膜技術(shù)分離純化綠原酸提取液的研究 | 膜技術(shù)分離純化綠原酸提取液的研究 |
| 發(fā)布時(shí)間:2011-01-21 信息來源:admin 發(fā)布人:admin 點(diǎn)擊次數(shù):4595 |
吳正奇 ，凌秀菊 ，石勇 ，陳道玉z，李先芝z (1．湖北 [業(yè)大學(xué)生物工程學(xué)院，湖北武漢430068；2．湖北勁牌公司技術(shù)中心，湖北大冶435100) 摘 要：本實(shí)驗(yàn)研究了膜技術(shù)分離純化綠原酸提取液的過程。先， 以透水通量為指標(biāo)， 比較了兩種微濾膜MF1和MF2、兩種超濾膜UF1和UF2及兩種納濾膜NF1和NF2對(duì)綠原酸提取液的過濾特性。結(jié)果表明，MF2膜的通量可高達(dá)167．7kg／h，UF2膜的通量可達(dá)148．8kg／h和NF2膜的通量可達(dá)109．8kg／h，分別明顯高于MF1(103．6kg／h)、UFl(48．0kg／h)~H NFl(45．6kg／h)；其次，研究了濃縮液的水洗對(duì)綠原酸截留率的影響。結(jié)果表明，經(jīng)一次水洗后，MF2膜的截留率可由12．5％降低到3．4％，UF2膜的截留率可由15％ 降低到8％；最后，分析了膜分離過程中各物料的成分。結(jié)果表明，納濾濃縮液含綠原酸為17964mg／L， 比原提取液提高了24．8倍，綠原酸的純度由2．8％上升到27％。 關(guān)鍵詞：金銀花；綠原酸；膜技術(shù)； 納濾 金銀花含有芳香油、綠原酸、黃酮、皂苷和鞣質(zhì)等生物活性成分，是重要的藥食兩用植物原料，在食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)中應(yīng)用廣泛[1,2] 。在食品工、 中，主要是利用水蒸汽蒸餾法提取金銀花中的芳香油用于金銀花露飲料的生產(chǎn)[3]，而金銀花蒸餾殘?jiān)苯颖粡U棄，蒸餾殘?jiān)泻枯^高的、具有重要藥理作用的綠原酸等生物成分并沒有加以回收利用，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，而且污染環(huán)境。綠原酸具有清除體內(nèi)自由基和抗氧化作用、抑制突變和抗腫瘤、保護(hù)心血管、保肝利膽作用、抗菌、抗病毒等作用[4,5]，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和日用化妝品工業(yè)中，價(jià)格昂貴。提取和純化綠原酸方法有水提醇沉法、水提石灰乳沉淀法、醇提鉛鹽沉淀法、超聲波法、聚酰胺柱層析法、酶法、超臨界法和大孔樹脂吸附法等。這些方法存在提取率低、對(duì)綠原酸的破壞大、處理量小、工藝過程長(zhǎng)、產(chǎn)品純度不高、衛(wèi)生安全性差和成本高的缺點(diǎn)l5_101。在深入分析金銀花蒸餾殘?jiān)某煞址N類、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和膜技術(shù)[ 11的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，我們提出用微孔過濾分離固體微粒、用超濾除去大分子物質(zhì)、用納濾濃縮的膜技術(shù)工藝處理綠原酸提取液以達(dá)到分離純化和濃縮金銀花蒸餾殘?jiān)木G原酸提取液的目的，為后續(xù)制備高純度綠原酸創(chuàng)造條件。 1 材料與方法 1．1 材料 1．1．1 原料 金銀花蒸餾殘?jiān)?湖北勁牌有限公司。 1．1．2 試劑 鹽酸(分析純) 濱�；椭刍び邢薰�；氯氧化鈉(分析純) 濱海煌舟化工有限公司； 甲醇、磷酸、乙腈、MERCK(高純液相色譜純?nèi)軇? 德國(guó)MERCK公司。 1．1．3 儀器與設(shè)備 AB104．N型電子天平梅特勒．