全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 22 期 2013 年 11 月

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预处理对黄连解毒汤综合模拟体系陶瓷膜微滤过程的研究
李 博 1，张连军 1, 2，郭立玮 1*，付廷明 1
1. 南京中医药大学 中药复方分离工程重点实验室，江苏 南京 210029
2. 江苏省荣军医院，江苏 无锡 214035
摘 要：目的 优化中药水提液膜分离前的预处理方式。方法 以黄连解毒汤水提液中 4 种共性高分子物质和小分子药效物
质（小檗碱、栀子苷）组成的综合模拟体系为研究对象，通过不同预处理方式调节溶液环境，分别考察不同溶液环境对膜通
量、共性高分子物质去除率、小分子药效物质透过率等指标的影响。结果 调节 pH 值对膜通量的改善较为明显，共性高分
子物质截留率较高；调节 pH 值和离子强度（加入 0.05 mol/L NaCl）时小分子药效物质透过率相对理想。研究发现，膜堵塞
阻力是膜污染的主要因素。结论 综合各项指标，黄连解毒汤以调节离子强度和调节 pH 值为 6.5 时的预处理效果较为理想；
对于中药水提液的膜分离前预处理具有一定的参考意义。
关键词：无机陶瓷膜；预处理；模拟体系；共性高分子；阻力分布
中图分类号：R284.2 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2013)22 - 3147 - 07
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2013.22.011
Pretreatments on microfiltration with ceramic membranes for comprehensive
simulation system of Huanglian Jiedu Decoction
LI Bo1, ZHANG Lian-jun1, 2, GUO Li-wei1, FU Ting-ming1
1. Key Laboratory of Separation Engineering for Chinese Medicine Compound, Nanjing University of Chinese Medicine, Nanjing
210029, China
2. Jiangsu Provincial Rongjun Hospital, Wuxi 214035, China
Abstract: Objective To optimize the pretreatment on the water extract of Chinese materia medica (CMM) before membrane
separation. Methods Using the comprehensive simulation system of four common polymers and index components existed in the
water extract of CMM (berberine and geniposide) as the research object, the solution environment was adjusted by different
pretreatments. The flux of microfiltration, transmittance of the ingredients, and removal rate of common polymers were selected as
indicators to study the effects of different solution environments. Results It was found that adjusting pH could change the permeation
flux obviously, and the removal rate of common polymers was comparatively higher. The transmittance of index components was
higher when the pH value and ionic strength were adjusted (adding 0.05 mol/L NaCl). The membrane blocking resistance was the
major factor in membrane fouling. Conclusion Based on the above indicators, the effect of pretreatment is comparatively significant
when the ionic strength and pH value are adjusted (pH 6.5 and adding 0.05 mol/L NaCl). It provides a valuable reference for the
pretreatment of the water extract of CMM before membrane separation.
Key words: inorganic ceramic membrane; pretreatment; simulation system; common polymers; resistance distribution

膜分离技术具有节能、高效、操作方便、环保
等特点，被国际上公认为本世纪最具有发展前途的
一项重大高新技术，也被认为是我国中药制药工业
中急需推广的高新技术之一[1]。而陶瓷膜拥有机械
强度高、耐腐蚀、耐酸碱、易清洗等优势[2]，在中
药行业得到了广泛的应用。
中医药研究所面临的是一个复杂巨系统[3]，其
主要特征是表征被研究对象的各个指标不是成比例

收稿日期：2013-07-18
基金项目：国家自然科学基金资助项目（30873449，30973950，81274096，81303230）；中国博士后科学基金资助项目（2013M541704）；江苏
省博士后科学基金资助项目（1301133C）；江苏省科技厅产学研联合创新资金——前瞻性研究项目（BY2012036）
作者简介：李 博（1984—），男，南京中医药大学博士后，从事以膜技术为主体的中药复方分离工程研究。E-mail: zodlee@163.com
*通信作者 郭立玮，研究员，从事以膜技术为主体的中药复方分离工程研究。Tel: (025)86798188 E-mail: guoliwei815@126.com
中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 44 卷 第 22 期 2013 年 11 月

