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泡沫分离法分离重楼中重楼皂苷的工艺研究
兰　洁,李　锐,韩　丽, 杨　明X ,王　瑾
(成都中医药大学药学院,四川 成都　611130)
摘　要: 目的　研究泡沫分离法分离重楼皂苷的半间歇式操作工艺。方法　以富集比、回收率、纯度比为评价指标,
对操作方式、气流速度、进料浓度、pH 值、进料体积、温度进行单因素考察,研究其对泡沫分离效果的影响。结果　
在气流速度为400 mL / min,进料质量浓度约为0. 3 mg / mL , pH 7,液相高度维持在30 cm, 温度为40 ℃时,重楼皂苷
泡沫分离的富集比为25. 7,回收率为42. 1% ,泡沫液总皂苷纯度为41. 4% ,相比原料液纯度提高4. 5 倍。结论　泡沫
分离技术可较好地用于重楼中皂苷的分离。
关键词: 重楼皂苷;泡沫分离; 富集比;回收率; 纯度比
中图分类号: R286. 1　　　文献标识码: A　　　文章编号: 0253-2670( 2008) 01-0044-04
Separation of polyphyllin from Rhizoma Paridis by foam fractionation technique
LAN Jie, LI Rui, HAN Li, YANG M ing , WANG Jin
( Schoo l of Pharmacy , Chengdu Univ ersity o f T r aditiona l Chinese Medicine, Chengdu 611130, China )
Abstract: Objective　To study the pr ocess of foam fract ionat ion of po lyphy llin in semi-batch mode.
Methods　T aking enrichment rat io, recovery rate of polyphyllin, and purity rat io as the performance crite-
ria and using sing le examining method to examine the oper at ional parameters, i. e. operat ion mode, air
flow r ate, init ial feed concentrat ion, solut ion pH value, init ial feed height and temperature on separ ation
performance. T he opt imal conditions of the pro cess were obtained f inally . Results　The separat ion perfor-
mance is good when gas flow rate is 400 mL/ min, init ial feed concentr at ion ( polyphyll inøs content ) is 0. 3
mg / mL, pH value is 7, feed height is 30 cm , and feed temperatur e is 40℃. The enrichment ratio is 25. 7,
recover y rat io is 42. 1%, and the foam liquidøs pur ity o f total polyphyllin is 41. 4%, w hich is 4. 5 t imes
higher than that in feed purity. Conclusion　Foam fractionat ion technique could be applied to separate
po lyphy llin.
Key words : polyphyllin; foam fr act ionat ion; enrichment rat io ; recovery rate; purity rat io
　　重楼为百合科植物云南重楼或七叶一枝花的干
燥根茎,主要有效成分是甾体皂苷。甾体皂苷按苷元
的不同分为两类: 一类为薯蓣皂苷元( dio sgenin)的
糖苷,另一类为偏诺皂苷元( pennogenin)的糖苷,连
接的糖主要有D-葡萄糖、L -鼠李糖和L-呋喃阿拉伯
糖3种 [ 1]。重楼皂苷具备了两亲性分子结构,具有表
面活性,其水提液轻微振摇即可产生丰富的泡沫。泡
沫分离技术是根据表面吸附原理, 基于溶液中溶质
(或颗粒)间表面活性的差异, 表面活性强的物质优
先吸附于分散相与连续相的界面处, 通过鼓泡使溶
质选择性的聚集在气-液界面并借助浮力上升至溶
液主体上方形成泡沫层, 从而分离、浓缩溶质或净化
液相主体的过程 [ 2]。中药中皂苷类成分具有亲水性