托利多儀器(上海)有限公司；電熱蒸餾水器 上海華南醫(yī)療器械廠；H-H．2數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司；320．3PHpH計(jì)梅特勒．托利多儀器(上海)有限公司；DOSJ．308A電導(dǎo)率儀 上海雷磁儀器廠；TD．5A臺(tái)式離心機(jī) 湖南凱達(dá)科學(xué)儀器有限公司；Tu．1901雙紫外可見光光度計(jì)北京普析通用儀器有限公司；Agilent 11o0高效液相色譜儀 美國(guó)安捷倫公司；C Prostar 230泵、Prostar 330二級(jí)陳列檢測(cè)器 美國(guó)瓦里安公司；MN．103袋式過濾器上海迅納科技有限公司；試驗(yàn)型組合膜分離設(shè)備(含多種膜組件) 湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所；DZK．103恒溫真空干燥箱上海邁捷儀器儀表有限公司。 1.2 方法 1．2．1 工藝流程
1.2.2 綠原酸提取液的制備 在水蒸汽蒸餾提取芳香油的過程中(約4h)，金銀花的組織結(jié)構(gòu)已完全軟化和破壞，故可以直接用水在室溫下從金銀花提油殘?jiān)刑崛【G原酸。金銀花提油殘?jiān)c水以1：1的比例混合打漿，用15％ NaOH和HC1在不斷攪拌的條件下調(diào)節(jié)混合漿液的pH6．5～7，用袋式過濾器過濾，擠壓濾渣。濾渣再加1：1的水打漿，調(diào)節(jié)PH6．5～7， 過濾，擠壓濾渣，合并濾液，即得綠原酸提取液。 1.2.3 綠原酸提取液的微孔過濾 分別選用MF1和MF2膜對(duì)綠原酸提取液進(jìn)行微孔過濾，以除去不溶性固體微粒。在微孔過濾實(shí)驗(yàn)中，分別稱取MF1和MF2膜的透過液和原始液質(zhì)量，并記錄各自的微孔過濾時(shí)間， 計(jì)算透水通量和濃縮倍數(shù)，根據(jù)透水通量的大小選擇適當(dāng)?shù)奈⒖走^濾膜。 1.2.4 微孔透過液的超濾 經(jīng)微孔過濾處理后的綠原酸透過液，分別選用UF1和UF2膜對(duì)其進(jìn)行超濾，以除去大分子物質(zhì)及膠體物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖(淀粉、纖維素等)、鞣質(zhì)或其復(fù)合物等。在超濾實(shí)驗(yàn)中，分別稱取UF1和UF2膜的透過液和原始液質(zhì)量，并記錄各自的超濾時(shí)問，計(jì)算透水通量和濃縮倍數(shù)，根據(jù)透水通量的大小選擇適當(dāng)?shù)某^濾膜。 1.2.5 超濾透過液的納濾實(shí)驗(yàn) 經(jīng)超濾處理后的綠原酸透過液，分別選用NF 1和NF2膜對(duì)其進(jìn)行納濾處理，以除去水(濃縮)及小分子物質(zhì)(脫鹽)，如無機(jī)鹽等。在納濾實(shí)驗(yàn)中，分別稱取NF1和NF2膜的透過液和原始液質(zhì)量，并記錄各自的納濾時(shí)問， 計(jì)算透水通量和濃縮倍數(shù)，根據(jù)透水通量的大小和綠原酸的截留率選擇適當(dāng)?shù)募{濾膜。 1．2．6 水洗對(duì)綠原酸的截留率的影響 分別取MF2微濾和UF1及UF2超濾的濃縮液，各加等質(zhì)量的去離子水，攪拌，再分別用MF2、UF1和UF2膜對(duì)其進(jìn)行微濾和超濾，至原濃縮液質(zhì)量，分別測(cè)定微濾和超濾濃縮液以及微濾和超濾透過液中綠原酸的含量，分別計(jì)算水洗前后綠原酸的截留率。 1．2．7 膜分離過程各物料的成分分析 分別取MF2．UF2．NF2膜分離過程的各物料樣品，測(cè)定其綠原酸的含量、電導(dǎo)率和總可溶性固形物的含量。 1．3 測(cè)定與分析方法 1．3．1 透水通量與截留率測(cè)定[11] 在膜分離過程中，分另0稱取相應(yīng)的原始液和透過液質(zhì)量，并記錄各自的膜分離時(shí)間。分別測(cè)定相應(yīng)的原始液、透過液和濃縮液中的綠原酸的含量，按下述公式分別計(jì)算相應(yīng)的透水通量、濃縮倍數(shù)和綠原酸的截留率：