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的变化，各指标之间呈非线性关系，不遵循线性系
统的运动规律叠加原理，即如果把整个系统分解成
数个较小的系统，并获取各子系统的运动规律，则
这些子系统运动规律的叠加不是整个系统的运动规
律[4]。由于膜过程与应用系统溶液环境有密切关系，
对于中药水提液这一存在大量非线性、高噪音、多
因子复杂体系的溶液环境而言，由于各种影响因素
和物料体系多样性，不存在通用的模型[5]。
由于中药水提液的复杂性，本实验采用模拟体
系对主要膜污染物加以研究，在单个高分子（淀粉、
果胶、蛋白质、鞣质等）模拟体系的研究基础之上，
从溶液环境的角度着手，以黄连解毒汤水提液中淀
粉等 4 种共性高分子物质和小檗碱、栀子苷组成的
综合模拟体系为研究对象，通过不同预处理方式调
节溶液环境，分别考察不同溶液环境对膜过程、共
性高分子物质去除率、小分子药效物质透过率等指
标的影响。探索针对中药水提液溶液环境的优化技
术方案，以减轻膜污染，提高膜分离效率。
1 仪器与材料
微型陶瓷膜装置（南京工业大学膜科学与技术
研究所研制，膜孔径：0.2 μm，膜材质：ZrO2，外
形尺寸：外径 12 mm，内径 8 mm，长 22 mm）。
对照品盐酸小檗碱（批号 110713-200208，质
量分数≥99%）、栀子苷（批号 110749-200512，质
量分数≥99%）均购自中国药品生物制品检定所；淀
粉、果胶、鞣质均购自 Sigma 公司；大豆分离蛋白、
小檗碱、栀子苷均购自南京泽朗医药科技有限公司；
壳聚糖（脱乙酰化≥90%，上海伯奥生物科技有限
公司）；乙腈、甲醇（色谱纯，江苏汉邦公司）。
Waters 515 双泵液相色谱仪（2487 双波长紫外
检测器，WDL—95 色谱工作站）；Li-brorAEL—
40SM 电子天平（1/100 000，日本 Shimadzu 公司）；
DHG—9023A 型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实
验设备有限公司）；Spectrum 754 型紫外-可见分光
光度计（上海分析仪器厂）；雷磁 PHSJ—4A 实验室
pH 计、雷磁 DDSJ—308A 电导率仪均购自上海精
密科学仪器有限公司；SZD—II 型智能化散射光浊
度仪（上海自来水给水设备工程公司）；DV—II＋
Pro 型旋转粘度计（美国 Brookfield 仪器有限公司）。
2 方法与结果
2.1 综合模拟体系配制
本实验所述的综合模拟体系包括 a：以 4 种共
性高分子物质构成的共性高分子模拟溶液。b：以 4
种共性高分子物质加上小分子药效物质构成的共性
高分子＋小分子药效物质模拟溶液。
根据本实验室自建数据库中中药水提液共性高
分子物质的量，以黄连解毒汤[6-7]为例，配制综合模
拟体系。精密称取 25 g 淀粉，加少量水分散，煮沸
10 min，使其充分溶解；再分别精密称取 5 g 果胶、
1 g 蛋白质、7.5 g 鞣质，加入上述溶液，使其充分
溶解，冷却，补足体积至 5 L，得 0.5%淀粉＋0.1%
果胶＋0.02%蛋白质＋0.15%鞣质的高分子综合模
拟溶液。精密称取一定量的小檗碱和栀子苷，溶解
后加入高分子综合模拟溶液中，调整体积至 5 L，
得 0.5%淀粉＋0.1%果胶＋0.02%蛋白质＋0.15%鞣
质＋0.3%小檗碱＋0.3%栀子苷的高分子＋小分子
药效物质的综合模拟溶液。
2.2 预处理方法
考虑到研究目标为最终被人类所服用的中药，
因而本实验选用与人体相容性较好的调节 pH、调节
离子强度、减压抽滤、壳聚糖絮凝 4 种预处理方法。
将配好的溶液分别调节至 pH 6.5、9.0，加入 0.05
mol/L 的 NaCl，双层滤纸减压抽滤，壳聚糖絮凝作
预处理，得预处理后的综合模拟溶液。
2.3 综合模拟溶液的实验方法
2.3.1 综合模拟溶液阻力分布测定[8] 在操作压力
为 0.15 MPa，膜面流速为 3 m/s，温度为 50 ℃的条
