全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 42 卷 第 9 期 2011 年 9 月 ·1728·
连续泡沫分离法纯化无患子总皂苷的研究
魏凤玉*，方 菊，张 静，方 春
合肥工业大学化工学院，安徽 合肥 230009
摘 要：目的 采用连续泡沫分离法纯化无患子总皂苷，确定泡沫分离最佳工艺条件。方法 采用正交试验法与分光光度法，
以无患子总皂苷富集比、收率和质量分数为评价指标，确定泡沫分离的最佳工艺条件。结果 连续泡沫法分离无患子总皂苷
的最佳工艺条件为：进料液中无患子总皂苷质量浓度为 20 mg/L，pH 值为 4.40，进料口高度为 40 cm，气体体积流量为 0.6
L/min，进料液体积流量为 35 mL/min；通过连续泡沫分离法纯化得到无患子总皂苷，收率为 23.64%、质量分数为 90.27%。
结论 连续式泡沫分离法纯化无患子总皂苷具有操作简单、能耗低等优点，可工业化应用。
关键词：无患子总皂苷；连续式泡沫分离；正交试验；纯化；分光光度法
中图分类号：R284.2；R286.02 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2011)09 - 1728 - 04
Purification of total saponins in Sapindus mukorossi by continuous foam separation
WEI Feng-yu, FANG Ju, ZHANG Jing, FANG Chun
School of Chemical Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China
Abstract: Objective The continuous foam separation was adopted to optimize the process conditions for separation of tatal saponins
in Sapindus mukorossi. Methods Orthogonal test and spectrophotometry were employed to determine the optimum conditions of
foam separation using the enrichment ratio, yield, and purity of total saponins in S. mukorossi as evaluating indexes. Results The best
condition of the process was as follows: gas flow rate of 0.6 L/min, feed height of 40 cm, liquid flow rate of 35 mL/min with initial feed
total saponins in S. mukorossi at concentration of 20 mg/L with pH 4.40. Conclusion The yield and purity of the isolated total
saponins in S. mukorossi were 23.64% and 90.27%, respectively. The continuous foam separation could conduct in relatively simple
equipment, low energy consuming and provide the possibility to future industrial applications.
Key words: total saponins in Sapindus mukorossi Gaertn.; continuous foam separation; orthogonal test; purification; spectrophotometry

无患子 Sapindus mukorossi Gaertn.主产于东南
亚各国，我国的长江流域、南部各省及海南均有栽
培[1]。无患子的主要成分为无患子总皂苷，是天然
的表面活性剂，并具有杀菌、消炎等功效[2-3]，最近
又发现其能够降低肾性高血压大鼠血压[4]，具有较
高的应用价值。无患子总皂苷的分离方法主要有正
丁醇萃取法[1]、微波萃取法[5]、大孔树脂吸附法[6]、
超滤法[7]等。萃取法溶剂用量大、所得产品纯度不
高；微波萃取技术设备成本较高，难于工业化生产；
大孔吸附树脂技术存在工艺复杂、溶剂耗量大的缺
点；超滤分离时易出现膜阻塞现象。泡沫分离技术
是近几十年来发展的一种新型分离技术，具有工艺
简单、选择性高等特点，特别适用于低浓度表面活
性物质的分离富集，已被广泛用于废水处理、冶金
工业和食品工业等[8]。近年来泡沫分离技术开始用
于中药有效成分的提取、分离[9-10]。修志龙等[11]采
用泡沫分离法分离人参皂苷，考察了气体体积流量、
pH 值、进料质量浓度，进料量及通气类型等对泡沫
分离效果的影响；苏艳桃等[12]利用泡沫分离法分级
分离甘草皂苷；Lambert 等[13]研究了泡沫分离法分
离 β-葡糖酸和纤维素酶。本实验采用连续式泡沫法
分离无患子总皂苷，探讨了泡沫分离操作方式及各
操作参数对分离效果的影响，确定一套高效、温和、
环保、节能的分离工艺，为天然无患子总皂苷的开
发应用提供基础。
1 仪器及材料
722P—可见分光光度计（上海光谱仪器有限责
任公司）；HH 型数显恒温水浴锅（金坛市金城国胜