式中，v為透水通量(kg／h)；n為濃縮倍數(shù)；c為綠原酸的截流率(％)；w 為透過液的質(zhì)量(kg)；T為膜分離時(shí)間(h)；Wo為起始液的質(zhì)量(kg)；W 為膜分離的濃縮液或水洗后濃縮液的質(zhì)量(kg)；C 為膜分離的濃縮液或水洗后濃縮液巾綠原酸的濃度(mg／L)；W 為綠原酸粗提取液經(jīng)袋式過濾器過濾后液體的質(zhì)量(kg)；C為綠原酸粗提取液經(jīng)袋式過濾器過濾后液體的綠原酸濃度(mg／L)。 1．3．2 HPLC法測(cè)定綠原酸含量[12] 1．3．2．1 色譜分析條件 Agilent l 100型HPLC儀，ZORBAX XDB—CI8柱(ID4．6×150mm，5 m，pn為993967—902，sn為USKH012889)；柱溫：30℃ ；流動(dòng)相： 乙腈／0．4磷酸水=11／89；流速：0．8ml／min；檢測(cè)波長(zhǎng)：327nm，Prostar410型自動(dòng)進(jìn)樣器。 1．3．2-2 對(duì)照品溶液的制備 精密稱取綠原酸對(duì)照品5．1mg，用30％ 甲醇超聲溶解定容至10ml，再精密吸取2ml于10ml容量瓶中，用30％ 甲醇稀釋定容至10ml，作為對(duì)照品溶液備用。 1．3．2-3 供試品溶液的制備 精密量取樣品溶液lml于lOml容量瓶中，用30％ 甲醇稀釋至刻度，搖勻，用0．45 m微孔濾膜過濾，作為供試品溶液備用(視樣品含量不同取樣量略有不同——保證供試品溶液中綠原酸的含量在100mg／L左右1。 1．3．2-4 綠原酸含量計(jì)算 對(duì)照品溶液以及供試品溶液各進(jìn)樣10 l，記錄結(jié)果，根據(jù)保留時(shí)間進(jìn)行定性，相對(duì)應(yīng)色譜峰的峰面積進(jìn)行定量，計(jì)算相應(yīng)綠原酸含量。公式[18]如下：
式中，s為樣品峰面積；s o為對(duì)照品峰面積；c。為對(duì)照濃度(mg／L)；W 為樣品重量(mg)；1／4為為測(cè)定常數(shù)。 1.3.3 電導(dǎo)率的測(cè)定[13] 用電導(dǎo)率儀分別測(cè)定膜分離過程中各物料的電導(dǎo)率， 以電導(dǎo)率表示相應(yīng)物料中的鹽類物質(zhì)的相對(duì)含量。 1．3．4 總可溶性固形物含量的測(cè)定[13] 將膜分離過程中的物料各精確取樣，放入干燥箱中， 于105℃干燥至恒重，測(cè)定相應(yīng)的總可溶性固形物的含量。 2 結(jié)果與分析 2．1 微濾膜的選擇 由于金銀花在水蒸汽蒸餾過程中長(zhǎng)時(shí)間受熱，其組織結(jié)構(gòu)已完全解體，蒸餾殘?jiān)木G原酸提取液中含有大量的固體微粒，根本無法過濾。微孔過濾是除去不溶性固體微粒的有效方法， 但微濾膜材料不同，微孔過濾的透水通量可能會(huì)有很大的不同。微濾膜MF1和MF2的平均透水通量見表1(40℃，P=0．1MPa)。由表1可知，MF1膜在7．7倍濃縮時(shí)的平均透水通量是103．6kg／h，而MF2膜在1 1、8倍濃縮時(shí)的平均透水通量是176．7kg／h，MF2膜的平均透水通量遠(yuǎn)大于MF1膜，這可能是因?yàn)樘崛∫褐械哪承┏煞秩菀锥氯鸐FI膜的膜孔或MF1膜材料容易導(dǎo)致濃差級(jí)化，從而降低了透水通量。故微濾實(shí)驗(yàn)過程選用膜MF2。
