高山红景天浸提液中红景天甙和酪醇的超滤纯化研究-图文课件.ppt

1、 高山红景天，又名库页红景天，系景天科红景天属多年生草本植物，其根、茎、叶、花、种子俱可入药。民间常用于清肺止咳、止血、跌打损伤、烧烫伤、阳痿、糖尿病等病症。 具有抗缺氧、抗寒冷、抗疲劳、抗辐射、增强免疫力等特殊作用，被称为继人参、刺五加之后新一代环境适应药物，目前正在得到广泛的研究和应用。 主要含有甙类、黄酮类、香豆素、鞣质等多种化学成分，其中红景天甙及其甙元酪醇为主要活性成分，但含量很低，不同地区的红景天样品（地下部分）中红景天甙和酪醇的含量变化范围分别为1.311.1mg/g 和 0.32.2mg/g。红景天甙(C14H20O7)酪醇(C8H10O2) 超过滤，在分离过程中无相变化，节省

2、了相变能；一般在常温低压下运行，对分离热敏性、保味性和对化学物质有反应的体系更为适用；在分离过程中可同时进行物质的分离、提纯和浓缩，节省了时间，提高了生产效率。因此，它具有节能、环保、操作简便、有效成分回收率高等优点，研究它在红景天甙和甙元酪醇纯化中的应用具有重要的实际意义。膜材料的选择 根据膜的化学性质、机械性质、耐温范围、对处理溶液污染物的敏感性和清洗再生性、工业化程度，本实验选用双酚 A 型聚砜（PSF）、聚芳醚砜（PES）和聚偏氟乙烯（PVDF）作为本实验的超滤膜材料，并选用尼龙材料的微滤膜（孔径 0.2m）来预处理高山红景天浸提液。超滤中药浸提液用主要高分子膜材料的化学结构式 一、实

3、验工艺流程 膜分离高山红景天浸提液的实验流程图二、超滤实验装置流程说明：取 500ml 微滤液置于料液储罐中，缓慢打开进气阀直至压力表 3的示数达到 5MPa；缓慢打开进液阀 6，使料液在压力驱动下进入超滤器 8；调节进液阀的开度，使压力表 7 的示数稳定在 0.8 MPa；在超滤器出口收集超滤液。 超滤条件：药液浓度 0.1g/ml（生药含量）；pH7.0； 温度30；操作压力0.8MPa。 a.不同截留相对分子质量超滤膜的压密曲线 将不同 MWCO 的超滤膜用蒸馏水浸泡放置 24h 后，安装于超滤装置中，在操作压力 0.1MPa，温度 25下，测定透水速率随时间的变化。 由图可知，超滤前

4、10min 内，透水速率下降较快，之后随时间的延长呈缓慢下降趋势。超滤 60min 后膜的透水速率基本达到一恒定值，说明经过 60min膜已经被压密。经压密的膜具有膜表面结构紧凑，膜孔趋于均匀一致和对水的渗透速率趋于稳定的特点。b.超滤过程中膜渗透速率的衰减曲线 用不同 MWCO 的超滤膜对高山红景天微滤液进行超滤处理，以 10min 为单位测定渗透速率随时间的变化。由图可知，MWCO 为 3000 的膜渗透速率随时间变化不大，但值很小，平均为 19.21ml/10min；而另外 4 种膜，超滤运行前 40min，透液速率迅速下降，之后下降较为缓慢，并趋于一恒定值，5000、1 万、3 万和

5、5 万超滤膜运行 150min 的平均渗透速率分别为 47.0、61.4、60.6 和 98.2 ml/10min。3 万膜的渗透速率偏低，有可能是溶液中大分子杂质堵塞膜孔的缘故。 c.不同膜材料超滤效果的评价（1）主要有效成分的提纯效果（2）溶液中杂质的去除效果 通过对比，用双酚 A 型聚砜（PSF）作为超滤膜材料，能够有效地降低溶液中的总固形物含量和非水成分杂质含量，并使主要有效成分红景天甙和酪醇得到较好的提纯和分离。截留相对分子质量的选择中空纤维式超滤膜组件，膜的截留分子质量分别为 3000、5000、1 万、3 万和 5 万（Da）。超滤膜组件的性能从高山红景天中提取分离红景天甙和酪醇