收稿日期：2010-11-11
基金项目：安徽高校省级自然科学研究重点项目（KJ2009A002）；合肥工业大学研究生创新基金项目（XS08042）
作者简介：魏凤玉（1963—），女，江苏靖江人，博士，教授，研究方向为化工传质与分离。Tel: (0551)2901093 E-mail: weifyliuj@yahoo.com.cn
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实验仪器厂）；无患子果皮（安徽省肥东县）经笔者
鉴定为无患子科无患子 Sapindus mukorossi Gaertn.
的干燥果皮；Agilent 1100 型高效液相色谱仪（美国
安捷伦科技公司）。无患子总皂苷对照品（自制），无
患子水提液经大孔树脂吸附分离，硅胶柱色谱反复
分离，产物为各种无患子皂苷的混合物，其质量分
数采用 HPLC 法测定，Symmetry C18 柱（250 mm×
4.6 mm，0.5 μm），检测波长 205 nm，流动相为甲
醇-水（54∶46），体积流量 1 mL/min，以常春藤皂
苷计，无患子总皂苷对照品的质量分数为 96%。其
余试剂均为分析纯。
2 方法与结果
2.1 泡沫分离装置
连续式泡沫分离的实验装置由泡沫分离塔、供
气系统、进料系统、出料系统和泡沫收集器组成。
泡沫分离塔的内径为 68.5 mm，有效高度为 70 cm，
中间设置若干个进料口和取样口。一定质量浓度无
患子总皂苷的水提液由蠕动泵送入分离塔，空气由
压缩泵经进气管分散到溶液中。塔底溶液通过转子
流量计控制以一定的体积流量流出，泡沫相经泡沫
分离塔顶溢出并进入收集器。
2.2 评价指标
以无患子总皂苷的富集比（E）、收率（η）和质
量分数（p）来评价泡沫分离的效果。计算公式如下：
E＝CD/Cf （1）
η＝CDVD/Cf Vf （2）
p＝CDVD/m （3）
CD为泡沫液中无患子总皂苷的质量浓度（mg/mL），Cf为进
料液中无患子总皂苷的质量浓度（mg/mL），VD为泡沫液的
体积（mL），Vf为进料液的体积（mL），m 为泡沫液中固含
物的质量（mg）
泡沫液中固含物质量（m）的测定：移取体积
为 V 的无患子总皂苷泡沫液，置于已恒定质量的蒸
发皿中（质量 m1），水浴挥干，再置于烘箱中烘干，
称其质量为 m2，则 m 的计算公式如下：
m＝（m2－m1）VD/V （4）
2.3 无患子总皂苷的测定[14]
2.3.1 标准曲线的绘制 精确称取 10.0 mg 无患子
总皂苷对照品，置于 10 mL 量瓶中，加甲醇溶解并
定容。用微量进样器抽取 50、100、150、200、250、
300 μL 对照品溶液于具塞磨口试管中，挥干，加入
5%香草醛-冰醋酸溶液 0.4 mL 和高氯酸 1.4 mL，放
入 70 ℃恒温水浴锅中加热 20 min，然后冰水浴
3 min。取出后，加 10 mL 冰醋酸，摇匀，在 478 nm
处测定无患子总皂苷吸光度（A）值。试剂空白为
参比液，绘制标准曲线，得 A 值与质量浓度（C）
的回归方程 A＝0.001 91 C，r＝0.999 46，表明无患
子总皂苷在 5～30 mg/L 呈良好的线性关系。
2.3.2 无患子总皂苷溶液的制备 准确称取烘干粉
碎后的无患子粉末 200 g，按固液比 1∶5 加入水，
在 55 ℃热回流下浸提 3 次，时间分别为 3、2.5、2 h，
合并提取液。经絮凝除杂后滤过，取上清液作为待
处理的原料液，其总皂苷的质量分数为 23.14%。
2.3.3 样品测定 用微量进样器准确抽取 100 μL
无患子总皂苷溶液于磨口试管中，水浴挥干溶剂，
其他操作同“2.3.1”项，测定 A 值，由标准曲线可
求得溶液中无患子总皂苷的质量浓度。
2.4 操作方式的确定
泡沫分离操作方式一般分为间歇式和连续式两
类，连续式又可分为简单塔（塔底部加料）、提馏塔
I（塔中部加料）和提馏塔 II（塔顶部加料）3 种。
本实验在进料液质量浓度为 29.62 mg/L、pH 值为
7.00、气体体积流量 1.0 L/min、进料液体积流量
25 mL/min、液面高度 40 cm、分离时间 1.5 h 的操
作条件下，比较了间歇式、塔釜液通过进料口返回
塔中的半间歇式、简单塔、提馏塔 I、提馏塔 II 不
同操作方式对泡沫分离效果的影响，结果见表 1。
间歇法分离无患子总皂苷质量浓度较低，中部进料
的连续式（提馏塔Ⅰ）的分离效果较其他方法好。
这是因为在不改变液相高度和泡沫层高度的同时，
延长了气液传质时间，吸附量增大，η 升高。但同
时延缓了泡沫的排液，E 有所下降。此外，连续式
操作较间歇式稳定，分离的总皂苷质量浓度较高。
因此，以下实验均采用中部进料的方式进行连续式
泡沫分离。

