全 文 ：#制剂与质量 #
泡沫分离法用于蜣螂蛋白质分离的研究
马家骅1, 2 , 谭承佳3 ,韩 丽2 ,张艳艳2 ,李文丽2 ,杨 明2*
( 11 西南科技大学,四川 绵阳 621010; 21 成都中医药大学,四川 成都 611137; 31 绵阳师范学院,四川 绵阳 621000)
摘 要: 目的 优选蜣螂提取液中蛋白质类成分泡沫分离的最佳工艺条件。方法 采用单因素试验法, 以富集比、
回收率、泡沫液中蛋白的质量分数为评价指标,对影响泡沫分离的几个关键因素进行考察。结果 泡沫分离蜣螂
提取液蛋白类成分的较佳工艺为: 气流速度 600 mL/ min, 进料液质量浓度为含药材 01 050 g/ mL , pH 4, 进料体积
1 000 mL ,室温; 在此条件下,富集比为 11 56, 回收率为 851 6% ,泡沫液质量分数为 201 37%。结论 采用泡沫分离
法浓缩和分离蜣螂蛋白质类成分回收率较高, 能提高产品中蛋白质的质量分数, 浓缩和分离蜣螂提取液中蛋白类
物质有一定的可行性。
关键词: 蜣螂;蛋白质; 泡沫分离
中图分类号: R2841 2; R2861 06 文献标识码: A 文章编号: 0253-2670( 2009) 08-1223-03
Foam separation for protein of Catharsius molossus
MA Jia-hua
1, 2
, T AN Cheng- jia
3
, HAN Li
2
, ZHANG Yan-yan
2
, L I Wen-li
2
, YANG M ing
2
( 11 Southw est Univ ersit y of Sciene and Techno lo gy , M ianyang 621010, China; 21 Chengdu Univer sity o f T raditional
Chinese Medicine, Chengdu 611137, China; 31 Mianyang Normal Univer sity , M ianyang 621000, China)
Abstract: Objective T o optim ize the technique o f foam separ at ion from extract of Cathar sius molos-
sus1 Methods Single factor test w as used to examine the key operat ional par ameters by using enrichment
rat io, recovery rate, and protein content as the evaluat ion indexes1 Results T he best condit ions w ere as
follow : airflow velocity , feed concentrat ion, pH value, feed volume, and temper ature w er e 600 mL/ m in,
01 050 g/ mL, pH 4, 1 000 mL, and r oom temperature, respect ively1 Under the condit ion, the enrichment
rat io was 11 56, recovery rate was 851 6%, and protein content w as 201 37%1 Conclusion Foam separat ion
could be used to concentrate and separate protein f rom ex tract of C1 molossus w ith higher recovery rate and
protein content1
Key words: Cathar sius molossus L1 ; protein; fo am separat ion
蜣螂为鞘翅目金龟子科昆虫屎壳螂 Cathar sius
molossus L1 的干燥体, 又名屎壳郎、推屎爬、推车
客,具有定惊、破瘀、通便、攻毒等功效。蜣螂所含蛋
白质类成分具有抗癌、抗病毒、抗菌、抗凝血、抑制家
兔肠管及子宫痉挛等活性 [ 1~ 3]。本课题组前期研究
发现,蜣螂中所含蛋白质、多肽可能为其治疗良性前
列腺增生的主要物质基础。目前该类成分的分离方
法主要有等电点沉淀法、盐析法、有机溶剂沉淀法和
透析法等。近年来一种新型分离技术泡沫分离技术
逐步开始应用于蛋白质类成分的分离[ 4, 5] , 其具有
设备简单,操作方便,仅需要一些动力消耗,无污染,
特别适用于低浓度情况下的分离等优点, 且对于中
药皂苷、蛋白质等天然表面活性物质的浓缩分离有
一种特殊的优势:无需额外添加表面活性剂。因此,
本实验根据蛋白质类成分的表面活性, 运用自制泡