6、的工艺流程图一、实验工艺流程 流程说明：取 1000ml 微滤液置于料液槽 2 中，待温度恒定后，启动进料泵 3，使料液进入膜组件 5，并通过调节节流阀 6 控制压力，截留液全部返回料液槽进行循环处理。当超滤进行 1/2 时，向料液槽中加入 200ml 蒸馏水，收集超滤液，直至达到 1000ml。 超滤条件：药液浓度 0.1g/ml（生药含量），pH7.0，温度 40； 料液流速 80ml/min；操作压力 0.1MPa。二、超滤实验装置a.不同截留相对分子质量膜超滤效果的评价（1）总固形物的截留效果不同截留相对分子质量的超滤膜对溶液中固含物的截留效果（2）非水杂质成分的截留去除效果 由图可知

7、，超滤膜的 MWCO 越小，对溶液中非水杂质成分的截留去除效果就越好。 （3）主要有效成分的提纯效果 由图可知，3000、1 万和 3 万超滤膜的提纯效果较好，所得超滤液中主要有效成分的含量分别为 11.16、12.93和 12.07，回收率分别为 54.45、90.38和 92.34。结论（1）相对截留分子质量对高山红景天浸提液的超滤分离提纯过程有很大影响。MWCO 为 5 万膜的渗透速率最大，但其对固含物和杂质的去除效果最差，相应地对主要有效成分的提纯效果也差；3000 膜的提纯效果较好，但渗透速率太小，不适合实际生产；1 万膜的渗透速率和提纯分离效果都优于 5000 和 3 万的膜。 （

8、2）选用 MWCO 为 1 万的膜进行超滤处理能够有效地降低高山红景天浸提液中的总固体含量（由 0.3485 降低到 0.1122g/10ml）和杂质含量，并使主要有效成分红景天甙和酪醇得到较好的分离和提纯（由 4.60提高到 12.93），该过程的回收率为 90.38%，超滤 150min 的平均渗透速率为 61.4ml/10min。 超滤工艺参数的优化超滤膜在使用的过程中，一个主要的问题就是膜通量随时间的延长而下降，导致通量下降的因素主要有：（1）浓差极化；（2）膜孔的堵塞；（3）凝胶层的出现及固化。 为了使超滤过程能稳步有效地进行，本实验重点考察操作参数对高山红景天浸提液超滤过程及超滤效

9、果的影响，为该工艺的优化设计提供参考。 一、料液温度 超滤条件：药液浓度 0.1g/ml（生药含量），pH7.0；料液流速 80ml/min；操作压力 0.1Mpa；温度分别为 15、25、35、40 和 45（膜组件的耐温范围为 045）。 由左图可知，温度对超滤速率影响显著，随着料液温度升高，透液速率明显增加，在 3545之间增加尤为明显。 且不同温度下的透液速率在超滤进行的前 20min 内迅速下降，之后下降缓慢并都趋于一恒定值。在 15、25、35、40和 45条件下超滤 150min 的平均渗透速率如右图所示。1、料液温度对膜渗透速率的影响 2、不同温度条件下膜超滤效果的评价 （1）

10、总固形物的截留效果 由图看出，15、25、35、40 和 45不同温度超滤过程的截留率分别为 72.64、71.84、70.19、68.25和 58.02，即温度越低，对溶液中总固形物的截留效果越好。（2）非水杂质成分的截留去除效果 从图看出，超滤液的吸光度显著低于相应波长处原料液和微滤液的吸光度，且温度越低，对杂质的截留去除效果就越好。不同温度条件下超滤液的吸光度0.115（380800nm），且随着波长的增加，吸光度迅速降低，600nm 处吸光度值0.009，而 15超滤液在 580nm 处的吸光度值就已经达到 0，说明超滤液具有很好的澄清度。 （3）主要有效成分的提纯效果 由图可知，原料

