全 文 ：文章编号:1007-8924(2008)02-0085-04
研究简报
超滤法分离提纯无患子皂苷
魏凤玉 , 解　辉 , 余锦城 , 吴　阳
(合肥工业大学 化学工程学院 , 合肥 230009)
摘　要:采用水提-超滤法分离提纯无患子皂苷.实验考察了絮凝剂的用量 ,超滤时温度 、膜
面流速 、压力 、超滤液 pH 、膜截留分子量等对分离纯化效果的影响.结果表明在水提液中加入
体积分数为 2.0%的壳聚糖-醋酸絮凝剂时 ,预处理效果较好.正交实验表明 ,采用截留分子
量为 20 K ～ 50 K的超滤膜 ,在温度 25 ℃、膜面流速 2.78×10-5 m/ s 、压力 0.08 MPa的条件
下 ,所得无患子总皂苷的纯度可达 67.02%;而采用 6 K超滤膜所得无患子皂苷的产品纯度可
达 72.42%.
关键词:无患子皂苷;正交实验;水提;超滤
中图分类号:TQ028.8　　文献标识码:A
　　无患子(Sapindus Mukorossi Gaertn),俗称:油
患子 ,肥珠子等.无患子果皮中所含的无患子皂苷具
有很强的表面活性作用 ,孙洁如等[ 1]的研究表明无
患子皂苷具有很低的 cmc和 γcmc ,是一种理想的香
波原料;无患子皂苷还具有多种生物活性 ,如抗肿
瘤 、降血压 、抗真菌 、杀精子等.Adriana 等[ 2] 的研究
表明无患子果实和叶的提取物能够明显降低小鼠胃
酸的体积和浓度 ,从而具有治疗急性胃溃疡的潜力;
Huang 等[ 3]研究发现皂苷含量为 10 mg/kg 对金苹
果蜗牛的杀死率达 70%～ 100%.
近年来 ,超滤法已逐渐应用于中药有效成分的
分离中 ,并取得了良好的效果.冯彪等[ 4] 应用超滤
法提取分离陈皮中的有效成分 ,研究表明超滤膜的
孔径大小 、药液浓度等对分离有效成分有较大影响;
曹万新等[ 5] 采用超滤膜法精制油茶皂甙 , 结果表
明 ,经预滤 、精滤 、超滤后产品纯度可达 80%左右.
关于无患子总皂苷提取分离方面的研究报道较
少.饶厚增等[ 6]采用乙醇提取-正丁醇萃取分离工
艺得到了无患子皂苷及皂苷元晶体 ,但所需溶剂用
量大 、工艺复杂 、产品纯度不高.本文采用水提-超
滤法提取分离无患子皂苷 ,为无患子皂苷的工业化
生产提供依据.
1　实验原料与方法
1.1　原料和仪器
无患子果皮(产于安徽),壳聚糖(上海国药集团
化学试剂有限公司),香兰素 、次氯酸钠 、冰醋酸等均
为分析纯.聚砜中空纤维超滤膜(UPIS -503 型 ,截
留分子量 20 K ～ 50 K;UEOS-503型 ,截留分子量
6 K)(天津膜天膜工程技术有限公司).
1.2　工艺流程
无患子果皮洗净 、晾干 、粉碎后 ,用水提取 3次 ,
合并水提液 ,加入壳聚糖絮凝剂除杂.将絮凝后的水
提液超滤分离 ,渗透液在60 ℃下烘干得灰白色粉末
即为产品.
1.3　分析方法
1.3.1　无患子总皂苷含量的测定
(1)标准曲线的绘制
以本实验室提取分离精制的无患子总皂苷为标
准品.准确称量无患子总皂苷 10.0 mg ,置于 10 mL
收稿日期:2006-09-28;修改稿收到日期:2006-12-28
基金项目:合肥工业大学研究生创新基金项目(XS0631)
作者简介:魏凤玉(1963-), 女 , 江苏靖江人 , 硕士 , 副教授 , 从事化工传质与分离的研究.