表 1 不同操作方式对泡沫法分离无患子总皂苷的影响
Table 1 Effects of operation procedures on isolation
of saponins in S. mukorossi by continuous
foam separation
操作方式 E η/% p/%
间歇式 193.7 22.35 77.35
半间歇式 143.7 23.42 82.56
提馏塔 I 129.6 27.55 87.78
提馏塔 II 115.4 22.62 85.63
简单塔 179.6 13.48 83.74
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2.5 正交试验
由泡沫分离的原理可知，进料液中无患子总皂
苷的质量浓度、溶液 pH 值、气体体积流量和溶液
体积流量会影响泡沫的稳定性、气液相界面及泡沫
的浮生速度，进料口高度的变化影响气液的传质时
间。同时单因素试验结果表明，进料液中总皂苷质
量浓度、气体体积流量、进料液体积流量、进料口
高度以及进料液 pH 值对泡沫分离的效果有较大影
响。无患子总皂苷的 η 随着进料液质量浓度的增大
而升高，当到达临界胶束质量浓度 30 mg/L 时，无
患子总皂苷的表面吸附达到饱和，η 降低；随着气
体体积流量和进料液体积流量的增大，无患子总皂
苷的 E 均表现出下降的趋势且 η 逐渐升高；进料口
高度的增大利于皂苷的富集，但当高度达到 40 cm
时 η 呈下降趋势；进料液 pH 值的变化对泡沫分离
的效果影响显著，在进料液原始 pH 4.40 附近出现 η
最大、E 最小的现象。故本实验选取进料液质量浓
度（A）、气体体积流量（B）、进料液体积流量（C）、
进料口高度（D）及进料液 pH 值（E）5 个因素进
行正交试验，相应的因素水平见表 2。采用综合评
分法，以无患子总皂苷的 E、η 及 p 为评价指标；
由于本试验分离的主要目的是对无患子总皂苷进行
提纯，故综合评分中以产品的 η 及 p 为主要评价指
标，因此定义综合评分＝0.1 E＋0.4 η＋0.5 p[15]。正
交试验设计及结果见表 3，方差分析见表 4。

表 2 因素与水平
Table 2 Factors and levels
因 素 水平
A/(mg·L−1) B/(L·min−1) C/(mL·min−1) D/cm E
1 20 0.6 25 30 4.00
2 30 0.8 35 40 4.40
3 40 1.0 45 50 6.00