沫分离装置,对泡沫分离技术浓缩和分离蜣螂提取
液中的蛋白质类物质进行了探索。
1 仪器与试药
气体转子流量计 (苏州化工仪表有限公司) ;
LZB 型液体转子流量计(杭州鹳山仪表厂) ; ACO )
007 型空气压缩机 (浙江森森实业有限公司 ) ;
FA1104型电子天秤(上海精科天平厂) ; 气水分离
器(四川峨眉化工机械厂)。
自制泡沫分离塔(直径80 mm,高1 200 mm) ,主要
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* 收稿日期: 2008-10-12 作者简介:马家骅( 1979 ) ) ,男,甘肃靖远县人,讲师,博士,主要从事中药新制剂、新剂型、物理药剂学的研究工作。
Tel: ( 0816) 2202073 E-m ail: jiah uama@ 1631 com
* 通讯作者 杨 明
由分离柱、空气压缩机、气水分离器、流量计、泡沫分离
塔等组成,其中分离柱内径为60 mm,高1 200 mm。
蜣螂 为 鞘 翅 目 金 龟 子 科 昆 虫 屎 壳 螂
C1molossus L1 的干燥体, 购于成都五块石药材市
场,经本校杨明教授鉴定,符合部颁药材标准。
2 方法与结果
21 1 泡沫分离用提取液的制备:将药材粉碎为粗粉,
石油醚脱脂,将蜣螂水提取液离心,取上清液,即得。
21 2 泡沫分离试验方法:本研究以蜣螂提取液为分
离对象, 采用间歇式泡沫分离法。取适量蜣螂提取
液,滤过,离心,调整质量浓度至规定量,倒入分离塔
中,经塔底引入气体,富集得到的泡沫由塔顶排入贮
槽,残留液则由塔底排出。实验以回收率、富集比和
质量分数为评价指标, 检测原料液、泡沫液、残留液
中指标成分的变化。
21 3 蛋白质的测定: 照5中国药典62005 年版三部
附录Ö B蛋白质测定法之凯氏定氮法测定。取提
取液适量,分别测定总氮与非蛋白氮的量, 计算蛋白
氮的量,进而计算出蛋白质的量。
21 4 评价指标的表示: 采用富集比、回收率和质量
分数为评价指标。
富集比= 泡沫液中蛋白质质量浓度/原料液中蛋白质质
量浓度
回收率= 泡沫液中蛋白质总量/原料液中蛋白质总量 @
100%
质量分数= 溶液中蛋白质总量/溶液中固形物总量 @
100%
21 5 泡沫分离工艺条件的考察: 参考相关文献报
道,采用单因素试验法,重点考察影响间歇式泡沫分
离操作的几个重要因素: 气流速度、原料液质量浓
度、原料液 pH 值、进料体积和温度,以筛选出蜣螂
提取液的最佳泡沫分离工艺条件。
21 51 1 气流速度的考察: 在同一台设备上, 其他因
素均相同的条件下, 采用不同气流速度( 200、400、
600、800、1 000 mL/ m in) , 考察气流速度对泡沫分
离效果的影响,见图 1。
结果在气流速度很低时, 不能在液面上方形成
稳定的泡沫, 当然也就不能成功地进行泡沫分离操
作。实验表明,当气流速度低于 200 mL/ min时,形
成的泡沫不能到达溢出口就破裂,无法正常操作,结
果也有很大偏差, 故弃去 200 mL/ min 这个点。虽
增加气流速度可以提高回收率, 但是高气流速度使
泡沫排水时间减少, 液体夹带量增多导致富集比下
降,故选用综合指标较好的 600 mL/ min。
气流速度/ ( mL # min- 1)
图 1 气流速度对各指标的影响
Fig1 1 Effect of gas velocity on separation indexes
21 51 2 进料质量浓度的考察: 在同一台设备上, 在
相同气流速度 ( 600 mL/ min) , 相同进料体积 ( 500
mL) ,且不考虑 pH 值对原料液的影响的条件下, 对
不同起始质量浓度的原料液( 01 050、01 065、01 080、
01 095、01 110 g/ mL)进行考察,结果见图 2。
进料质量浓度/ ( g # mL- 1 )
图 2 进料质量浓度对各指标的影响
Fig1 2 Effect of feed concentration on separation indexes
结果随着进料质量浓度的增加,蛋白质的富集
比呈下降的趋势, 回收率却逐渐增加, 01 065 g / mL
处是个拐点, 所有的指标在 01 065 g / mL 前后有不
同的规律。01 050~ 01 065 g/ mL 时, 富集比和质量
分数会急剧下降, 而回收率在这一阶段变化不大,
但从 01 065~ 01 110 g/ mL, 回收率急剧上升,而富集
比与质量分数基本不变。综合分析,原料液质量浓度
选择在01 065 g/ mL 之前效果好,且以01 050 g/ mL 分
离效果和效率为佳。
21 51 3 pH 值的考察: 在同一台设备上, 在相同药液
质量浓度( 01050 g/ mL)、气流速度( 600 mL/ min)、进
料体积( 500 mL)条件下,采用不同 pH 值( 31 5、41 0、