第 28 卷　第 2 期 膜　科　学　与　技　术 Vol.28　No.2
2008 年 4 月 MEMBRANE SCIENCE AND TECHNOLOGY Apr.2008
DOI :10.16159/j.cnki.issn1007-8924.2008.02.003
容量瓶中用甲醇定容.精密抽取此溶液 1 , 2 , 3 , 4 , 5
μL置于 10 mL的磨口试管中 ,热风挥干溶剂 ,而后
将现配的 5%的香草醛-冰醋酸溶液 0.2 mL 和高
氯酸 0.8 mL 加入试管中 , 摇匀 , 60 ℃水浴加热
15 min ,冰水浴中冷却 3 min , 最后加入冰醋酸
5 mL ,摇匀 ,用空白试剂作参比.用 UV-250紫外
可见分光光度计(日本岛津公司)在 200 ～ 700 nm
范围作全波段扫描 ,结果表明无患子总皂苷的最大
吸收波长在 390 nm 左右 ,故选择 390 nm 作为测定
波长.以吸光值 A 与浓度 C进行线性回归 ,得回归
方程为 A =-0.0479+0.1077C , R =0.9989.
(2)产品纯度测定
准确称取样品 ,配制浓度约为 1 mg/mL 的甲醇
溶液 ,按照标准曲线制备的步骤测定样品的吸光值 ,
从标准曲线上求其浓度 ,计算样品中总皂苷的含量.
1.3.2　固含量 、pH 、黏度 、浊度的测定
固含量以每毫升溶液中所含的固体质量表示:
固含量损失率=处理前固含量-处理后固含量处理前固含量 ×100%
pH采用 PHS -3C 型精密 pH 计(上海精密科
学仪器有限公司)测定;黏度采用 NDJ-1型旋转黏
度计(上海精密科学仪器公司)测定;浊度采用 GDS
-3C 型散射光浊度计(无锡科达仪器厂)测定.
2　结果与讨论
2.1　超滤液的预处理
无患子水提液中成分复杂 ,除含有皂苷外 ,还含
有生物碱 、氨基酸 、蛋白质 、黏液质 、鞣质 、糖等[ 7] .
一些大分子物质如蛋白质 、多糖等在超滤过程中会
沉积在膜表面 ,使膜的通量下降.因此 ,超滤前进行
料液的预处理是十分必要的.传统的中药提取液预
处理方法有调 pH 、醇沉 、絮凝等.壳聚糖是一种天然
阳离子型高分子絮凝剂 ,能使溶液中带负电荷的悬
浮颗粒絮凝沉淀 ,而壳聚糖本身无毒 、无味 ,不会造
成二次污染[ 8] .本实验采用壳聚糖-醋酸溶液(1 g
壳聚糖溶于 100 mL 0.5%醋酸水溶液中)作为絮凝
剂 ,对水提液进行预处理 ,研究了絮凝剂的用量对分
离效果的影响 ,实验结果如表 1.当水提液中加入体
积分数 2.0%的壳聚糖-醋酸絮凝剂溶液时 ,絮凝
后的产品纯度最高 ,且固含物的损失率最小.
表 1　絮凝剂用量的影响
Table 1　The effect of flocculant s dosage on separation
絮凝剂加入量/ % 产品纯度/ % 固含物损失率/ %
1.0 31.18 25.0
2.0 46.59 16.7
2.9 43.44 16.7
3.8 42.69 19.4
2.2　超滤液 pH对膜分离的影响
溶液的 pH 影响药液中各成分的存在状态 ,如
蛋白质在等电点附近时溶解度最低 ,易在膜表面发
生吸附 , 从而影响超滤分离效果.现采用 UPIS -
503型超滤膜 ,调节絮凝后水提液的 pH , 在温度
35 ℃、膜面流速 2.78×10-5 m/ s 、压力 0.06 MPa
下进行超滤分离 ,实验结果如表 2.
表 2　pH 对超滤分离的影响
Table 2　The effect of pH on ultrafiltrate separa tion
超滤前溶液 pH 渗透液固含量/(g·mL-1)渗透液 pH 固含物损失率/ % 产品纯度/ % 黏度×103/(Pa·s) 浊度/ NTU
4.88 0.014 6.03 57.6 64.05 1.25 3.0
7.00 0.016 7.07 51.5 65.35 1.25 1.2
8.52 0.012 8.41 63.6 58.85 1.33 1.9
　注:絮凝后水提液 pH 4.88 , 浊度 86.1 NTU.