的糖体和疏水性的皂苷元, 是一种优良的天然表面
活性成分, 在强烈搅拌或沸腾时就能产生稳定的泡
沫, 并且泡沫反应也是鉴别中药皂苷类成分常用的
·44· 中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs　第39卷第 1期 2008 年1 月
X 收稿日期: 2007-02-25基金项目:国家“十五”科技攻关重点项目( 2004BA721A43)作者简介:兰洁( 1982—) ,女,四川崇州人,在读硕士生,研究方向:中药新制剂和新剂型的研究。　E-m ail : jane blue77@yahoo. com . cn
* 通讯作者　杨　明　T el : ( 028) 61800456　E-mail : yangmin g16@ 126. com
定性分析方法 [ 3]。根据泡沫分离技术的原理和中药
皂苷类成分的理化性质,将此技术应用于分离、富集
中药粗提液中具有表面活性的皂苷类成分, 是对泡
沫分离技术现代应用研究的大胆延伸,也是中药领
域的一大创新。已有报道应用该技术用于人参皂
苷[ 3]、甘草皂苷[ 4]、三七皂苷[ 5]的分离。本研究以重
楼提取液为分离对象, 采用自制泡沫分离装置, 单因
素试验考察重楼皂苷的泡沫分离工艺操作方式和操
作参数, 如气流速度、进料质量浓度、pH 值、温度、
液相高度、回流速度对泡沫分离过程的影响,以筛选
最佳工艺条件。
1　仪器与材料
　　UV—1700 紫外分光光度计 (日本岛津) ;
FA 1104 型电子天秤(上海精科天平厂) ; 自制的泡
沫分离塔[ 6]。
　　薯蓣皂苷元(中国药品生物制品检定所提供,供
定量测定用, 批号1539-200001)。高氯酸、盐酸, 氢氧
化钠、正丁醇、95%乙醇均为分析纯, 水为重蒸水。
　　重楼饮片购自四川德仁堂中药饮片公司,经笔
者鉴定为七叶一枝花的干燥根茎。
2　方法与结果
2. 1　原料液的制备:重楼饮片100 g(药材中含重楼
总皂苷为2. 57%) ,加12倍量70%乙醇热回流提取3
次,每次2 h,滤除药渣,合并药液。取适量重楼提取
液,回收乙醇至无醇味,高速离心。取上清液作为待
处理的原料液(其中总皂苷的质量浓度为1. 66 mg/
mL)。
2. 2　泡沫分离操作方法: 将原料液加入分离塔中,
再从塔底通气,富集得到的泡沫由塔顶排入贮槽,而
经泡沫分离得到的残留液则由塔底排出。分别测定
原料液、泡沫液、残留液中重楼总皂苷和固性物的
量,计算回收率、富集比和质量分数以筛选出重楼总
皂苷的最佳泡沫分离工艺条件。
2. 3　评价指标的规定:以富集比、回收率和纯度比
评价泡沫分离效果
　　回收率= 泡沫液中重楼总皂苷的总质量/原料
液中重楼总皂苷的总质量×100%
　　纯度比= 泡沫液中重楼总皂苷的纯度( % ) /原
料液中重楼总皂苷纯度( % )
　　纯度= 药液中的总皂苷的质量/药液浓缩得固
形物的质量×100%
　　富集比= 泡沫液中重楼总皂苷的质量浓度/原
料液中重楼总皂苷质量浓度
　　固形物的测定:移取25或50 mL ( V )考察对象,
置于已恒重的蒸发皿中(质量为 M2 ) , 水浴挥干, 再
置于105℃烘箱中烘干,称量其质量(质量为M 1) , 计
算(M 2- M1 ) / V ,作为固形物质量浓度。
2. 4　重楼总皂苷的测定
2. 4. 1　供试品溶液的制备:分别移取原料液、分离所
得的泡沫液或者残留液10 mL, 用水饱和正丁醇萃取
4次,每次10 mL,合并萃取液,挥干溶剂,残渣用95%
乙醇溶解, 转移至25 mL 量瓶中,并加至刻度。
2. 4. 2　对照品溶液的制备:精密称取薯蓣皂苷元对照
品5 mg ,置10 mL 量瓶中,加甲醇至刻度,摇匀,即得。
2. 4. 3　标准曲线的制备: 取薯蓣皂苷元对照品约
5. 6 mg ,精密称定, 置10 mL 量瓶中, 用甲醇溶解定
容,摇匀得对照品溶液。精密吸取对照品溶液50、75、
125、175、225、250 LL, 于 10 mL 试管中, 挥干溶剂
后, 分别加入 5 mL 高氯酸, 于 65 ℃水浴加热 15
m in, 取出,置冰水浴中冷却,在 407 nm 处测定吸光
度值。以测定样品质量对吸光度值进行回归, 得标准
曲线: A = 0. 007 1 X - 0. 081 4, r= 0. 999 8。
2. 4. 4　测定:精密移取对照品溶液和供试品溶液各
200 LL, 于10 mL 空白试管中,挥干溶剂,加入5 mL
高氯酸显色,摇匀,于65℃水浴恒温 15 m in[ 7] ,取出
冰水浴冷却2 m in, 以高氯酸为空白,在407 nm 测定
吸光度值,并计算质量浓度。
2. 5　操作方式的选择:泡沫分离操作方式一般分为
间歇式和连续式两类。间歇式与连续式的设备很相
似,只是没有添加药液的回流装置[ 8]。连续式又可分
为简单塔、提馏塔、精馏塔和复合塔[ 8]。间歇式操作
简单,药液一次性倒入, 可得到富集比较高的泡沫,