件下，将孔径为 0.2 μm 的 ZrO2膜在实验装置上错
流微滤，待通量稳定后，测其相应的膜通量，根据
M. M. Dal-Cin 修改过的阻力模型[9]，将总阻力（D 总）
分为膜自身阻力（Dm）、表面沉积阻力（De）、膜堵
塞阻力（Di）和浓差极化阻力（Dp），计算各分解阻
力在 D 总中所占的百分比。
2.3.2 综合模拟溶液中共性高分子物质的定量测定
淀粉定量测定采用碘显色法[10]；果胶定量测定采用
重量法[11]；蛋白质定量测定采用考马斯亮蓝法[12]；
鞣质定量测定采用皮粉法[13]。
2.3.3 综合模拟溶液理化参数测定 pH 值测定：取
样品 20 mL，以校正过的精密 pH 计测定样品 50 ℃
时的 pH 值。浊度测定：取样品 50 mL，测定样品
50 ℃时的浊度值。黏度测定：取样品 20 mL，分别
测定样品 20、50 ℃时的黏度值。电导率测定：取
样品 20 mL，测定样品 50 ℃时的电导率。
2.3.4 综合模拟溶液中小分子药效物质的定量测定
（1）小檗碱的定量测定[14]：HPLC 分析条件：
以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂 Hedera ODS-2
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柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，江苏汉邦公司）；流
动相为 33 mmol/L 磷酸二氢钾-乙腈（60∶40）；检
测波长 265 nm；柱温 30 ℃；体积流量 1.0 mL/min，
进样量 5 µL。对照品溶液的制备：取干燥后盐酸小
檗碱对照品适量，精密称定，加甲醇制成含小檗碱
30.39 μg/mL 的溶液，即得。
（2）栀子苷定量测定[15]：HPLC 分析条件：以
以十八烷基硅烷键合硅胶为填充剂 Hedera ODS-2
柱（250 mm×4.6 mm，5 μm，江苏汉邦公司）；流
动相为甲醇-水（30∶70）；检测波长 240 nm；柱温
30 ℃；体积流量 1.0 mL/min，进样量 5 µL。对照
品溶液的制备：取干燥后栀子苷对照品适量，精密
称定，加甲醇制成含栀子苷 43.00 μg/mL 的溶液，
即得。
2.4 不同预处理对综合模拟体系溶液环境的影响
高分子综合模拟溶液通过不同预处理后的溶液
环境变化见表 1。高分子溶液在膜过程后 pH 值都有
不同程度的增大。而浊度的降低较为明显，未处理
溶液过膜后由原来的 78.3 NTU 降至 6.43 NTU，其
中 pH 值为 6.5 以及调离子强度时，渗透液浊度相对
较高，分别为 17.20 NTU 和 17.60 NTU，其他预处
理后渗透液的浊度都比未预处理的有所下降。
溶液黏度过膜后普遍降低，从 2.2 mPa/s 左右降
至 1.4 mPa/s 以下。溶液的电导率在过膜后也有不同
程度的降低，其中调离子强度、絮凝和调节 pH 值
为 9 时，由于 NaCl 和酸碱的加入，使得渗透液电
导率比原液有较大程度的增加，尤其是调离子强度
时电导率最大。
如表 2 所示，加入小分子药效物质后，溶液的
pH 值由原来的 4.0 左右降至 3.2～3.3，其原因为小
檗碱为强酸弱碱盐，显酸性；同样，渗透液的 pH
值与原液相比略有上升，其原因可能是部分小分子
药效物质被截留，也可能是陶瓷膜设备中由于死体
积残留的水的影响。对比表 1、2 可知，加入小分子
药效物质之后，溶液的浊度增加了将近 10 倍，基本
达到 1 500 NTU 左右，过膜后有了大幅度降低，但
相对还是较高；经过预处理后渗透液浊度大多数低
于未处理的溶液，其中调节离子强度时渗透液的浊
度较高，可能是小檗碱由于溶液环境变化而析出。
溶液的黏度在加入小分子药效物质后大多略有
增加，但过膜后渗透液黏度更低，尤其是 pH 值为
6.5 和减压抽滤时，渗透液的黏度已降至 0.98 mPa/s
以下。溶液的电导率在加入小分子药效物质后也有
所增大，渗透液的电导率相对也较高，除调离子强

