
膜分离技术作为21世纪有发展前景的分离新技术,在医药领域应用已经有30多年的历史。其在中药领域的应用见于日本,日本于20世纪六七十年代将膜分离技术应用于汉方制剂的精制。国内膜分离技术在中药制剂中的研究始于20世纪70年代末,由中国人民解放军北京医院药局率先在这方面展开研究。1982年,超滤法制备中药注射剂的工艺研究通过鉴定,国内有关药学专家认为:超滤法制备中药注射剂是提高中药注射剂质量的一个重大突破。此后,不断有采用超滤技术制备中药注射剂和口服液,以及分离纯化中药有效成分和精制中药浸膏的研究报道,主要是有机高分子膜超滤过程的应用研究。
国内对无机陶瓷膜分离技术在中药制剂中的研究相对较少。无极陶瓷膜是一种固态膜,它是由无机材料陶瓷制成的半透膜,其主要是依据“筛分”理论,根据在一定的膜孔径范围内渗透的物质分子直径不同则渗透率不同,利用压力差为推动力,使小分子物质可以通过,而大分子物质则被截留,从而实现它们之间的距离。
无机陶瓷膜因其构成基质主要为氧化锆、氧化铝等无机材料及其特殊的结构特征而具有如下的优点:
(1)耐高温,适用于处理高温、高粘度流体。
(2)机械强度高,具有良好的耐磨、耐冲刷性能,可以高压反冲使膜再生。
(3)化学稳定性好,耐酸碱、抗微生物降解。
(4)使用寿命长,一般可用3~5年,甚至8~10年。
这些优点与有机高分子膜相比较,使它在许多方面有着潜在的应用优势,成为苛刻条件下精密过滤分离的重要新技术,现已广泛应用于食品工业、生物工程、环境工程、化学工业、石油化工、冶金工业等领域。
无机陶瓷膜尤其适合于中药煎煮液的精制。其中孔径为0.2μm的微滤膜可用于除去药液中的微粒、胶团等悬浮物,而孔径为0.1、0.05μm及更小的超滤膜则可用于不同分子量成分的分级处理。目前,国内绝大多数中药厂家以水煎煮为基本提取工艺,因而无机陶瓷膜分离技术在我国中药行业具有普遍的适用性。以下介绍目前国内已有的无机陶瓷膜分离技术在中药领域的研究概况。
1 无机陶瓷膜分离技术对中药的精制效果研究
主要考察了无机陶瓷膜对常见中药成分的适用性,对无机陶瓷膜分离技术精制中药水提液的效果进行初步评价。刘氏、金氏、高氏等用孔径为0.2μm的无机陶瓷膜对甘草、当归、大黄、枳实、苦参等常用中药和十味解毒颗粒、麻杏石甘汤和热毒净颗粒等复方的水提液进行微滤,对水提液微滤前后性状、总固体、指标性成分等的变化进行对比分析。研究发现中药水提液微滤前均匀浑浊液体,微滤后成为颜色变浅的澄明液体,有效成分保留率较高,总固体中有效成分含量可提高2%~30%。董氏等考察了0.2μm孔径Al2O3膜微滤前后黄芩等7种中药水提液中主要指标性成分及固含物含量的变化情况,结果各主要指标成分微滤后保留率均在70%以上,固体去除率较高。潘氏等将无机陶瓷膜微滤技术应用于清络通痹颗粒的精制,考察无机陶瓷膜精制前后各样品的总黄酮含量、总固含物量、浊度等指标。结果无机陶瓷膜微滤技术对中药水提液具有较好的除杂精制效果。
2 无机陶瓷膜分离技术精制中药的工艺研究
无机膜应用过程的工艺研究主要包括膜结构参数、应用体系的性质以及操作参数对分离性能的影响,寻求不同因素对分离性能的影响规律,从而进行膜和膜过程的优化设计,达到降低浓差极化和膜污染、提高膜过程综合效益的目的。