但其属于不稳定操作,相关组成相关的参数都在变
化,如分离塔底部料液浓度、液相高度等。而连续式
操作可维持液相高度不变,但液相是流动的, 与气泡
接触时间不够长,而回收率偏低。综合考虑几种操作
方式及实验条件,本实验在半间歇式下(残液返回加
料槽中) , 比较了简单塔(分离塔底部加料)、提馏塔 I
(分离塔中部加料)和提馏塔 II(分离塔顶部加料)对
泡沫分离效果的影响,结果见表1。可见提馏塔式比
简单塔式的结果较好。因为原料液在分离塔内逆向
与上升气泡流接触、传质,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,
回收率升高。但同时延缓了泡沫的排液,富集比有所
下降。当进料口位置升高时, 这种作用更明显,泡沫
夹带太多液体, 来不及排液就带出分离塔,故富集比
下降至4. 54,泡沫液纯度也下降。因此, 选用提馏式,
进料口高度适中,可得到较好的操作结果。
·45·中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs　第39卷第 1期 2008 年1 月
表1　操作方式对富集比、回收率和纯度比的影响
Table 1　Ef fect of operation modes on enrichment ratio,
recovery rate, and purity ratio
操作方式 富集比 回收率/ % 纯度比
简单塔 23. 60 16. 52 3. 33
提馏塔Ⅰ 19. 17 17. 25 4. 12
提馏塔Ⅱ 4. 70 28. 22 2. 09
2. 6　气流速度的影响: 在同台设备上,室温下进行
半间歇式操作, 液相高度为 30 cm、进料总皂苷质量
浓度为0. 4 mg / mL、pH 7, 考察不同气流速度对分
离效果的影响,见图1。可见随着气流速度的增大,富
集比呈下降趋势, 纯度比也下降。因为气流速度加
快,气泡在分离设备中停留时间短,表面活性物质吸
附时间缩短, 且含液量增多,故富集比和纯度提高比
降低。气流量的增加, 可以增大界面面积, 从而有利
于溶质的分离, 但由于泡沫量的增加, 夹带量也增
多,溶质随夹带液体进入泡沫液,故回收率提高。纯
度比也随着气流速度的提高而降低,说明气流速度
越快,不利于选择性吸附, 因为各物质传质速率不
同,气泡在分离塔中停留时间会影响吸附到气液界
面上皂苷和其他物质的量。综合几个评价指标, 气流
速度为400 mL/ m in时分离效果较好。
气流速度/ ( mL·m in- 1)
图1　气流速度对富集比、回收率和纯度比的影响
Fig. 1　Ef fect of air f low rate on enrichment ratio,
recovery rate, and purity ratio
2. 7　进料中总皂苷质量浓度的影响:在同台设备上,
室温进行半间歇式操作,气流速度为400 mL/ min,液
面高度为30 cm、pH 7, 考察不同进料中总皂苷质量浓
度(将制得的重楼总皂苷质量浓度为1. 66 mg / mL 的
原料液依次加水稀释0、2、3、4、6、8、12倍)对分离效
果的影响,见图2。可见,质量浓度较低时, 富集比较
高。因为质量浓度较低时, 生成的泡沫较大,较不稳
定,聚并破碎情况较多,因此液体夹带量少, 富集比
较高, 但因为泡沫总表面积小, 吸附的物质少,回收
率低。随着质量浓度增大, 易生成大量细密、稳定的
泡沫, 不易排液, 聚并破碎情况较少,虽然吸附量增
多,回收率有所上升,但富集比被削弱。纯度比变化
趋势与富集比相似,当质量浓度增大时,原料液中其
他物质竞争吸附作用增大,泡沫液中总皂苷纯度会
降低。综合各指标, 当原料液中总皂苷质量浓度在
0. 3 mg / mL 附近时,可得到较好的分离效果。
进料质量浓度/ ( mg·mL- 1)
图2　进料浓度对富集比、回收率和纯度比的影响
Fig. 2　Ef fect of initial f eed concentration on enrich-
ment ratio, recovery rate, and purity ratio
2. 8　pH 值的影响: 同台设备上, 室温下进行半间
歇式操作,气流速度为400 mL/ min、液相高度为 30
cm、进料液中总皂苷质量浓度为0. 4 mg / mL, 考察
不同原料液pH 值对分离效果的影响, 见图3。重楼原
料液为中性体系,改变pH 值对纯度比影响不大, 而
富集比在碱性时降低,回收率在酸性时下降明显。当
原料液调至酸性,泡沫稳定性变差,泡沫破裂聚并情
况增多,分离平衡时间急剧缩短,收集到的泡沫液很
少,故回收率降低。当原料液调至碱性时,药液溶解
性改善, 起泡性增强, 泡沫体积略有增加,故回收率
略有增加,但富集比降低。综合来看, 调节pH 值不
能提高重楼皂苷泡沫分离效果,甚至降低其分离效
果。这可能与重楼皂苷为中性皂苷, pH 值的变化虽
对其溶解状态无太大影响, 但会影响原料液中其他
