全 文 ：收稿日期:2007-11-10
基金项目:十一五支撑计划课题 2006BAD06B05
絮凝 -膜法制备皂荚皂苷工艺研究
史劲松 ,朱昌玲 ,孙达峰
(南京野生植物研究院 ,江苏 南京 210042)
摘　要　对皂荚种皮皂苷进行水法提取 ,采用阳离子瓜尔胶对提取液进行絮凝 , 再通过超滤 、纳滤进行分离 , 制备
获得的皂苷纯度为 87.3%。研究认为 , 提取液中的皂苷与多糖 、蛋白等杂质结合紧密 ,而阳离子瓜儿胶对杂质具有
良好的选择性 , 因而絮凝处理是保证膜法分离过程的关键 , 其二者联用显示出良好的应用前景。
关键词　皂荚皂素;絮凝;超滤;阳离子瓜尔胶
中图分类号:TQ432.7+3　　　文献标识码:A　　　　文章编号:1006-9690(2008)03-0035-03
StudyonthePreparationofGleditschiasaponinbyMembrane
FiltrationAssociatedwithFlocculation
ShiJinsong, ZhuChangling, SunDafeng
(NanjingInstituteforComprehensiveUtilizationofWildPlant, Nanjing210042, China)
Abstract:Gleditschiasaponinaquaticextractwasfiltratedbyultrafiltrationandnanofiltrationafterbeing
flocculatedbycationicguargum.Thepurityofproductwas87.3%.Itwassuggestedthatthesaponin
combinatedwithpolysaccharides, proteinsandothersubstanceclosely, andthatcationicguargumcould
havewelselectivitytotheseforeignmaterandcouldprecipitatethemfromaquaticextract.Sofloccula-
tionwasthekeyprocessforthemembraneseparation, andthetechniqueofmembranefiltrationassociated
withflocculationpretreatmenthadabeterperspectiveinapplication.
Keywords:Gleditschiasaponin;flocculation;ultrafiltration;cationicguargum
　　皂荚 (GleditsiasinensisLam.),别名皂角 ,为豆
科落叶乔木 ,热带和温带树种 ,我国栽培甚广。因其
适应性强 ,根深根而喜厚 ,目前已作为西北地区防风
固沙树种而进行了规模化栽培 。皂荚种子占果实干
重 30%左右 ,其内胚乳含半乳甘露聚糖型多糖 , 可
加工出皂荚多糖胶 ,作为增稠剂 、稳定剂 、絮凝剂应
用于食品医药 、石油钻采 、造纸涂料等行业 [ 1-2] 。皂
荚种皮是天然洗涤品 , 含有 15% ～ 30%三帖皂
苷 [ 3] ,因而在医药 、食品 、农药等诸多领域有着广泛
应用[ 4-5] 。近年来 ,随着皂荚资源量不断增加 ,对其
进行综合开发变得十分重要 ,皂荚多糖胶 、皂素的生
产制备已纳入国家相关的科技项目中 。
皂苷提取有水提法和有机溶剂提取法 。有机溶
剂选择性好 ,提取的皂苷纯度较高 ,也便于进一步精
制 ,但因溶剂成本高 ,也不利于环保 ,因而水提法在
大生产中更具有优势 ,尤其是近年来膜法分离技术
的进步 , 使精制和浓缩过程变得更为简洁 、高
效[ 6-7] 。本文使用水提取工艺对皂荚皂苷进行提
取 ,采用絮凝 、超滤和纳滤处理措施 ,以期探索出一
种经济的制备工艺 。
1　材料与方法
1.1　材料
皂荚果实:北京开元药材种植有限公司提供 ,鉴
定为皂角属皂荚植物(GleditsiasinensisLam.)果实;
皂荚壳60 ℃烘干 、粉碎 ,过 20目标准筛 ,备用;壳聚
糖 ,扬州日兴生物化工有限公司提供;阳离子瓜儿
胶 ,按文献方法自制[ 8] ;聚丙烯酰胺 ,国药集团化学
试剂有限公司(MW≥300万 ,含量≥87%)。
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第 27卷第 3期
2008年 6月 　　　　　　　　　　　　　 中 国 野 生 植 物 资 源ChineseWildPlantResources　　　　　　　　　　 　Vol.27 No.3June2008
1.2　主要仪器
NUF中空纤维超滤器(无锡市超滤设备厂),聚
偏氟乙烯改性膜(PVDF-1),膜填装面积 2m2 ,操作
压力 0.05 ～ 0.2 Mpa;JW-33纳滤设备(南京久吾
公司), GM2540膜(GE-Desal),膜面积 2.5 m2 ,操
作压力 2.0 ～ 2.5Mpa,相对截留分子质量 300Da;
PHS-25酸度计;LXJ64-01离心分离机等 。
1.3　皂苷的提取
称取 1 000g皂荚粉 ,首次加水 6 000mL, 80℃
下 ,每次浸提 2 h,沥出提取液 ,第 2次 、第 3次加入
水 5 000 mL, 每 次 浸 提 1 h, 合 并 提 取 液 ,
12 000 r/min离心 ,取上清液待用 。
1.4　提取液絮凝
分别选用壳聚糖 、阳离子瓜儿胶 、聚丙烯酰胺作
为絮凝剂 ,配置成 1%溶液 , 其中壳聚糖溶液采用
1%醋酸进行溶解。絮凝操作时 ,每 100 mL皂荚皂
苷提取液中分别加入 0.5、1.5、10mL絮凝剂 ,搅拌
15 min后 ,静置2 h,离心取上清液测定皂苷含量。
1.5　提取液的膜过滤
以阳离子瓜尔胶进行絮凝 , 1 200r/min离心弃
去沉淀 ,使用中空纤维超滤膜进行分离 ,分别考察截
留分子 质量为 30 000 Da、 15 000 Da、 5 000 Da、
2 000 Da的过滤效果 。膜过滤工作压力 0.10 ～
0.2Mpa。
取超滤后透出液 10 L进行纳滤浓缩 ,待浓缩至
50%体积时 ,再加入去离子水 5 L,最终浓缩体积控
制在 3 ～ 4L.