　　从上表可见 ,超滤分离对无患子水提液的澄清
效果较好(超滤前溶液为红棕色 ,超滤后为淡黄色),
固含物损失率较大.而水提液的 pH 对渗透液的固
含量 、黏度和浊度影响不大 ,但对所得产品的纯度影
响较大.当无患子水提液 pH 从原始的 4.88调至中
性时 ,产品纯度变化不明显;当调为碱性时 ,产品纯
度下降 、分离效果变差 ,这可能是由于提取液中的蛋
白质 、多糖等生物大分子产生变性(如蛋白质在等电
点时溶解度最低 、会产生沉淀),或相互缔合产生新
的化合物污染膜 ,而不利于无患子皂苷的超滤分离.
2.3　超滤分离的正交实验
一般影响超滤分离的因素有温度 、膜面流速 、操
作压差 、料液的酸度 、膜性能等 ,实验采用 20 K ～ 50
K超滤膜对超滤分离的因素进行优化 ,选取的正交
因素水平见表 3.正交实验中主要以膜通量 、产品纯
度作为考察超滤膜分离效果的参数 ,并以产品纯度
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为指标进行极差分析 ,结果见表 4.
表 3　超滤分离的正交因素水平表
Table 3　Orthogonal facto r s level for ultrafiltrate separation
水平 A温度/ ℃ B膜面流速×105/(m·s-1)C 压力/MPa
1 25 1.85 0.04
2 30 2.31 0.06
3 35 2.78 0.08
表 4　超滤分离的正交实验结果
Table 4　Orthogonal experimental results of
ultrafiltrate separation
序号 A温度/ ℃
B膜面流速
/(m·s-1)
C 压力
/MPa
膜通量
/(mL·min-1)
产品纯
度/ %
1 A1 B1 C1 22.6 58.11
2 A1 B2 C2 77.6 62.01
3 A1 B3 C3 106.5 67.02
4 A2 B1 C2 77.1 57.55
5 A2 B2 C3 87.4 63.31
6 A2 B3 C1 62.4 60.52
7 A3 B1 C3 83.4 59.03
8 A3 B2 C1 64.1 59.59
9 A3 B3 C2 128.6 64.05
K 1 187.14 174.69 178.22
K 2 181.38 184.91 183.61
K 3 182.67 191.59 189.36
极差 5.76 16.90 11.14
注:超滤前料液的固含量 0.033 g/ mL , 产品纯度 36.01%,
pH 4.88.
由极差分析结果可知各因素对超滤分离影响的
顺序为:膜面流速>压力>温度 ,即膜面流速为影响
超滤分离的主要因素 ,而温度的影响较小;实验得出
的最优工艺条件是 A1B3C3 ,即温度 25 ℃、膜面流速
2.78×10-5 m/s 、压力 0.08 MPa.
2.4　膜截留分子量的影响
无患子皂苷的分子量低于 1 K ,理论上选取截
留分子量 6 K膜的分离效果应好于 20 K ～ 50 K的
膜.为此 ,在温度 25 ℃、膜面流速 3.70×10-5 m/ s 、
压力 0.08 MPa 的条件下进行膜分离实验 ,并将超
滤后的膜用 1%NaOH 溶液洗脱 ,将洗脱液脱除溶
剂 ,考查膜对无患子皂苷的吸附情况.
从表 5可见 , 6 K 超滤膜所得产品纯度远高于
20 K ～ 50 K超滤膜 ,且无患子皂苷主要在渗透液中
浓缩.超滤回流液的产品纯度相对原药液有所提高 ,
这是因为部分小分子杂质进入渗透液 ,部分黏度大
的杂质吸附在膜表面 ,使回流液也实现一定程度的
　　　　表 5　膜截留分子量对超滤分离效果的影响
Table 5　The effect of membrane intercepting molecular
w eight on ultrafiltration separation
截留分子量
6 K 20 K ～ 50 K
渗透
液
回流
液
膜吸
附液
渗透
液
回流
液
膜吸
附液
产品纯度/ % 72.42 32.12 53.41 40.17
固含物损失率/ % 70.0 -10.0 60.0 -12.5
产品在各料液的
比率/ % 73.95 24.85 1.19 60.28 35.17 4.56
注:超滤前料液的固含量 0.040 g/ mL , 产品纯度 24.92%,
pH 4.78.