510、61 0、71 0、91 0) , 考察其对泡沫分离效果的影响,
结果见图 3。结果 pH 值为41 0时,分离效果好。
21 51 4 进料体积的考察:在同一台设备上, 在相同
气流速度( 600 mL/ m in) , 相同 pH 值( pH 41 0)、原
料液起始质量浓度( 01 050 g/ mL) ,对不同进料体积
( 300、500、1 000 mL)泡沫分离效果进行考察, 结果
见图 4。
可见随着进料体积的增加, 富集比、回收率、泡
沫液中有效成分的质量分数均增加,由于该设备是
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按一次性处理量为 500~ 1 000 mL 设计的,因此,没
有考虑 1 000 mL 以上体积, 如果进料体积进一步增
加,在提高液面高度的同时, 会降低泡沫段高度,这
样,不利于泡沫的充分排液,会降低富集比和质量分
数。因此,认为进料体积为 1 000 mL 分离效果较佳。
21 51 5 温度的考察:温度也是影响泡沫分离效果的
一个重要参数,温度变化会影响溶液表面张力和表
面黏度,表面张力的变化直接影响表面活性差异,而
表面黏度的变化对泡沫稳定性等有直接影响。温度
超过50 e 时泡沫基本不稳定,无法得到稳定可排的
泡沫,而温度在室温左右,约 30 e 效果最佳,所得泡
沫稳定性好, 且蜣螂中的蛋白质类组分在气液界面
的吸附性能良好。
21 6 验证试验: 根据前面单因素试验考察结果, 选
取最佳工艺即气流速度 600 mL/ min, 进料质量浓
度为 01 050 g / mL (原料液中蛋白质的质量浓度为
11 15 mg/ mL) , pH 4,进料体积 1 000 mL (原料液
中蛋白质总量为 11 15 g ) ,室温进行鼓泡, 结果中泡
沫液中蛋白质的质量浓度为 11 79 mg / mL, 泡沫液
中蛋白质总量为 01 98 g, 泡沫液中固形物总量为
41 81 g,富集比为 11 56,回收率为 851 6% ,泡沫液中
蛋白质质量分数为 201 37%。结果与通过前面单因
素试验考察所得结果基本一致, 表明该工艺稳定可
行。可知采用泡沫分离法浓缩和分离蜣螂中的蛋白
类物质回收率较高, 富集比也较高,泡沫液中蛋白类
物质质量分数较原料液提高近 1倍。
3 讨论
蜣螂提取液中所含的蛋白质类成分是一种具有
表面活性的中药有效成分, 可通过泡沫分离使其得
到一定的分离与浓缩, 分离效果与提取液中蛋白质
浓度、pH 值、气流速度、进料体积等有关。实验表
明随着气流速度的增加, 回收率也增加,但富集比和
泡沫液质量分数都下降; 随着进料体积的增大, 富
集比、回收率、泡沫液质量分数均呈增加的趋势; 富
集比随 pH 变化不大, 但 pH 的具体影响过程尚不
清楚,有待进一步研究; 随着进料质量浓度的增大,
富集比和质量分数呈下降趋势, 而回收率却逐渐增
加。实验过程中还发现温度对泡沫分离也有较大影
响,随着温度升高, 泡沫数量增加,但同时泡沫的稳
定性降低。
因本实验尚处于实验室探索阶段, 主要考虑的
是分离效果,故未评价这些因素对分离所需时间和
效率的影响,而一种新型分离技术的推广应用,除了
具备良好的分离效果外, 决定其能否被应用到工业
生产中,主要取决于其生产效率和处理量,故在今后
的研究中将对泡沫分离的分离效果、生产效率、处理
量等进行综合评价。
参考文献:
[ 1] 王梦月,贾敏如1 我国药用昆虫的药理及临床研究进展[ J]1时
珍国医国药, 2001, 12( 10) : 937-9381
[ 2] Ahn M Y, H ahn B S, Ryu K S, e t al1 Purif icat ion and charac-
terizat ion of a serine proteas e w ith f ibrin olytic act ivity from th e
dung beet les, Cathar siu s molossus [ J]1 Th romb R es, 2003,
112( 5-6) : 339-3471
[ 3] 陈仕江,金仕勇1 昆虫类药物的研究进展[ J]1四川中医, 1992,
10( 6) : 50-511
[ 4] Bhat tacharya P, Ghosal S K, Sen K1 Ef fect of physicochemical
parameters on the separat ion of proteins [ J]1 S ep S ci T ech ,
1991, 26( 8) : 1279-12841
[ 5] 谭相伟,吴兆亮,贾永生,等1 泡沫分离技术在蛋白质多元体系
分离中的应用[ J]1化工进展, 2005, 24( 5) : 510-5131
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