1.6　皂荚皂苷测定方法
采用比色法 [ 3] ,取不同条件下得到的提取液
1 mL,精密加入 8%香草醛乙醇液 0.5 mL和 77%硫
酸 5.0 mL,充分摇匀 ,室温下染色 40 min,摇匀后快
速于454nm处测定吸光值 。据标准曲线的回归方程
计算皂苷含量及提取率。
2　结果与分析
2.1　皂荚皂苷的提取
实验测定 ,原料皂荚果皮中含有皂苷 23.6%,
采用80 ℃水进行 3次提取 ,总加水达到 1∶16,总提
取时间为6 h,提取后获得澄清滤液 13 500 mL,其固
形物含量为 4.1%,固形物含皂苷 35.5%,粗皂苷对
原料提取率为 18.9%,相对提取率为 83.2%。
皂荚皂苷提取较为简单 ,对加水比 、提取时间 、
温度可适度调整 ,提取效率一般可达到 80%以上 ,
具体工艺的选择应结合后续的提纯和精制工艺进行
总体考虑 。如本实验室曾采用正交方法获得皂荚皂
苷提取的优化工艺 [ 3] ,其提取耗水量少 ,加水仅为 1
∶10,提取温度低(45 ℃),杂质溶出率少 ,适合采用
浓缩 、有机溶剂萃取等精制工艺 。本文目的是开发
一种膜法精制工艺 ,为发挥膜法处理的优势。因而
在提取方法上加大料水比(1∶16)、提高提取温度
(80 ℃),使提取时间大大缩短。
2.2　絮凝剂的筛选
皂苷的相对分子质量为 1 203 Da,仅考虑其分
子量大小 ,应能够通过超滤与蛋白质类大分子进行
分离 ,但实际效果过滤效果很差 ,一部分皂苷仍留在
母液中。其原因在于提取液中含有较多的多糖 、蛋
白 、色素类杂质 ,而皂甙属表面活性物质 ,在溶液中
与该类杂质结合 ,形成分子量较大的蒂合分子 ,使膜
分离操作变得困难 。表 1是提取液直接进行超滤分
离的结果 , 截留分子质量分别为 30 000、 15 000、
5 000、2 000 Da。
表 1　膜过滤实验结果
超滤膜的截留分子
质量 /Da
透过液中皂苷
纯度 /%
截留液中皂苷
纯度 /%
30 000 33.2 45.1
15 000 31.8 52.3
5 000 33.8 47.6
2 000 32.8 56.4
　　为此 ,在提取液中加入絮凝剂 ,降低界面张
力 ,并使大分子物质聚集 。实验考察了三种絮凝
剂的处理效果(表 2)。加入絮凝剂后 ,干物质含
量及其中的皂苷纯度都有一定的改变 ,但不同絮
凝剂的选择性吸附能力不一样 ,其中阳离子瓜尔
胶絮凝处理后 ,固形物中皂苷纯度达到 40%以
上 ,而回收率也能够保持在 90%以上 。阳离子瓜
儿胶使用量最佳为 10 mL/100 mL,但考虑到综合
成本 ,实际用量采用 5 mL/100 mL。
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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　中 国 野 生 植 物 资 源　　　　　　　　　　　　　　　　第 27卷
表 2　不同絮凝剂 、不同用量絮凝效果对照表
絮凝剂加量 /mL· 100mL-1 干物质含量 /% 皂苷纯度 /% 皂苷回收率
1 %壳 聚 糖
0.5 4.10 35.23 98.3%
1 3.98 36.11 97.8%
5 3.83 37.46 97.6%
10 3.65 39.78 98.8%
1%阳离子瓜儿胶
0.5 4.01 36.27 98.9%
1 3.88 37.18 98.1%
5 3.14 42.39 90.5%
10 2.89 47.82 94.0%
1%聚丙烯酰胺
0.5 4.11 35.34 98.8%
1 4.02 36.17 98.9%
5 3.85 37.46 98.1%
10 3.74 38.97 99.1%
2.3　絮凝 -超滤法分离
采用阳离子瓜儿胶对提取液进行絮凝处理 ,再