2.2 超濾膜的選擇 金銀花在水蒸汽蒸餾過程中長(zhǎng)時(shí)間受熱， 其組織結(jié)構(gòu)已完全解體，金銀花中的大分子物質(zhì)及膠體物質(zhì)完全進(jìn)入綠原酸提取液中，蒸餾殘?jiān)木G原酸提取液十分渾濁，根本無法澄清。超過濾是除去提取液中的大分子物質(zhì)及膠體物質(zhì)，如蛋白質(zhì)、多糖(淀粉、纖維素等)及其復(fù)合物等，使溶液澄清化的良好方法。超濾膜材料不同， 超濾的透水通量和過程的有效性可能有差異，超濾膜UF1和UF2平均透水通量見表2(45～50℃ ，P=0．3MPa1。由表2可知，UF1膜在13．2倍濃縮時(shí)的平均透水通量是48．0kg／h，UF2膜在16．7倍濃縮時(shí)的平均透水通量是148．8kg／h，UF2膜的平均透水通量遠(yuǎn)大于UF1膜，可能是由于一些蛋白質(zhì)、多糖類大分子物質(zhì)更容易堵塞超濾膜UF1的膜孔，使透水通量降低。故超濾實(shí)驗(yàn)選用膜UF2為宜。
2．3 納濾膜的選擇 納濾可以除去提取液中的水分及少量小分子物質(zhì)，如無機(jī)鹽等， 達(dá)到濃縮和部分脫鹽的目的。納濾膜的種類、結(jié)構(gòu)與膜孔大小不同對(duì)納濾過程的透水通量和綠原酸的截留率(透過液中綠原酸的濃度)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。納濾膜NF1和NF2的平均透水通量和透過液中綠原酸的濃度見表3(45-50℃，P=1．1MPa)。由表3可知，NF1在18．9倍濃縮時(shí)的平均透水通量是45．6kg／h，透過液中綠原酸的濃度為90．9mg／L(綠原酸的HPLC檢測(cè)圖譜見圖2)；NF2在20．0倍濃縮時(shí)的平均透水通量是109．8kg／h，透過液中綠原酸的濃度為3．33mg／L。NF2膜的平均透水通量遠(yuǎn)大于NF1膜，而透過液中綠原酸的濃度遠(yuǎn)低于NF1膜，這可能是因?yàn)镹F2膜是一種帶負(fù)電荷的離子膜，在納濾過程中能排斥帶負(fù)電荷的綠原酸等小分子物質(zhì)(納濾過程中物料的pH為6．5～7)，從而使綠原酸、鞣質(zhì)等帶負(fù)電荷的小分子物質(zhì)不易堵塞膜孔，不易在膜表面沉積， 也不易進(jìn)入膜孔造成膜堵塞和膜污染的緣故。所以納濾過程應(yīng)該選用膜NF2。
2．4 水洗對(duì)綠原酸截留率的影響 膜分離過程會(huì)產(chǎn)生濃縮液，當(dāng)濃縮液的體積小到不足以形成回流時(shí)，膜分離過程就不能進(jìn)行。但是濃縮液中還含有比較高濃度的綠原酸，為了充分回收綠原酸，采用濃縮液加水稀釋以形成膜回流的水洗工藝是必要的。加與濃縮液等質(zhì)量水的水洗前后，MF2、UF1和UF2膜的綠原酸截留率見表4。由表4中數(shù)據(jù)可知，微濾、超濾的濃縮液經(jīng)過等質(zhì)量水洗后，膜對(duì)綠原酸的截留率均明顯降低了，尤其是微濾膜MF2的濃縮液經(jīng)一次等質(zhì)量水洗后綠原酸的截留率大幅度地降低。
2．5 適宜的膜過濾工藝 上述一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選用MF2 UF2 NF2的膜組合過濾，無論是透水通量還是綠原酸的截留率，均要明顯優(yōu)于MF1．UF1．NF1的膜組合。MF2．UF2．NF2的膜組合過濾，綠原酸的總截留率為12．4％(EP綠原酸的總回收率為87．6％)。所以綠原酸提取液的分離純化應(yīng)該選用MF2一UF2一NF2的膜組合。 2．6 膜分離過程各物料的成份分析結(jié)果 在膜過濾過程中，各物料的綠原酸(綠原酸的HPLC圖譜見圖2)含量、電導(dǎo)率、總固形物含量的測(cè)定結(jié)果見表5。由表5可知，經(jīng)MF2．UF2．NF2組合的膜分離過程，綠原酸的濃度由723．3mg／L濃縮至17964．0mg／L，濃度提高了24．8倍；綠原酸的純度由2．8％上升到27％，純度提高了9．