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无机陶瓷膜微滤耦合超声澄清痹通药酒提取液的研究
潘林梅,黄敏燕, 郭立玮*
(南京中医药大学 复方分离工程实验室,江苏 南京 210029)
摘 要:目的 研究无机陶瓷膜微滤耦合超声技术在痹通药酒澄清过滤中的应用。方法 以膜渗透通量、膜污染
阻力分布等为指标,考察间歇超声、连续超声与未耦合超声在痹通药酒澄清滤过中的差异, 进而对操作条件进行优
化研究。结果 连续超声可显著增强膜的渗透性能,渗透通量高达 173 L / ( m2 h) ,通量提高率 31 6% , 同时还能
有效降低膜污染阻力,尤其对膜表面沉积层, 降幅达 50%以上。一定范围内, 超声对膜过程的强化与操作压力呈正
比,与操作温度呈反比。结论 陶瓷膜微滤过程耦合超声技术是一种安全有效的膜分离手段。
关键词:痹通药酒; 无机陶瓷膜微滤;超声; 耦合
中图分类号: R286 02 文献标识码: A 文章编号: 02532670( 2010) 10163104
Inorganic ceramic membrane microfiltration process coupled with ultrasonic clarification
in extracting solution of Bitong medicinal liquor
PAN Linmei, HUANG Minyan, GU O Liwei
( L abor ator y of Separation Eng ineering for Chinese M edicine Compound, Nanjing Univer sity
o f T radit ional Chinese Medicine, Nanjing 210029, China)
Abstract: Objective T o study the applicat ion of inorganic ceramic membrane microf ilt rat ion coupled
w ith ult rasonic in the pro cess o f refining Bitong medicinal liquor Methods Using f lux and membrane
fouling r esistance dist ribut ion as index , the dif ferences of interm ittent ult rasound, cont inuous ult rasound,
and noncoupled ult rasound in the clarify w ith Bitong liquor w ere studied Results Continuous ultr asound
could significant ly enhance the membrane permeability, permeat ion flux as high as 173 L/ ( m
2 h) ,
increase the r ate of f lux 31 6% , reduce membrane fouling resistance effect ively, particularly, deposit ion
on the membrane surface lay er, and decr ease more than 50%Within a cer tain range, the enhance effect of
ult rasound on the membrane pr ocess had a po sit iv e co rrelaton against operat ing pressure and a negat ive
cor relat ion against the oper at ing temper ature Conclusion Cer am ic membr ane microf iltr at ion w ith online
coupling w ith ult rasonic technique is a safe and ef fective mean o f membrane separat ion
Key words: Bitong medicinal liquo r; ceram ic membrane m icrof ilt ration; ult rasound; coupling
痹通药酒为收载于!部颁标准∀中药成方制剂第 十九册的品种,由制草乌、当归、丁香、高良姜 4味药
1631 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41 卷第 10 期 2010 年 10月