分别使用截留分子质量为 15 000、5 000、2 000的膜
进行分离 ,透过液 、截留液中皂甙纯度结果见表 3。
通过絮凝 -膜过滤后 ,透过液和截留液中的皂苷含
量出现了与表 1截然不同的结果 ,透过液中的皂苷
含量大大提高了 ,截留分子量 2 000Da的膜 ,其分离
获得的皂苷纯度已达到 80.4%。在实验超滤装置
上 ,测定的皂甙回收率为 79.4%,絮凝 -超滤过程
的总回收率为 71.9%。
表 3　絮凝 -超滤分离结果
超滤膜的截留分子
质量 /Da 透过液中皂苷纯度 /% 截留液中皂苷纯度 /%
30 000 38.2 32.8
15 000 57.3 28.2
5 000 72.8 22.1
2 000 80.4 20.6
2.4　纳滤对超滤液的精制和浓缩
将已通过截留分子质量为 2 000Da的超滤透过
液 10L,经纳滤膜浓缩后 ,获得 3.8 L浓缩液 ,其固形
物含量为 5.78%,皂苷纯度约为 87.3%。通过纳滤
分离 ,部分去除了溶液中的盐分 、低分子糖等物质 ,
提高了皂甙纯度 。在纳滤操作时 ,可以多次在截留
液中加水 ,使低分子物质进一步脱除 ,但考虑到纳滤
过程能耗较大 ,膜组件较为昂贵 ,不应该加大纳滤过
程的负荷。
纳滤后皂荚皂甙提取液经浓缩 ,再进行喷雾干
燥 ,可获得浅黄色粉末 ,测定其皂苷含量为 86.4%。
3　讨　论
水提法作为传统皂苷提取方法 ,设备投入少 ,方
法简单 ,易于推广 ,但提取液成分复杂 ,含有多糖 、蛋
白 、色素类杂质 ,而且这些杂质与皂甙之间相互结
合 ,使得进一步分离纯化较为困难 。相关研究显示 ,
在茶皂苷提取制备方面 ,提取液中的大分子物质也
对超滤过程造成不利 ,尽管可以利用微滤进行预处
理 ,去除较大颗粒的物质 ,但仍造成膜通量的大幅度
下降 [ 7] 。本工艺研究发现 ,阳离子瓜尔胶对皂荚皂
苷提取液具有良好的絮凝作用 ,且对杂质有一定的
选择性。絮凝处理后的提取液 ,通过膜法分离能够
获得较为满意的纯度(87.0%),而且膜污染情况得
到改善 ,因而有着良好的应用前景 。
参考文献
[ 1] 　RakhmanberdyevaRK, RakhimovDA, VakhabovAAetal.Galac-
tomannanfromGleditsiamacracanthaseedsanditsbiologicalactivi-
ty[J] .ChemistryofNaturalCompounds, 2005, 41(1):11-13.
[ 2] 　蒋建新 , 朱莉伟 , 王磊 , 等.皂荚多糖胶 α-半乳糖苷酶修饰
及产物性能研究 [ J].林产化学与工业 , 2007, 27(5):44-48.
[ 3] 　梁静谊 ,蒋建新 ,朱莉伟等.皂荚皂甙提取工艺的研究 [ J] .中
国野生植物资源 , 2003, 22(6):58-61.
[ 4] 　张一贞 ,韩崇选 ,张宏利 ,等.两种皂荚提取物的杀鼠活性研究
[ J] .西北林学院学报 , 2007, 22(1):106-108.
[ 5] 　赵声兰, 陈朝银 , 董其江 ,等.皂荚皂苷的提取及其抗HIV、抗解脲
支原体和抗菌作用的研究[ J].陕西中医, 2007, 28(7):923-928.
[ 6] 　孙冀平 , 裘爱泳 , 汪　勇 ,等.茶皂素水提液超滤过程的传质
特性研究 [ J] .中国油脂 , 2002, 27(5):66-67.
[ 7] 　李梅生 , 赵宜江 , 杨文澜 ,等.微滤 -超滤组合工艺精制粗茶
皂素的研究 [ J] .中国油脂 , 2008, 35(1):53-55.
[ 8] 　朱昌玲 ,顾龚平 ,史劲松 ,等.改性瓜儿胶的制备及其絮凝性能
的研究 [ J] .中国野生植物资源 , 2005, 24(6):35-40.
—37—
第 3期　　　　　　　　　　　　　史劲松 ,等:絮凝 -膜法制备皂荚皂苷工艺研究