11、液和微滤液中主要有效成分的纯度分别为 4.39和 4.38。 从 15到 40，超滤液中主要有效成分纯度逐渐提高（从 10.24提高到 13.48），回收率逐渐增加（从63.93增加到 97.63），到 40时达到最佳，13.48，之后随着温度的升高，纯度有下降。二、操作压力超滤条件：药液浓度 0.1g/ml（生药含量），pH7.0；温度 40；料液流80ml/min；操作压力分别为 0.06、0.08、0.10、0.12、0.14MPa（膜组件的耐压范围0.15MPa）。 1、操作压力对膜渗透速率的影响 由左图可见，操作压力为 0.06、0.08 和 0.10 MPa 膜过程的渗透速率在 6

12、0min 后基本趋于恒定，而 0.12 和 0.14MPa 膜过程的透液速率随时间的延长持续衰减较快。且不同操作压力下，在超滤开始前 20min 内，透液速率下降较快，之后渐缓。 右图表示出了超滤 150min 内膜平均透液速率随操作压力的变化趋势。从曲线看，在操作压力小于 0.10MPa 时，平均透液速率随操作压力呈直线上升；当操作压力大于0.10MPa 时，平均透液速率随操作压力增加变得缓慢。2、不同操作压力下膜超滤效果的评价 （1）总固形物的截留效果 由图可知，超滤能有效降低高山红景天浸提液中的可溶性固形物含量，0.06、0.08、0.10、0.12 和 0.14MPa 不同操作压力超滤

13、过程的截留率分别为 62.08、64.13、68.25、68.63和 68.49，即较大操作压力膜过程，对总固形物的截留效果较好，但 0.10、0.12 和 0.14MPa 的截留效果相差不大。 （2）非水杂质的截留去除效果 从图可以看出，不同操作压力条件下超滤液的吸光度0.131（380800nm），且操作压力越高，对杂质的截留去除效果越好。（3）主要有效成分的提纯效果 由图可知，原料液和微滤液中主要有效成分含量分别为 4.39和 4.38。 从 0.06 到 0.10 MPa，超滤液中主要有效成分的纯度逐渐提高（从 8.69到 13.48），回收率逐渐增加（从 75.16到 97.63），

14、在 0.10 MPa 处达到最佳提纯效果；但随着操作压力的升高，纯度稍有下降，0.12和 0.14MPa 膜过程超滤液中主要有效成分的纯度分别为 13.42和 13.09，回收率分别为 96.06和 94.09。三、药液浓度超滤条件：药液温度 40；pH 值 7.0；流速 230ml/min；操作压力 0.10MPa；药液浓度（生药含量）分别为 0.05、0.10、0.15、0.20 和 0.25g/ml。 1、药液浓度对超滤膜渗透速率的影响 由左图可知，药液浓度分别为 0.15、0.20 和 0.25g/ml 超滤过程的渗透速率在前 20min 内衰减较快，之后稍缓并趋于稳定；而 0.05

15、和 0.10g/ml 的药液在超滤进行 150min 过程中的透液速率没有显著衰减的时间区域，但一直呈缓慢下降趋势。 由右图可知，超滤 150min 内膜的平均渗透速率随药液浓度的升高而呈下降趋势。2、药液浓度对膜超滤效果的评价（1）总固形物的截留效果 由表可知，超滤可有效地降低药液中的总固形物含量，在所考察的浓度范围内，截留率55.98；且不同药液浓度超滤过程对药液中总固形物的截留效果不同，浓度越大，截留率越高，截留效果越好。（2）非水杂质的截留去除效果 从图可以看出，不同药液浓度超滤液的吸光度0.150（380800nm），显著低于相应波长处浸提液和微滤液的吸光度；且随着波长的增加，吸光度

16、值迅速降低，720nm 处超滤液的吸光度值都降至 0，说明超滤能很好地去除非水杂质成分，改善药液的澄清度。（3）主要有效成分的提纯效果 由图可以看出，当浓度由 0.05g/ml 升高到 0.10g/ml 时，超滤液中主要有效成分红景天甙和酪醇的纯度和相应超滤过程的回收率分别由 8.04提高到11.90，93.67提高到 98.14；再升高药液的浓度，超滤液中主要有效成分的纯度稍有下降，但下降不明显，而超滤过程回收率随着药液浓度的增加下降幅度则较大，因此，药液浓度为 0.10g/ml 时对主要有效成分的提纯效果和回收率都较好。四、pH 值超滤条件：药液浓度 0.1g/ml（生药含量）；温度 40