表 1 不同预处理的共性高分子模拟溶液的理化特征参数
Table 1 Physical and chemical parameters of different pretreated common polymers simulation solution
pH 值 浊度 / NTU 黏度 / (mPa·s−1) 电导率 / (μs·cm−1) 处 理
原液 渗透液 原液 渗透液 原液 渗透液 原液 渗透液
未预处理 3.919 4.323 78.3 6.43 2.27 1.20 333.0 234.0
pH 6.5 3.987 6.181 158.0 17.20 2.15 1.33 352.0 331.0
pH 9 3.966 7.988 125.0 4.02 2.19 1.14 338.0 616.0
调离子强度 4.054 4.126 133.0 17.60 2.15 1.40 234.0 5 970.0
减压抽滤 4.031 4.536 226.0 3.85 2.30 1.13 335.0 229.0
絮凝 4.119 3.631 268.0 4.39 2.23 1.33 389.0 508.0

表 2 不同预处理的共性高分子＋小分子药效物质溶液的理化特征参数
Table 2 Physical and chemical parameters of different pretreated solution of common polymers + index components
pH 值 浊度 / NTU 黏度 / (mPa·s−1) 电导率 / (μs·cm−1) 处 理
原液 渗透液 原液 渗透液 原液 渗透液 原液 渗透液
未预处理 3.227 3.512 1 676.0 42.0 2.42 1.05 583.0 532.0
pH 6.5 3.272 6.375 1 545.0 14.5 2.51 0.98 472.0 123.2
pH 9 3.315 7.542 1 471.0 2.9 1.80 1.21 591.0 485.0
调离子强度 3.293 3.619 1 565.0 215.0 2.73 1.26 428.0 1 012.0
减压抽滤 3.301 3.861 1 796.0 18.2 2.70 0.96 488.0 346.0
絮凝 3.268 3.436 1 147.0 16.2 1.91 1.03 509.0 466.0
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度外，渗透液的电导率均低于原液。
2.5 不同预处理对综合模拟体系膜过程的影响
2.5.1 不同预处理对综合模拟体系膜通量衰减的影
响 由图 1 可知，未预处理的高分子综合溶液膜起
始通量为 368.4 L/(m2·h)，稳定时的膜通量为 241.2
L/(m2·h)。减压抽滤时的膜起始通量与未处理溶液接
近，相对降低速率较慢，稳定时的膜通量略高。调
节离子强度时，虽然有较为理想的膜起始通量
［427.2 L/(m2·h)］，但下降也较快，稳定时的膜通量
低于减压抽滤的溶液。



