膜分离技术在中药生产中的应用

胡炜彦张荣平 (昆明医学院，云南昆明650031) 膜分离技术(Membrane Sep—aration Technique)是一项高效节能具有广阔的发展前途的分离技术。在医药、食品、石油化工、环保、冶金、电子等行业，膜分离技术已被广泛应用。在中药生产过程中，与传统的分离方法相比，膜分离技术因其具有独特的优点，已显示出巨大的潜力，与传统的分离方法相比，膜分离技术因其具有独特的优点，已显示出巨大的潜力，值得进一步推广。就膜分离技术在中药生产中的应用情况、存在问题和应用前景作了介绍。 1膜分离技术的原理及特点 膜分离技术的实质是使用具有选择透过性的膜为分离介质， 当膜两侧存在某种推动力(如压力差、浓度差、电位差等)时， 物料依据滤膜孔径的大小而通过或被截留，选择性地透过膜，达到分离、提纯的目的。按分离粒子的大小要将膜分离过程分为6种：透析、电渗透、微滤、超滤、反渗透和纳米过滤。各种膜因分离性能不同而适用于不同的范围。微滤膜主要用于澄清、除菌和除颗粒，超滤主要用于除病毒、热源和蛋白质，纳滤主要用于浓缩分子量在数百的化合物和大分子，反渗透主要用于去除无机盐、金属离子，透析则主要用于血液净化。该技术具有以下特点：(1)在常温下操作，适于热敏性物质的分离、浓缩和纯化； (2)分离过程不发生相变(除渗透汽化外)，无二次污染，具有浓缩功能；(3)能耗低；(4)分离系数大；5)操作方便，易于自动化。因此，膜分离技术是现代分离技术中一种效益较高的分离手段，可以部分取代传统的过滤、吸附、冷凝、重结晶、蒸馏和萃取等分离技术，在分离工程中具有重要作用。 2膜分离技术在中药生产中的应用现状 目前，膜技术在中药生产中的应用主要有以下几个方面： 2．1 制备注射用水：丁绍敏等比较了超滤水与去离子水的质量，发现在使用了超滤工艺后输液的澄明度有了明显的提高。顾纪龙采取超滤工艺制备注射用水，可以有效滤除0．03m以上的微粒(包括微生物和热源)。邵卫栋运用反渗透膜制备注射用水，结果表明水质合格，能耗小。 2．2制备中药注射液：黄伟文等研究了超滤法和原工艺制备丹参及复方丹参注射液的质量对比，发现超滤制品在澄明度、除杂质效率、有效成分保留率等方面均优于原工艺制品。全山丛等进行了超滤法和水醇法制备补骨脂注射液的比较研究，结果显示超滤法工艺流程短(1～2d)，有效成分损失少，成品澄明，TLC斑点明显，主要成分补骨脂素及异补骨脂素含量均高于水醇法。贺立中用两步超滤法制备伸筋草注射液，结果所得伸筋草注射液收率高，颜色浅，长期放置仍保持澄明，质量较原工艺有明显的提高，该法已获发明专利。苏桂兰等采用等电点超滤法制备大蒜注射液，其抑菌作用明显，无过敏反应，适于静脉注射。颜峰等采用超滤法和水醇法分别制备五味消毒饮注射液，超滤法产品在绿原酸含量和澄明度方面均高于水醇法产品。王志超等对超滤法和水醇法制备参麦注射液的工艺进行了比较，结果表明超滤法工艺流程较短(约3d，水醇法约8d)，有效成分损失少(人参皂苷含量约为水醇法的4．4倍)，澄明度、热源、卫生学、刺激性检查均合格，认为超滤法用于参麦注射液的制备，能提高有效成分的含量，提高产品澄明度，缩短生产工艺。 2．3 制备中药口服液：杨张渭将超滤工艺用于人参口服液的生产中，并于1994年进行 了中试生产研究，结果所得产品符合一等品质量标准，成本降低。刘洪谦等用超滤法精制升脉饮口服液，与采用传统工艺制备的成品制剂相比，超滤法不仅能够更好地除去杂质，并能有效地保留原方配伍成分，有效成分损失较少，成品稳定性优于传统产品。张宇等将用超滤法和水醇法制得的四逆汤口服液进行比较，发现超滤制品中附子的有效成分并没有缺少，含量无明显变化，甘草酸单铵盐的含量有所增加，且澄明度和稳定性比水醇法好。李淑莉等分别用超滤法和醇沉法对黄连解毒汤的水提取液进行纯化，实验结果表明，超滤法比醇沉法能更多地除去料液中的杂质，保留有效成分，同时超滤法节省了乙醇，简化了工序，缩短了生产周期。 2．4用于制备其它中药制剂： 1992年公布的中药口服液超滤膜除杂新工艺的发明专利不仅适用于中药口服液，也适用于片剂、针剂等中药提取液的除杂工序。俞加林[183论述了用超滤法制备中药浸膏制剂(片剂、胶囊剂、浓缩丸等)的理论依据、生产工艺和产品的质量检查，认为超滤法能有效除去有机杂质、大分子杂质、胶体、细菌等，能较多地保留有效成分，提高产品质量，降低成本，增加效益，是一项值得推广的技术。冯汉鸽等应用超滤法制备麻黄雾化液，与水醇法制得的样品比较表明，麻黄碱的含量无显著差异，但超滤法可大大缩短生产工艺，节约大量乙醇，产品澄明度明显改善，产品质量有所提高。在药酒纯化方面，超滤法除菌效果好，药酒的组分和色、香、味在超滤前后均无变化，澄明度明显提高，稳定性好。 2．5用于中药活性物质的提取：中药的活性物质和非活性物质的相对分子质量差别较大，用截留分子量适宜的膜能够将两者分开。