6倍；而總可溶性固形物由2．52％增加到6．61％，提高了不到3倍，這說明MF2．UF2．NF2組合的膜分離過程對(duì)綠原酸提取液的純化和濃縮效果十分顯著。同時(shí)，提取液的電導(dǎo)率也由1．56ta s／cm上升至9．68ta s／cm，增大到了6．2倍，說明提取液中的無機(jī)鹽等帶電物質(zhì)等并未除去多少，納濾濃縮液的灰份很大。由于MF2．UF2．NF2組合的膜分離過程除去了固體微粒和大分子物質(zhì)，納濾濃縮液的固形物主要是綠原酸、黃酮、鞣質(zhì)、皂苷、二糖、三糖和無機(jī)鹽等小分子物質(zhì)。 3 結(jié)論 由于膜分離技術(shù)具有低溫?zé)o相變和對(duì)大、小分子物質(zhì)的分離效果好等特點(diǎn)，故特別適合于熱敏性的綠原酸提取液的分離純化與濃縮。納濾濃縮液中的綠原酸含量雖然很高，但是其
中存在大量的與綠原酸結(jié)構(gòu)相似、分子量相近、性質(zhì)近似的黃酮、鞣質(zhì)、皂苷、糖類物質(zhì)，如何從納濾濃縮液中分離綠原酸，得到高純度的綠原酸，將是下一步的研究?jī)?nèi)容。 參考文獻(xiàn)： [1]吳立軍．中藥化學(xué)[M]．北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2001．189 225． [2] 董克滿．金銀花的化學(xué)成分及生物活性⋯．齊齊哈爾醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2003(6)：692—694． [3] 何文裴，李士敏．正交試驗(yàn)探討金銀花揮發(fā)油的提取條件『J1．中國(guó)中藥雜志．2003(2)：172．173． [4] 高錦明，張鞍靈，張康健，等．綠愿酸的分布、提取與生物活性綜述fJ]．西北林學(xué)院學(xué)報(bào)，1999(2)：73．82． [5]劉軍海，裘愛泳．綠原酸及其提取純化和應(yīng)用前景【J】．糧食與油脂，2003(9)：44—46． [6]趙鐘興，韋藤幼，郝瑞然。等．金銀花中提取綠原酸生產(chǎn)工藝的改進(jìn)[J]．時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，2004(12)：829 830． [7]金許東穎。盛家榮，覃永周．銀花中綠原酸提取方法的比較和優(yōu)化研究【J】廣西師范學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2003(2)：17 20． [8]尉圻，馬希漢．綠原酸及其提取分離方法評(píng)述⋯．中成藥，2001(2)：135 138． [9]林丹，趙國(guó)玲，劉佳佳．金銀花不同提取方法的綠原酸比較研究[J]．天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2003(2)：124 126． [10]劉佳佳，趙國(guó)玲，章曉班，等．金銀花綠原酸酶法提取新：豈研究【J】．中成藥。2002(6)：416．418． [11]鄭領(lǐng)英，王學(xué)松．膜分離技術(shù)[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：30145． [11]許貴軍，隋金婷．HPLC法確定金銀花最佳采收時(shí)期【J】．黑龍江醫(yī)學(xué)，2002(I 1)：866 870． [12]大連輕工業(yè)學(xué)院．食品分析[M]．北京：中國(guó)輕Z．Ak出版社，1994：779n． 產(chǎn)品鏈接： 杜仲提取物 綠原酸 金銀花提取物 苦杏仁苷 枇杷葉提取物-熊果酸 大花紫薇提取物-科羅索酸 上禾生物 專注植提 精于高純 基于您對(duì)天然產(chǎn)物需求持續(xù)創(chuàng)新 |