图 1 不同预处理共性高分子模拟溶液的时间-通量曲线
Fig. 1 Time-flux curves of different pretreated common
polymers simulation solution

pH 值为 6.5 时，膜起始通量更高，同时膜通量
下降更快，在 19 min 后的膜通量已经低于调节离子
强度的溶液。絮凝后的溶液，膜起始通量为 577.2
L/(m2·h)，增加了 56.68%，在膜过程的前 9 min 内
膜通量下降较快，之后膜通量趋于平缓，稳定时的
膜通量为 333.6 L/(m2·h)，提高了 38.3%。而 pH 值
为 9 时，膜起始通量最大，达到 600 L/(m2·h)，增加
了 62.87%，尽管整个过程膜通量下降速率也较快，
但相对起始通量较大，稳定时的膜通量也较高，为
427.2 L/(m2·h)，提高了 77.11%。
图 2 是共性高分子＋小分子药效物质的不同预
处理膜通量衰减曲线。未预处理的溶液膜起始通量
为 368.4 L/(m2·h)，稳定时膜通量为 224.4 L/(m2·h)。
絮凝后的溶液，膜起始通量最低，仅为 322.8
L/(m2·h)，稳定时的膜通量也最低。而 pH 值为 9、
调节离子强度和减压抽滤时，膜起始通量基本相似，
都达到 400 L/(m2·h) 以上，但各自膜通量下降趋势
不同。减压抽滤时膜通量在膜过程初期下降较快，
第 9 分钟左右与调离子强度时基本持平，稳定时的
膜通量为 282 L/(m2·h)，高于调离子强度的溶液；而
pH 值为 9 时，膜通量在前 3 min 下降较快，之后膜
通量基本趋于稳定，稳定时的膜通量为三者之中最



图 2 不同预处理的共性高分子＋小分子药效物质溶液
时间-通量曲线
Fig. 2 Time-flux curves of different pretreated solution
of common polymers + index components
高，达到 307.2 L/(m2·h)，提高了 36.9%。在 pH 值
为 6.5 时，膜起始通量为 392.4 L/(m2·h)，从过膜
开始膜通量下降就较慢，稳定时的膜通量最高，为
345.6 L/(m2·h)，比未处理溶液提高了 54.01%。
对比图 1、2 可知，未预处理溶液的膜起始通量
都为 368.4 L/(m2·h)，但加入小分子药效物质后，膜
稳定时的通量略低，提示小分子药效物质的加入使
得溶液环境更为复杂。pH 值为 6.5 时，加入小分子
药效物质后，膜起始通量和稳定通量都较高；而 pH
值为 9 以及絮凝时，加入小分子药效物质后，膜起
始通量和稳定通量都较低。减压抽滤和调节离子强
度时，在加入小分子药效物质前后，膜通量基本无
明显变化。表明本研究体系在加入小分子药效物质
前后，采用的预处理方式以调节 pH 值对膜通量的
影响较大。
2.5.2 不同预处理对共性高分子物质截留率和小分
子药效物质透过率的影响 由表 3 可知，未预处理
的溶液果胶截留率最高，为 92.23%，蛋白质截留率
较低，为 28.7%，淀粉和鞣质的截留率分别为 68.37%
和 53.3%。通过不同的预处理后，果胶的截留率依
旧最高，全都达到 81%以上；淀粉的截留率次之，
在58.06%～85.41%；鞣质的截留率分布在44.60%～
81.96%；4 种共性高分子物质比较而言，蛋白质截
留率较低，除 pH 值为 9 时，基本在 37%以下。其
中 pH 值为 9 时，各种高分子的截留率都较高，淀
粉的截留率为 85.41%，果胶截留率为 93.62%，蛋
白质和鞣质的截留率分别为 71.08%和 81.96%。
表 4 是加入小分子药效物质后溶液的共性高分
子截留率。未预处理的溶液淀粉截留率较低，为
40.15%，果胶截留率最高，达到 99.12%，蛋白质和
鞣质的截留率分别为 80.15%和 84.51%。经过不同
膜
通
量
/
(L
·m
−2
·h
−1
)
600