与传统的化学分离方法相比，膜分离法提取中药中的活性物质不仅提取效率高、操作简便、缩短生产周期，而且成本低、经济效益好、减小环境污染。王英等采用超滤法提取麻黄，与传统工艺相比，不仅麻黄碱收率提高，产品质量好，生产安全，生产成本低，而且避免了大量使用有机溶剂，减少了对环境的污染。马朝阳等用中空纤维超滤膜从苦豆子盐酸提取物中纯化生物碱，研究了超滤膜连续分离过程对生物碱的纯化效果。结果总生物碱的回收率达93．5％，同时可以除去87．3％的蛋白质和64。7％的固形物，总生物碱的纯度为52．3％。超滤法的优点在于不消耗溶剂，操作简单，生物碱损失小。虽然总生物碱纯度较低，但超滤液可直接结合阴离子交换树脂对生物碱进行进一步纯化，减少许多中间步骤。范兆科利用膜技术分离中药有效成分的方法申请了专利，先对药液进行过滤处理，除去杂质；再根据药液中需要提取分离的中药有效成分的相对分子质量，从大至小选择超滤膜和纳滤膜进行一级或多级分离，逐级截留中药有效成分。该法可以与 常规的分离单元操作相结合，适用于规模化生产。 3膜分离技术存在的主要问题及解决方法 膜分离技术在中药生产中具有明显的优势，但同样存在许多需要解决的问题，这些问题的存在，制约着膜分离技术的应用和发展。 3．1膜污染和清洗问题：由于中药提取液中含有较多的固体和高相对分子质量的杂质等，膜在操作时极易被污染和阻塞，造成膜通量锐减，降低膜的使用寿命。而现有的清洗方法难以达到恢复膜通量的目的。因此，选用适宜的药液预处理方法和膜清洗工艺是膜技术应用的关键。药液的预处理方法有以下几种：(1)药液经板框压滤后经孔径1—5mm的精密过滤。(2)药液先经高速离心机离心沉降，减压过滤后再精密过滤。(3)药液可先经介质过滤，过滤介质可选择滑石粉、硅藻土、滤纸浆，然后再经精密过滤。(4)选用比使用滤膜大10倍左右的滤膜预处理药液，对提高膜的寿命，效果会更好。膜清洗技术有物理和化学方法两种。物理方法是用高速水流反向冲洗除去膜表面的污染物，化学方法则是应用化学试剂来溶解或去除污染物。中药提取液组分比较复杂，污染源不同，堵塞的原因也不相同，膜的清洗方法还应 结合设备上相应配套装置以及根据膜的性质选用适宜的方法。 3．2膜的选择：膜分离首先要选择适宜的膜。根据欲滤物质的相对分子质量大小选择适当孔径的滤膜，是保证分离效果的关键。膜的选择包括截留分子量和膜材质的选择两方面。由于中药的粘度较大，高分子胶体物质较多，膜污染现象严重，因此，一般情况下通常选用膜的截留分子质量稍大的膜。膜材质的表面性能对膜分离效率的影响较大，按对水的亲和性可将膜分为疏水性和亲水性两类。谢宇梅等指出，乙酸纤维素等亲水性膜对溶质吸附少，截留相对分子质量较小，但热稳定性差，机械强度、抗化学物质、抗细菌侵蚀能力不高。聚砜等疏水性膜机械强度较高，耐高温、耐有机溶剂、耐生物降解能力较高，但膜透水速度低，抗污染能力较低。按膜材质的来源可将膜分为有机膜和无机膜，有机膜规格多，膜的留分子质量可根据要求选择，起到过滤除杂和浓缩有效成分的功能，但不耐酸碱，污染严重，清洗困难，使用寿命较短，现多用于海水处理和生物合成行业。无机膜主要有能耐酸碱，耐有机溶剂，耐高温，使用寿命相对较长的优点，但是规格较少，通常只起到过滤除杂的功能，中药行业目前多用它对提取物进行初分。应用时应采用多级膜分离法来处理，并研究开发性能优良的膜材料和进行膜面改良。 3．3避免浓度极化现象：由于滤膜上孔径小，沉积在膜面的物质易形成一层等高浓度的凝胶层，使膜的通过速度和截留性能受到很大影响。要解决浓度极化现象就需要降低膜表面溶质的浓度，因此，采用降低料液粘度，使用脉冲流动、磁力搅拌，提高进液温度及采用流化床，在过滤各阶段分别采用恒速和恒压滤过等的方法解决，也可用提高流速或装设湍流促进器或与其它分离方法如澄清法、离心分离法连用等。 3．4工业化生产受限：由于目前还没有膜成套设备适合于中药体系的分离，膜分离技术在中药领域的应用缺乏系统的理论研究，对存在的问题尚无深入了解和有效解决，膜成本高，价格昂贵，广泛推广和应用还存在一定的困难。因此，膜分离技术虽然已广泛应用于石油化工、食品、环保等各行业，但在中药生产中的应用多只处于试验阶段，膜分 离技术在现代中药生产中的应用有待进一步研究推广。 4膜分离技术在中药生产中的应用展望 膜分离技术是对传统分离技术的一次革命，虽然存在上述诸多缺点，它应用于中药现代研究中具有许多传统方法无法比拟的优点，在滤除杂质，提高注射用水质量，改变传统中药生产工艺，提高中药制剂质量，减少服用剂量，提高生产效率，降低环境污染等方面起到了积极的作用，为中药有效部位的筛选提供了新的模式和途径，具有良好的应用前景。随着中药现代化研究的不断深入，适用于中药特殊要求的膜材质和膜成套设备的研究开发，膜分离技术中存在的问题将得到很好的解决，膜分离技术必将推动中药生产工业的发展，为社会带来巨大的经济效益和社会效益。

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