收稿日期: 20100118 基金项目:国家科技部# 十一五∃支撑项目( 2006BAI06A0404)作者简介:潘林梅( 1971 % ) ,女,江苏扬州人,副研究员,博士,研究方向:药剂学、中药制备高新技术。
T el : ( 025) 86798188 Email: linmeip@ yahoo com cn
组成[ 1] ,具有通痹清络之功效。采用传统的低温静
置、加澄清剂等手段精制澄清药酒不仅效率很低, 而
且澄清剂易吸附凝聚有效成分, 从而造成不同程度
的损失。无机陶瓷膜分离技术是根据有效成分分子
量进行#集群筛选∃[ 23] ,它属于纯物理分离,无相变,
有利于保留生物活性物质, 因而其对中药药酒的澄
清精制具有显著的实用价值。然而,将无机陶瓷膜
用于痹通药酒澄清精制时应重点考虑如何有效解决
膜的污染堵塞。超声波作为一种强化过程的手段,
其产生的超声空化效应在陶瓷膜微滤过程中既促进
液流与颗粒的宏观运动, 又克服了物质与膜之间的
作用力,从而有效地减缓浓差极化现象、滤饼层的形
成,以及溶质的吸附和膜孔的堵塞[ 45] 。为此, 本实
验考察了超声强化陶瓷膜微滤痹通药酒的过程, 优
化超声方案,确定最佳超声方式以及最佳操作条件,
为该工艺的在药酒生产中的应用提供参考。
1 仪器与试药
膜及膜组件: 内压管式陶瓷微滤膜(南京工业大
学膜科学技术研究所) ,膜孔径 0 2 m,膜材质 ZrO2。
膜组件为不锈钢材质。Shimahzhulibror AEL40SM
电子天平(十万分之一)。YPSH285010L 超声发生器
(杭州成功超声设备有限公司)。
痹通药酒提取液: 本实验室自制( 0 049 9 g 生
药/ mL) ,为棕红色液体,味微甜, 微有麻舌感, 有酒
香气,含醇量 51%, 其余各定性定量指标符合部颁
制剂标准要求。
2 方法与结果
2 1 痹通药酒提取液用量:结合本实验膜组件性能
和取样均一性要求,对痹通药酒提取液的单次微滤
用量进行了预实验, 以下各微滤实验均取 6 500 mL
提取液进行考察。
2 2 微滤及耦合超声操作: 取痹通药酒提取液置于
无机陶瓷膜微滤机以错流方式进行循环微滤。具体
操作为将提取液加入原液罐中,经循环泵循环打入膜
组件中错流过滤, 渗透液由膜组件侧面出口流出,截
留液流回储槽,控制操作压力, 连续循环直到微滤结
束。实验考察间歇超声、在线连续超声与未耦合超声
的差异,测定相应的膜通量,依法操作 3次取均值。
2 3 滤过阻力的测定: 采用 DarcyPoiseuille 滤过
模型的修正式、将总阻力 D总 分为膜阻力 Dm、堵孔
阻力 D i、浓差极化阻力 D p 和表面沉积层阻力
De
[ 67]
, 依法分别测定计算。
2 4 超声方式对渗透性能的影响: 根据预实验结
果,膜微滤参数为: 平均操作压力 0 15 MPa, 膜表面
速度为 3 m/ s,温度 30 & 。超声功率恒定为 20 W。
2 4 1 不同超声方式对渗透通量的影响:分别考察
间歇超声、连续超声与未耦合超声 3种方式对膜渗透
能量的影响,结果见图 1。可知连续超声强化能显著
提高微滤通量, 其最终稳定通量达 173 L/ ( m2 h) ,
通量提高率为 31 6%。
通量提高率= (反冲后的稳定通量- 未反冲的稳定通
量) /未反冲的稳定通量
图 1 超声方式对痹通药酒微滤通量的影响
Fig 1 Inf luence of ultrasonic method on Bitong Medicinal
Liquor permeating flux
间歇超声: 开始微滤的 20 m in 内不加入超声,
之后每 20 min打开或关闭超声,实验发现在微滤前
20 m in膜通量衰减较为平缓, 当加入超声时其瞬间
通量高达 216 L/ ( m2 h) , 而之后通量有所下降。
在 60 m in后继续加入超声,此时膜通量的提高并不
显著。
这些不同超声方式对微滤效果的差异可能与超
声空化效应的双重作用有关,空化作用形成的强烈
冲击波和微射流一方面加强涡流扩散, 冲击、剥离、
侵蚀液 % 固界面, 强化膜微滤过程;另一方面该作用
力轻微扰动微孔内固体物质,使微孔内物质扩散得
到加强[ 8] 。对于本实验,当加入超声时,尽管产生了
一些微小颗粒,但由于超声波的扰动,使小颗粒不易
进入膜孔,而当超声停止时,这些微小颗粒极易被压
入膜孔造成膜孔堵塞, 此时若再加入超声作用效果
却并不显著。因此连续超声相比间歇超声更适用于
痹通药酒提取液的澄清滤过。
2 4 2 不同超声方式对膜污染阻力分布的影响:对
以上实验过程中的膜污染阻力分布情况分别进行测
定计算,结果见表 1。
总之,超声作用对于控制膜表面污染效果比较
显著。但在超声场作用下, 膜孔不同程度的被堵塞,
尤其间歇超声最为严重, 这更证实了间歇超声对渗
透通量影响的差异。因此,认为间歇超声不适合用
于本药酒实验研究体系。
2 5 微滤过程工艺参数优化
1632 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41 卷第 10 期 2010 年 10月
表 1 微滤痹通药酒的膜污染阻力分布