500

400

300

200
未预处理
pH 6.5
pH 9
调离子强度
减压抽滤
絮凝
1 5 9 13 17 21 25
t / min
未预处理
pH 6.5
pH 9
调离子强度
减压抽滤
絮凝
450
350
250
150
膜
通
量
/
(L
·m
−2
·h
−1
)
1 5 9 13 17 21
t / min
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表 3 不同预处理共性高分子模拟溶液的高分子物质截留率
Table 3 Removal rates of common polymers in different
pretreated common polymers simulation solution
截留率 / % 处 理
淀粉 果胶 蛋白质 鞣质
未预处理 68.37 92.23 28.70 53.30
pH 6.5 59.83 86.91 36.96 64.58
pH 9 85.41 93.62 71.08 81.96
调离子强度 58.06 81.24 13.18 61.79
减压抽滤 71.86 94.65 26.84 44.60
絮凝 65.62 97.93 36.29 68.67

表 4 不同预处理共性高分子＋小分子药效物质模拟溶液的
高分子物质截留率
Table 4 Removal rates of common polymers in different
pretreated common polymers simulation solution
of common polymers + index components
截留率 / % 处 理
淀粉 果胶 蛋白质 鞣质
未预处理 40.15 99.12 80.15 84.51
pH 6.5 64.53 99.78 97.93 82.58
pH 9 64.27 92.49 92.08 99.59
调离子强度 49.27 92.19 94.88 82.67
减压抽滤 46.88 99.89 93.97 89.36
絮凝 56.32 96.99 79.24 76.91

的预处理后，还是以果胶的截留率最高，全部达到
92%以上，然后依次为蛋白质截留率和鞣质截留率，
淀粉的截留率较低，基本在 65%以下。总体上分析，
絮凝后溶液的共性高分子截留率较低，而调节 pH
时的截留率较高。
对比表 3、4 可知，加入小分子药效物质前后，
果胶的截留率都很高，尤其是加入小分子药效物质
后更高，截留率都达到 92%以上；而蛋白质和鞣质
的截留率在加入小分子药效物质后都有不同程度的
提高，特别是蛋白质的截留率提高较为明显，其原
因可能是鞣质与小檗碱产生沉淀有利于鞣质的截
留，同时鞣质也会与蛋白质类物质相互作用而产生
沉淀，鞣质、蛋白质与小檗碱之间的相互作用有利
于增大高分子的截留率；另外，小分子药效物质的
存在使得溶液的 pH 值进一步降低，在酸性条件下
有利于蛋白质变性而析出，从而增大蛋白质的截留
率。淀粉在加入小分子药效物质后截留率略有降低，
可能是溶液的 pH 值更低，淀粉在酸性环境下被水
解而易于透过膜。
共性高分子溶液的小分子药效物质透过率见表
5。未预处理溶液的小檗碱和栀子苷透过率分别为
75.39%和 79.53%。不同预处理之后小檗碱的透过率
较低，小檗碱与鞣质产生沉淀而被截留是透过率低
的因素之一，尤其是调节 pH 值为 9 时仅为 36.22%，
除调节离子强度时较高；栀子苷透过率较高，除絮
凝外栀子苷均高于 72%，尤其是 pH 值为 6.5 和减
压抽滤时分别为 94.93%和 83.99%。总体上絮凝时
小分子药效物质透过率较低，而调节离子强度时相
对较高。

表 5 不同预处理共性高分子＋小分子药效物质模拟溶液的
小分子药效物质透过率
Table 5 Transmittance of index components in different
pretreated common polymers simulation solution
of common polymers + index components
透过率 / % 处 理
小檗碱 栀子苷
未预处理 75.39 79.53
pH 6.5 52.95 94.93
pH 9 36.22 77.11
调离子强度 73.87 72.49
减压抽滤 51.28 83.99
絮凝 59.29 61.65