17、；料液流速 530ml/min；操作压力 0.10MPa；药液 pH 值分别为 5.2、6.2、7.2、8.2、9.2 和 10.2（综合考虑膜的耐 pH 范围和超滤液的实用性）。 1、pH 值变化对膜渗透速率的影响 由左图可知，不同 pH 值下超滤在开始前 30min 内，透液速率下降较快，之后渐缓。且 pH 值变化对膜的透液速率有影响，pH 值越大，相应过程膜的透液速率就越大，但在不同的 pH 值变化范围内，影响程度不同。 从右图曲线看，当 pH 值由 6.2 上升到 7.2 时，膜的平均透液速率由114.83ml/10min 提高到 180.65ml/10min，提高了 57.32，影响

18、显著；而 pH 值由 5.2 到 6.2 和由 7.2 到 10.2 的变化过程中，对平均透液速率的影响程度较小，分别提高了 23.97和 26.04。2、不同 pH 值下膜超滤效果的评价（1）总固形物的截留效果 由图可知，不同 pH 值条件下的超滤过程对总固形物的截留率不同，但差别不大，其中以 pH 值为 7.2 和 8.2 的超滤过程的截留效果最佳，总固形物含量分别由微滤液的 0.3619g/10ml 下降到 0.1143g/10ml 和 0.1153g/10ml，截留率分别达 68.42和 68.14。 （2）非水杂质成分的截留去除效果 从图可以看出，超滤液的吸光度显著低于相应波长处原料

19、液和微滤液的吸光度，不同 pH 值条件下超滤液的吸光度0.901（380800nm），且随着波长的增加，吸光度值迅速降低，680nm 处吸光度值0.042。从局部放大图可见，pH 值对非水杂质的截留去除效果有影响，在所考察的范围内，pH 值越小，对非水杂质的截留去除效果越好。 （3）主要有效成分的提纯效果 由图可知，原料液和微滤液中主要有效成分纯度分别为 4.34和 4.35，超滤后提高了2.03.1 倍。 且当 pH 值由 5.2 升高到 7.2 时，超滤液中主要有效成分的纯度从8.89提高到 13.49，相应过程回收率从 75.97提高到 98.00，在 pH7.2 处达到最佳提纯效果；当

20、 pH 值由 7.2 升高到10.2 时，主要有效成分的纯度有所降低。 即在料液 pH 值偏中性的条件下，超滤过程对高山红景天浸提液中主要有效成分红景天甙和酪醇的提纯效果较好，过程回收率也较高。五、进料速率超滤条件：药液温度 40；pH 值 7.0；药液浓度（生药含量）0.10g/ml；操作压力 0.10MPa；进料速率分别为 80、230、380、530 和 680ml/min。1、进料速率对超滤膜渗透速率的影响 由图可知，进料速率由 230ml/min 提高到380ml/min 和由 530ml/min 提高到 680ml/min 时，渗透速率增加不明显，但总体上进料速率提高，膜渗透速率也

21、随之增加。2 、料速率对膜超滤效果的影响（1）总固形物的截留效果 由图可知，进料速率对其截留效果有影响，但影响不显著，不同进料速率超滤过程超滤液中的总固形物含量为 0.11490.1231g/10ml，截留率为 66.5368.76，其中以 530ml/min 超滤过程的截留效果最佳。（2）非水杂质成分的截留去除效果 由图可知，超滤液的吸光度0.443（380800nm），显著低于相应波长处浸提液和微滤液的吸光度，从局部放大图可见，不同进料速率超滤液中非水杂质含量差别不大，说明在所考察的范围内，进料速率对药液中非水杂质的去除效果无明显影响。（3）主要有效成分的提纯效果 由图可知，高山红景天浸提液和微滤液中主要有效成分的纯度分别为 经超滤处理从4.31和 4.23提高到 10.4512.69，提高了 2.53.0 倍。 且进料速率对主要有效成分的透过性能呈正向影响，特别是当进料速率由 380ml/min 升高到 530ml/min 时，主要有效成分的透过性显著增加。 结论通过上述因素讨论，本实验选择的最佳工艺条件如下所示。