Table 1 Fouling resistance distribution of microfiltration
for Bitong Medicinal Liquor
阻力 未超声
1012m- 1 D/ D总
连续超声
1012m- 1 D/ D总
间歇超声
1012m- 1 D/ D总
Dm 0 371 13% 0 472 21% 0 405 15%
De 1 55 55% 0 742 33% 0 759 28%
D i 0 831 30% 0 966 43% 1 40 51%
Dp 0 043 2 2% 0 043 1 2% 0 185 7%
D总 2 79 100% 2 22 100% 2 75 100%
2 5 1 操作压力的影响:为进一步优化连续超声时
的操作条件,在考察操作压力时, 膜微滤参数为: 温
度为 30 & 。超声功率恒定为 20 W, 结果见图 2。
可知在一定范围内,超声波对通量的强化作用与压
力呈正比。在 0 10、0 15、0 20 MPa 3个操作压力
下,超声作用对膜通量的提高率分别为 18 6%、
30 2%、34 2%。但过高的压力会增加空化泡周围
的压缩力,从而使得超声波形成的空化泡数量减少,
不利于超声强化膜微滤过程。因此对于本体系
0 20 MPa较为适宜。
2 5 2 操作温度的影响:考察操作温度时膜微滤参
数为,操作压力 0 15 MPa。超声功率恒定为 20 W,
结果见图 3。可知 30、35、40 & 三个操作温度下, 超
声作用对膜通量的提高率分别为 26%、23%、16%。
由此可见, 升高温度不利于超声强化膜过程。这是
由于超声空化是超声波强化膜分离的主要原因, 但
温度较高时,空泡内的饱和蒸汽压明显增大, 从而使
超声空化效果减弱。因此,认为30 & 为本试验体系
的适宜温度。
图 2 不同压力下膜通量随时间的变化曲线
Fig 2 Changing curve of dif ferent operating pressures on
Bitong Medicinal Liquor permeating flux over time
图 3 不同操作温度下膜通量随时间的变化曲线
Fig 3 Changing curve of dif ferent operating temperatures
on Bitong Medicinal Liquor permeating f lux
over time
2 6 最优工艺验证:依据上述工艺筛选结果,各取
痹通药酒提取液 6 500 mL, 置膜件进行微滤, 平均
操作压力 0 2 MPa, 膜表面速度为 3 m/ s, 温度
30 & 。超声功率恒定为 20 W,进行 3批工艺验证试
验,结果见表 2。
表 2 最佳工艺条件验证结果
Table 2 Verif ication under optimum conditions
超声
方式
压力/
MPa
温度/
&
通量/
( L m- 2 h- 1)
污染阻力/ ( 1012m- 1)
Dm De D i Dp D总
连续超声 0 2 30 172 6 0 425 0746 0 912 0 043 1 213
连续超声 0 2 30 173 3 0 471 0799 0 892 0 039 9 220
连续超声 0 2 30 172 9 0 419 0758 0 909 0 042 6 216
3 讨论
研究发现, 一定范围内,超声波对膜渗透过程的
强化作用与操作压力呈正比、与操作温度呈反比。
对于本研究体系, 较适宜的操作压力为 0 20 MPa,
温度为 30 & 左右。
采用在线耦合连续超声技术,系以物理的方法在
错流过滤同时改善无机膜表面的流体学条件,结果显
示,该技术能显著强化陶瓷膜微滤痹通药酒提取液的
膜过程:其最终的稳定通量高达 173 L/ ( m2 h) , 通
量提高率达 316%。膜污染总阻力呈下降趋势,其中
表面沉积层阻力下降最为显著, 降幅达 50%以上,有
效减少了滤饼沉积层,降低了膜污染。
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微柱离心HPLC法测定鬼臼毒素醇质体的包封率研究
于燕燕, 赵继会,冯年平* ,翁海挺,张永太
(上海中医药大学中药学院, 上海 201203)
摘 要:目的 建立鬼臼毒素醇质体包封率的测定方法。方法 采用葡聚糖凝胶微柱离心法分离醇质体与游离药
物;用 H PLC 法测定醇质体中鬼臼毒素, 计算包封率。结果 在本法选择的色谱条件下, 鬼臼毒素得到良好的分
离,辅料不干扰测定, 鬼臼毒素在 2 5~ 101 1 g/ mL( r= 0 999 9)线性关系良好。微柱离心法能有效的将鬼臼毒
素醇质体与游离药物分离,用该方法测得鬼臼毒素醇质体的包封率为 51 03% , RSD 为 1 24% ( n= 3)。结论 建
立了微柱离心HPLC法 ,该方法便捷, 准确,重现性好, 可用于测定鬼臼毒素醇质体的包封率。