组分的溶解性, 同时也改变了体系的离子强度和电
荷分布, 对于体系的表面张力及溶质在气液界面处
的吸附、泡沫的排液和泡沫的稳定性都产生一定的
影响,从而降低了分离效果。
pH
图3　pH 值对富集比、回收率和纯度比的影响
Fig. 3　Effect of solution pH value on enrichment ratio,
recovery rate, and purity ratio
2. 9　液相高度的影响: 同台设备上, 室温下进行半
间歇式操作, 气流速度为400 mL/ min、进料液中总
皂苷质量浓度为0. 4 mg / mL、pH 7, 考察不同液相
高度对分离效果的影响,见图4。可见富集比和纯度
提高比随液相高度的增加而降低。设备固定, 高度不
变的情况下,增加液面高度,可延长液相与气相接触
时间,有利于吸附传质, 但同时会缩短泡沫层高度,
而导致泡沫排液时间减少,持液量增加,而影响了富
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集比和纯度。合适的液面高度应既能增加物质吸附,
同时也保证一定的泡沫层高度利于排液。综合各指
标,当液相高度在30 cm 时,泡沫分离效果较佳。
进料高度/ cm
图4　液相高度对富集比、回收率和纯度比的影响
Fig. 4　Ef fect of initial feed height on enrichment
ratio, recovery rate, and purity ratio
2. 10　温度的影响: 同台设备上, 进行半间歇式操
作,气流速度为400 mL/ min、进料液中总皂苷质量
浓度为0. 4 mg / mL、液相高度为30 cm , pH 7,考察
不同温度对分离效果的影响,见图5。可见温度对纯
度比影响不大,即对泡沫分离的选择性无太大影响,
主要影响富集比和回收率。实验过程中,温度升高,
药液的起泡性有较大改善, 收集的泡沫液明显增多。
并且温度的升高会降低泡沫液膜的表面黏度,减小
了扩散阻力, 吸附阻力降低, 吸附量增大, 但表面黏
度是泡沫稳定性的主要影响因素[ 9] ,当黏度减小时,
泡沫液膜易变薄, 泡沫不稳定,容易破裂。因此只有
温度适宜才能得到好的泡沫分离效果,即当原料液
温度为40 ℃时,分离效果较好。
温度/℃
图5　温度对富集比、回收率和纯度比的影响
Fig. 5　Ef fect of f eed temperature on enrichment ratio,
recovery rate, and purity ratio
2. 11　验证试验: 根据考察所得的优化工艺条件,进
行最佳工艺验证试验。称取重楼饮片200 g ,制备原
料液,将原料液稀释6倍,以重楼总皂苷计约为0. 3
mg / mL, 量取10 L 药液从塔中部恒速加料, 维持液
相高度30 cm, 残液回流至贮液槽,气流速度为 400
mL/ m in, 温度为40℃, pH 7条件下进行3次泡沫分
离试验,结果见表2。
3　讨论
　　重楼皂苷是一种具有表面活性的中药有效成
表2　验证试验结果
Table 2　Verification of technique under optimal conditions
批号 富集比 回收率/ % 纯度比 泡沫纯度/ %
1 26. 93 41. 53 4. 55 39. 99
2 24. 57 45. 03 4. 61 45. 22
3 25. 61 39. 65 4. 32 38. 93
分,其药液具有良好的起泡性和泡沫稳定性, 具备了
泡沫分离的前提条件。本实验探讨了操作模式、气流
速度、进料质量浓度、pH 值、液相高度、温度对重楼皂
苷的半间歇式泡沫分离效果的影响。低气流速度、低
原料液质量浓度可得到高富集比和泡沫液纯度, 而高
回收率则需要高气速、高液相高度、高原料液质量浓
度和适当温度(以提高起泡性) ; 药液pH 值改变不能
改善分离效果。综合考虑各评价指标, 对操作条件进
行筛选,以优化的工艺进行泡沫分离,即气流速度为
400 mL/ min,进料质量浓度约为0. 3 mg/ mL, pH 7,
液相高度维持在30 cm ,温度为40℃。结果重楼总皂
苷富集比为25. 7, 泡沫液总皂苷纯度为 41. 4%, 是
原料液纯度的4. 5倍,但回收率欠佳,为42. 1%。针
对工艺回收率偏低的问题, 有望在今后的研究中通
过改进设备、添加起泡剂或稳泡剂、技术耦合等方法
得以解决。
　　目前重楼皂苷的提取、分离工艺主要采用的是有
机溶剂提取、大孔吸附树脂分离精制,但存在选择性
差、有机溶剂耗量大、环境污染较严重、成本较高等缺
点。本实验为重楼皂苷的分离精制引入泡沫分离技
术,利用该技术的绿色环保、设备简单、操作简便、运
行成本低且特别适于处理低浓度药液等特点,在甾体
皂苷分离精制工艺方面进行大胆创新和尝试。
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