富集;另外 ,超滤回流液的固含物损失率为负值(即
固含量升高),这是由于在外压作用下 ,水和溶液中
的小分子溶质穿过超滤膜进入渗透液 ,大分子的溶
质和杂质被膜截留在回流液中 ,故回流液中固含量
相对于原料液增加.从表 5还可以看出 ,还有极少量
的无患子皂苷被吸附在聚砜纤维膜表面和孔隙内 ,
因而使膜通量降低 , 渗透液中产品得率降低 <
100%.此外 ,超滤膜的分离效果随着原料液中有效
成分的浓度升高而提高 ,所以在相近的操作条件下 ,
此次 20 K ～ 50 K膜的分离效果低于正交实验结果.
2.5　膜分离与传统分离方法的比较
将无患子皂苷水提液 ,分别采用超滤膜分离 、醇
沉和正丁醇萃取三种方法进行分离.水提醇沉时控
制混和溶液中乙醇体积百分数为 75%,萃取时正丁
醇与水提液按体积比为 1∶1.实验结果见表 6.
表 6　超滤膜分离与传统分离方法的比较
Table 6　The comparison between ultrafiltration
separation and traditional separation
分离方法 水提醇沉
正丁醇
萃取
6 K 渗
透液
20 K ～ 50 K
渗透液
产品纯度/ % 51.05 47.56 72.42 53.41
固含物损失率/ % 72.5 55.0 70.0 60.0
注:超滤前料液的固含量 0.040 g/ mL , 产品纯度 24.92%,
pH 4.78.
从表 6可见 ,水提醇沉和正丁醇萃取分离效果
均较超滤膜分离效果差 ,产品纯度低.即与传统的醇
沉和正丁醇萃取分离工艺相比 ,超滤膜分离具有产
品纯度高 、操作简单 、生产周期短 、溶剂消耗量低等
特点 ,比较适合于天然产物中有效成分的分离浓缩.
3　结论
1)在无患子水提液中加入体积分数为 2.0%的
　第 2 期 魏凤玉等:超滤法分离提纯无患子皂苷 ·87　 ·　
壳聚糖-醋酸絮凝剂时 ,除杂效果较好.
2)水提液的 pH 对渗透液的固含量 、黏度 、pH
和浊度影响不大 ,但对所得产品的纯度影响较大.当
无患子水提液的 pH中性时 ,超滤分离效果较好.
3)20 K ～ 50 K 超滤膜正交实验表明 ,各因素
影响超滤分离的大小顺序为:膜面流速>压力>温
度;最优超滤分离条件是:温度 25 ℃,膜面流速
2.78×10-5 m/ s ,压力 0.08 MPa , 所得无患子总皂
苷的纯度为 67.02%.
4)与 20 K ～ 50 K 超滤膜相比 , 6 K 超滤膜对
无患子皂苷的富集程度更高 , 产品纯度可达
72.42%.
5)与水提醇沉和正丁醇萃取等传统分离方法
相比 ,超滤膜具有分离效率高 、操作简单等优点.
参 考 文 献
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Separation and purification of supindus-saponin by ultrafiltration
WEI Fengyu , X IE Hui , YU Jincheng , WU Yang
(School of Chemical Engineering , Hefei University of Technology , Hefei 230009 ,China)
Abstract:The combination of w ater-ex traction and ult rafilt ration was adopted to separate and purify supindus
-saponin.The effects of the flocculant s dosage , temperature , the cross-flow velocity , pressure , pH of feed
solut ion and the molecular weight cut off(MWCO)of the membrane on separat ion of supindus-saponin were
researched.The opt imum volume ratio of chitosan-acetic acid solution to ex t raction aqueous solution w as 2.0%
for the pret reatment.The results of orthogonal experiments indicated that under the condit ion of 25 ℃, the
cross-flow velocity 2.78×10-5 m/s , 0.08 MPa , the 67.02% content of saponin-supindus w as obtained with
MWCO 20 K ～ 50 K membrane.The 72.48% content of saponin-supindus w as obtained with MWCO 6 K
membrane.
Key words:supindus-saponin;orthogonal-experiment;water-ext raction;ultraf iltrat ion
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　· 88　 · 膜　科　学　与　技　术 第 28 卷