关键词:鬼臼毒素; 醇质体;微柱离心; 包封率
中图分类号: R286 02 文献标识码: A 文章编号: 02532670( 2010) 10163404
Entrapment efficiency of podophyllotoxinencapsulated ethosome
by minicolumn centrifugationHPLC
YU Yanyan, ZHAO Jihui, FENG N ianping , WENG H aiting, ZHANG Yongtai
( Co llgeg of Chinese Mat eria Medica, Shanghai Univ ersity of T raditional Chinese Medicine, Shanghai 201203, China)
Abstract: Objective To establish a method for determining the entrapment ef f iciency of podophyllo
to xin in etho somes Methods Glucose gel m inico lumn centrifug ation w as employed to separ ate the free
drug fr om the etho somes The content of podophyllo to xin w as quant if ied by HPLC Results In the cur
r ent chromatog raph condition, the excipient had no inf luence on the determ inat ion o f podophyllo to xin The
assay w as linear during the podophy llotox in concentrat ion range of 2 5- 101 1 g / mL ( r= 0 999 9) The
ethosomes w ere well separated using the method o f minicolumn centrifugat ion T he entrapment ef f iciency
of podophyllo to xinencapsulated ethosomes w as 51 03% , w ith RSD 1 24% ( n= 3) Conclusion The es
tablished m inico lumn centr ifugat ionHPLC method is simple, accurate, reproducible, and applicable fo r
the determination of ent rapment ef ficiency of podophyllo to xinencapsulated ethosomes
Key words: podophyllo to xin; ethosomes; minicolumn centrifugat ion; entr apment ef f iciency
鬼臼毒素是从小檗科植物桃儿七、八角莲或六
角莲的根及根茎中提取分离得到的木脂素类化合
物[ 1] , 它是世界卫生组织 ( WHO )推荐使用治疗尖
锐湿疣( CA)的一线药物,主要作用机制是通过其细
胞毒作用使受人类乳头瘤( HPV)感染的细胞死亡,
常用的是 0 5%鬼臼毒素酊剂。鬼臼毒素酊剂虽然
能去除肉眼可见的病变, 但过量大面积的使用会产
生严重的毒副作用,因此寻找低毒的鬼臼毒素衍生
物已成为现代抗肿瘤药物研究的热点[ 2]。通过脂质
体包封虽然能够减少不良反应, 但是其作用也仅限
于皮肤表层,所以难以消除皮肤深部的 HPV 潜伏
感染而导致其复发 [ 34]。醇质体( ethosomes)与普通
脂质体相比,显著提高了透皮速率、皮肤滞留量, 且
具有良好的生物相容性 [ 5]。包封率是评价醇质体质
量的重要指标[ 67]。目前常用于测定包封率的方法
有柱色谱法、渗析法、离心法等, 本实验采用微柱离
心法测定鬼臼毒素醇质体的包封率, 取得了较好的
效果。
1634 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 41 卷第 10 期 2010 年 10月
收稿日期: 20100412 基金项目:教育部新世纪优秀人才支持计划项目( NECT080898) ;上海市教委重点学科建设项目( J 50302)作者简介:于燕燕( 1982 % ) ,女,江苏滨海人,讲师,博士, 2007 % 2010年就读于上海中医药大学,现工作于上海应用技术学院,从事中药新型给药系统研究。Email: ssh nhyyy@ 163. com
* 通讯作者 冯年平 T el/ Fax: ( 021) 51322198 Em ail: n pfeng@ hotmail com