析方法

1）濃縮倍數(shù)。納濾膜在此過程中主要起著濃縮嗎啡提取液的作用，其濃縮程度通過濃縮倍數(shù)來確定。采用處理后濃縮液的體積V1和處理前提取液的體積V2的比值來表示：

濃縮倍數(shù)=V1/V2

2）收率和色譜（HPLC）分析條件。嗎啡提取液中主要有效成分是嗎啡，有效成分嗎啡的截留率是評價納濾膜濃縮效果的重要指標(biāo)。分別取原液、濃縮液和透過液少許，采用HPLC測定其濃度，從而得出分離過程中有效成分的收率。收率有正算和反算之分。正算是濃縮液中有效組分的質(zhì)量除以原液有效組分的質(zhì)量；反算是通過總量減去透過液中有效組分的比例來表示。正算會由于設(shè)備死體積的存在使收率偏小，反算的收率相對更準(zhǔn)確。

嗎啡HPLC分析條件：乙腈與0.1%甲酸為流動相（二元高壓梯度形式），檢測波長284 nm，流速1 mL/min，進(jìn)樣10 μL，柱溫30 ℃。

3）納濾膜清洗效果。納濾膜通量的恢復(fù)是考察納濾膜清洗效果的主要指標(biāo)，在同等循環(huán)流量、壓力和溫度下，NF膜受污染前后測定的通量為原始通量J1和污染通量J2；被污染的納濾膜采用純水沖洗15～20 min，去除膜表面非結(jié)合的污染物，隨后測得的通量為沖洗后通量J3；采用清洗劑對納濾膜清洗30 min后測得的通量為清洗后通量J4，則一般膜通量恢復(fù)率：R=（J4-J2）/（J1-J2）×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 納濾膜濃縮嗎啡提取液

采用納濾膜對嗎啡提取液進(jìn)行分離濃縮，以濃縮倍數(shù)（脫水率）為指標(biāo)，考察納濾膜脫水濃縮效果。嗎啡提取液濃縮過程中應(yīng)盡可能提高濃縮倍數(shù)，去除水分，達(dá)到濃縮效果，此次濃縮7～8倍后即可采用調(diào)pH結(jié)晶。

由表1可知，各批次試驗(yàn)進(jìn)料量為70～120 kg，受試驗(yàn)條件、工況等限制，各批次運(yùn)行試驗(yàn)稍有不同。在溫度22～30 ℃、入膜壓力1.2～2.2 MPa、出膜壓力1.0～2.0 MPa的條件下，各批次脫水率保持在80%以上，濃縮倍數(shù)達(dá)到5倍以上。由于物料性質(zhì)的波動，其脫水率會稍有波動。納濾膜分離濃縮效果完全符合嗎啡提取液色譜分離后進(jìn)行濃縮的生產(chǎn)需求，達(dá)到藥液濃縮的目的。

2.2 納濾膜濃縮嗎啡提取液的收率

2.2.1 液相色譜分析 根據(jù)色譜分析條件，取嗎啡提取液色譜分離后原液、納濾濃縮清液及濃縮液樣品，采用高效液相色譜儀進(jìn)行測定，結(jié)果如圖2～圖4所示。圖4為嗎啡提取液濃縮后的液相色譜，通過與標(biāo)樣比對可以確定6 min處的峰為嗎啡有效組分，計算其濃度，進(jìn)一步分析納濾膜濃縮過程中的收率。

2.2.2 收率分析 分別取3個批次的嗎啡提取液色譜分離后原液、納濾濃縮清液及濃縮液樣品，采用高效液相色譜儀進(jìn)行測定，計算各批次有效成分的收率，結(jié)果如表2所示。由表2可知，納濾膜對嗎啡提取液中有效成分有很好的截留作用，根據(jù)反算結(jié)果，有效成分的收率平均值達(dá)到99.00%，有效成分高度截留。分析發(fā)現(xiàn)，正算的計算方法存在一定的偏差，這是因?yàn)槌醮卧囼?yàn)開始時，設(shè)備死體積中殘留的水會使收率降低，而連續(xù)試驗(yàn)過程中，死體積中殘留的上批次濃縮液可能會導(dǎo)致收率增高。相對而言，反算更能精確表征納濾膜濃縮過程中的收率。

2.2.3 納濾膜濃縮過程中的通量及其穩(wěn)定性 膜分離濃縮過程中的通量是一個重要的因素，此次濃縮試驗(yàn)過程中通量變化如圖5所示。各批次嗎啡提取液在納濾膜濃縮過程中，在連續(xù)進(jìn)料初期，膜通量較快衰減，體現(xiàn)了濃差極化作用和膜芯表面凝膠層等污染過程，隨后體系通量處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，在各批次試驗(yàn)最后階段通量快速降低，這是由壓力降低等因素引起。在壓力1.0 MPa的情況下，膜通量穩(wěn)定在15 L/（m2·h），此通量能滿足該嗎啡提取液工業(yè)化分離提取的要求。

2.3 納濾膜清洗恢復(fù)效果

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計算納濾膜清洗后的通量恢復(fù)率，具體結(jié)果見表3。由表3可知，僅采用純水沖洗難以徹底恢復(fù)膜通量，需采用化學(xué)專業(yè)清洗劑可以提高通量恢復(fù)率。實(shí)際操作過程中，采用純水沖洗及化學(xué)清洗后未徹底恢復(fù)膜通量時，需要采用專業(yè)清洗劑進(jìn)行清洗。

3 小結(jié)

研究納濾膜技術(shù)在提取物濃縮中的應(yīng)用，納濾膜濃縮工藝能有效脫水80%以上，主要有效成分嗎啡截留率99.00%以上，膜平均通量穩(wěn)定在15 L/（m2·h），清洗后膜通量恢復(fù)99.3%。采用色譜分離-納濾膜濃縮工藝對嗎啡提取液進(jìn)行濃縮，能達(dá)到實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用要求，為膜法濃縮中藥提取液的工業(yè)化應(yīng)用提供了一定的試驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

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