从极差分析和方差分析结果来看，各因素对泡
沫分离效果影响的主次关系为：A＞D＞E＞B＞C，
即进料液质量浓度对泡沫分离效果的影响最大，具
有极显著影响（P＜0.01）。这是由于无患子总皂苷
为表面活性物质，其质量浓度会影响总皂苷在泡沫
表面的吸附效果，进而影响总皂苷溶液的起泡能力
和形成泡沫的稳定性。以综合评分为指标，可得到
连续式泡沫分离的最佳工艺条件为 A1B1C2D2E2，即
进料液质量浓度为 20 mg/L，气体体积流量为 0.6
L/min，进料液体积流量为 35 mL/min，进料口高度
表 3 正交试验设计及结果
Table 3 Design and results of orthogonal test
试验号 A B C D E 综合评分
1 1 1 1 1 1 88.0
2 1 2 2 2 2 109.7
3 1 3 3 3 3 76.1
4 2 1 2 2 3 72.0
5 2 2 3 3 1 58.1
6 2 3 1 1 2 73.6
7 3 1 1 3 2 55.7
8 3 2 2 1 3 61.1
9 3 3 3 2 1 55.7
10 1 1 3 2 2 88.9
11 1 2 1 3 3 77.2
12 1 3 2 1 1 78.5
13 2 1 3 1 3 71.2
14 2 2 1 2 1 67.6
15 2 3 2 3 2 57.0
16 3 1 2 3 1 59.0
17 3 2 3 2 2 60.8
18 3 3 1 1 3 61.1
K1 518.4 434.8 423.2 433.5 406.9
K2 399.5 434.5 437.3 454.7 445.7
K3 353.4 402.0 410.8 383.1 418.7
R 165.0 32.8 26.5 71.6 38.8

表 4 方差分析
Table 4 Analysis of variance
因 素 偏差平方和 自由度 F 值 显著性
A 2 411.864 2 27.343 P＜0.01
B 118.593 2 1.344
C 59.203 2 0.671
D 453.787 2 5.145
E 133.017 2 1.508
误 差 128.386 2 1.456
F0.01（2，4）＝18.000 F0.05（2，4）＝6.940

为 40 cm，进料液 pH 值为 4.40。此时，无患子总皂
苷的 E 高达 591.166，η 为 23.64%，p 为 90.27%、
较原料液纯度提高了 3 倍。
2.6 泡沫分离法与其他分离方法的比较
在 25 ℃下，分别将 pH 值为 4.40 的无患子总
皂苷水提液通过截留相对分子质量为 6 000 的超
滤膜分离纯化[7]、采用 AB-8 型大孔树脂吸附分离[6]
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以及采用最佳泡沫分离条件分离，比较 3 种方法的
分离效果，结果见表 5。可以看出，泡沫分离所得
无患子总皂苷的 p 较高，与大孔树脂吸附分离相近，
但明显高于超滤法；产品 η 略低于超滤分离法，但
较大孔树脂吸附分离大大提高。

表 5 泡沫分离与其他分离方法的比较 (n＝3)
Table 5 Comparison of foam separation with other
separation methods (n = 3)
分离方法 η/% p/%
超滤 30.00 72.42
大孔树脂吸附 5.00 91.30
连续式泡沫 23.64 90.27

3 讨论
本实验结果表明，泡沫分离工艺所得到产品质
量分数高，与大孔树脂吸附分离和超滤法相比，具
有操作简单、不使用有机溶剂等优点，但产品收率
偏低、仅为 23.64%。有文献报道泡沫法分离产品收
率不高，如兰洁等[16]在采用间歇式泡沫分离法纯化
重楼皂苷时，产品的收率为 42.1%；Ma 等[17]采用
间歇泡沫分离法纯化甘草皂苷的产品收率为
30.2%。这主要是由于泡沫分离的传质过程是表面
活性物质在气泡表面与液相之间进行的，泡沫的稳
定性是分离好坏的关键。分离过程中，泡沫易发生
聚并、破裂等现象，从而导致产品的收率偏低。
根据正交试验结果，无患子总皂苷的最佳进料
液质量浓度为 20 mg/L，说明泡沫分离较适用于低
质量浓度物质的分离。这是因为当总皂苷质量浓度
超过临界胶束质量浓度时，总皂苷在泡沫的表面吸
附达饱和，多余的总皂苷分子开始在溶液内部形成
“胶束”，分离效果将减弱。因此，可将泡沫分离技
术与其他分离技术联用，从而达到产品分离质量分
数与收率均较高目的[18]。
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