2.5.3 不同预处理对综合模拟体系阻力分布的影响
由图 3 可知，共性高分子溶液在膜分离过程中，膜
堵塞阻力所占比例最高，均达到 47%以上，是造成
膜污染的主要因素，然后为膜自身阻力和膜表面沉
积阻力，浓差极化阻力比例最低。未处理溶液的总
阻力为 2.02¯1012 m−1，表面沉积阻力和膜堵塞阻力
较高，减压抽滤除去了大颗粒物质，剩下的小颗粒
物质使得膜孔堵塞严重，膜堵塞阻力达到 91%，此
时的总阻力也高于未处理溶液，因此膜通量改善不
明显。调节离子强度时表面沉积阻力降低了一半，
膜总阻力为 1.76¯1012 m−1，膜通量在初期较为理
想，随着膜孔堵塞，稳定膜通量逐渐降低。
pH 值为 6.5 时，表面沉积阻力更低，膜堵塞也
更严重，所以尽管其有着较为理想的初始通量，稳
定时的膜通量也不高。絮凝后表面沉积阻力降低了
2/3，膜堵塞阻力略有增加，膜总阻力降为 1.66¯1012
m−1，因此膜通量较大。pH 值为 9 时，膜阻力主要为
膜自身阻力和膜堵塞阻力，相对而言膜堵塞阻力不
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图 3 不同预处理共性高分子模拟溶液的阻力分布
Fig. 3 Resistance distribution of different pretreated
common polymers simulation solution

大，膜总阻力仅为 1.11¯1012 m−1，因此膜通量最大。
图 4 是加入小分子药效物质后共性高分子溶液
的阻力分布，膜堵塞阻力所占比例仍然较高。絮凝
后溶液的各部分阻力与未预处理溶液相似，浓差极
化阻力更高，总阻力也由 2.35¯1012 m−1 升至
2.52¯1012 m−1，所以膜通量更低。减压抽滤和调离
子强度的阻力分布相似，膜堵塞阻力比例都很高，
分别为 89%和 90%，由于膜孔堵塞严重使得膜总阻
力非常大，膜起始通量较大，但膜孔不断堵塞，稳
定时的膜通量只是略有提高。而 pH 值为 9 时，膜
堵塞阻力最低，表面沉积阻力略大，此时膜总阻力
为 1.24¯1012 m−1，因此膜通量下降较缓慢，5 min
以后已经基本稳定。pH 值为 6.5 时，膜堵塞阻力为
80%，低于减压抽滤和调离子强度的溶液，而表面
沉积阻力由 27%降为 3%，所以膜起始通量尽管不
是最大，但较稳定，稳定时的膜通量也为最大。




图 4 不同预处理共性高分子＋小分子药效物质溶液的
阻力分布
Fig. 4 Resistance distribution of different pretreated solutions
of common polymers + index components

对比图 3、4 可知，膜过程中膜堵塞阻力的比例
始终较高，浓差极化阻力在加入小分子药效物质后
有所增大，而膜自身阻力有所下降，表面沉积阻力
在不同溶液环境下变化也不同。共性高分子综合模
拟体系的膜过程总阻力高于单个高分子模拟体系，
但膜堵塞阻力的比例都较高。
为进一步从机制上进行分析，本课题组使用
LM10 纳米粒度分析仪对共性高分子溶液和共性高
分子＋小分子药效物质溶液进行测试，结果分别见
图 5、6。通过图 5 可以看到，高分子综合模拟溶液
的粒径分布范围在 10～630 nm，其中 200 nm 以下
的颗粒为 45%左右，130～350 nm 的颗粒占到将近
75%，平均粒径为 218 nm，溶液中颗粒粒径分布与
膜的孔径分布正好交叉覆盖，此时极易发生膜孔堵
塞，而个别粒径特别大的颗粒会将膜孔完全堵死，
使得其他颗粒物质不能透过而在膜表面沉积。而加
入小分子药效物质后（图 6），溶液的粒径分布范围
主要在 10～410 nm，粒径分布明显向小的方向偏
移，90%以上的颗粒低于 200 nm，小颗粒物质可能
在膜孔内吸附，使得膜堵塞阻力较高。



图 5 共性高分子模拟溶液的粒径分布
Fig. 5 Particle size distribution of common
polymers simulation solution



图 6 共性高分子＋小分子药效物质溶液的粒径分布
Fig. 6 Particle size distribution of common polymers +
index components solution

3 讨论
膜污染是一直困扰着中药提取液膜过程应用的
重要因素，然而由于中药水提液的复杂性，对于可
以有效防止膜污染、提高膜通量和有效成分转移率
的中药水提液的预处理缺乏系统的研究。本实验采
0 100 200 300 400 500 600
粒径 / nm
0 100 200 300 400
粒径 / nm
膜自身阻力
表面沉积阻力
膜堵塞阻力
浓差极化阻力
100
80
60
40
20
0 未预
处理
pH
6.5
pH
9.0
调离子
强度
减压
抽滤
絮凝
100
80
60
40
20
0
膜自身阻力
表面沉积阻力
膜堵塞阻力
浓差极化阻力
未预
处理
调离子
强度
pH
6.5
pH
9.0
减压
抽滤
絮凝
阻
力
分
布
/
%

阻
力
分
布
/
%

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用系统模拟的方法，根据中药水提液中共性高分子
物质的量和主要药效物质分别建立模拟体系，以多
学科研究手段对溶液环境对于中药水提液陶瓷膜微
滤过程的影响进行系统研究，研究发现：（1）对于
共性高分子模拟体系，采用调节 pH 值和絮凝的预
处理方式，膜通量的改善效果较明显；加入小分子
药效物质后，絮凝时溶液的膜通量最低，其他预处
理后的溶液膜通量变化都有不同程度提高，其中以
调节 pH 值时的膜通量最高。（2）不同预处理后的
溶液通过 0.2 μm 的 ZrO2 陶瓷膜后的果胶截留率都
较高，基本达到 90%以上；加入小分子药效物质后，
鞣质、蛋白质与小檗碱之间的相互作用，使得蛋白
质和鞣质的截留率有一定程度提高，截留率基本达
到 80%以上；淀粉截留率基本维持在 45%～65%。
由于小檗碱与鞣质产生沉淀，小檗碱的透过率相对
较低，基本在 50%～75%，其中 pH 值为 9 时小檗
碱透过率较低；栀子苷的透过率在 pH 值为 6.5 时最
高，达到 94.93%，而絮凝后透过率最低，为 61.65%；
综合 2 种小分子药效物质的透过率，以调节离子强
度和调 pH 值为 6.5 时较高。（3）共性高分子综合模
拟体系在陶瓷膜微滤过程中，膜污染的因素主要集
中于膜堵塞阻力，膜表面沉积阻力次之，浓差极化
阻力影响较弱。通过预处理降低膜堵塞阻力和膜表
面沉积阻力是提高膜通量的关键。（4）综合考察膜
通量、共性高分子物质的截留率、小檗碱和栀子苷
的透过率等因素，以调节 pH 值为 6.5 和调节离子强
度时的预处理效果较为理想。pH 值为 6.5 时膜稳定
通量为 345.6 L/(m2·h)，共性高分子物质截留率较高，
小檗碱和栀子苷的透过率分别为 52.95%和 94.93%；
而调节离子强度时，膜稳定通量略低，为 266.4
L/(m2·h)，共性高分子物质截留率也较高，并可获得
更高的小檗碱和栀子苷的透过率，分别为 73.87%和
72.49%。
本研究通过配制模拟溶液的方法对黄连解毒汤
工艺进行优化，结果表明合适的预处理方法可有效
地提高膜通量和有效成分转移率，由于面对的模拟
体系比中药水提液简单，也可获得一些潜在信息和
隐藏的机制；但同时，中药水提液是一个复杂巨系
统，针对模拟溶液所设计的预处理方法是否可较好
的适用于中药水提液的膜过程预处理还有待于进一
步研究论证。
参考文献
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