赵氏等考察了某复方中药水提液的微滤澄清工艺参数,研究了操作压差、流速、温度等条件对膜通量的影响,并对污染机理进行了初步分析。敖氏等采用陶瓷膜错流过滤技术处理银杏水解液,通过实验研究,确定了体系合适的微滤工艺参数:膜孔径0.2μm,操作压力0.05MPa,错流速度2.4m/s,温度60℃。通过膜污染阻力的分析得知,本体系膜阻力在总阻力中所占的比例较小,而可逆阻力较大,清洗容易,此结果也证明了将陶瓷膜应用于银杏水解液工艺的潜在意义。郭氏等按药材来源部位分组提取,以总黄酮含量和浸膏总重的综合结果为考察指标,优选糖渴清片水提取工艺条件。实验证明,优选的水提取工艺条件合理、稳定、可行。董氏等考察了无机陶瓷膜在清络通痹复方水提液精制过程中不同孔径的膜对该体系的适用性,药液温度、流速及操作压力等工艺参数对膜过程的影响及膜分离操作终点判定,进行膜过程优化设计。结果表明,采用0.2μm孔径的Al2O3膜对清络通痹水提液进行微滤,在适当操作条件下可取得较好精制效果,为陶瓷膜分离技术用于中药精制领域的共性问题提供了依据。
由于中药水提液体系的复杂性,不可能存在普遍适用的过程参数。对于不同体系,在使用该技术前均应按一定的方法和标准对分离过程进行优化,这对实际膜分离过程十分重要。
3 无机陶瓷膜分离技术与其它精制技术的比较研究
金氏等考察了Al2O3陶瓷膜微滤技术对枳实和苦参水提液的澄清效果,并与传统的醇沉法作对比。与70%醇沉技术比较,陶瓷膜微滤的澄清除杂效果与醇沉法基本相近,有效成分的保留率优于醇沉法,且陶瓷膜微滤操作简单,常温下进行,生产周期短,省去了大量使用乙醇及浓缩蒸发过程,有望成为澄清中药水提液的一种新技术。刘氏等对无机陶瓷膜微滤技术、醇沉、高速离心、絮凝澄清、大孔树脂吸附进行了比较,发现无机陶瓷膜微滤精制中药水提液的综合效果优于其他方法,在除去绝大部分固体杂质的同时,对各类可溶性有效成分损失较小而且损失率基本一致,不改变复方组成。刘氏等对陶瓷膜法和醇沉法的精制效果及相关性进行了研究,比较了40%~80%的醇沉与不同孔径Al2O3陶瓷膜微滤黄芪水提液的效果。结果表明,0.2μm孔径的Al2O3膜渗透性能及澄清效果佳,其固形物的去除率基本相当于40%~50%醇沉的效果,但指标性成分的保留率却远高于醇沉法。
4 污泥陶瓷膜分离与大孔吸附树脂、超滤等技术的联用
崔氏等采用吸附澄清-高速离心-微滤法制备葛蒲益智口服液,并与醇沉法和吸附澄清法进行比较。结果表明,吸附澄清-高速离心-微滤法工艺能够提高制剂的有效成分含量,具有简化工艺、缩短生产周期、提高制剂稳定性的优点。郭氏、高氏等将微滤与大孔树脂吸附相结合精制苦参等中药,表明联用技术可更有效地富集中药有效成分,同时较大幅度地降低固形物,并防治树脂毒化。赵氏等将膜分离技术用于中药提取,以微滤去除提取液中的悬浮液,再以超滤去除大分子杂质。通过对微滤、超滤过程的考察及传统的醇沉工艺比较,认为采用膜分离工艺具有显著的优点。
5 无机陶瓷膜分离精制工艺对中药复方药效作用的影响
开展膜精制前后样品的主要药效学对比实验,从生物活性的角度确认膜分离技术在中药制剂中应用的科学性。詹氏等就膜分离工艺对清络通痹颗粒抑制佐剂性关节炎大鼠滑膜细胞分泌TNF作用的影响作了研究,通过分离、培养三组(治疗组、模型组、阳性组)佐剂性关节炎大鼠膝关节滑膜细胞,检测其培养上清液中肿瘤坏死因子的生物活性,从细胞分子水平研究膜分离技术对中药复方制剂抗类风湿性关节炎作用的影响。研究表明,膜分离工艺制备的清络通痹颗粒具有抑制佐剂性关节炎大鼠滑膜细胞分泌TNF的作用。郭氏等选择降血糖中药复方为研究对象,以四氧嘧啶糖尿病小鼠血糖值为指标,分别考察常规工艺及两种膜分离工艺对制剂服用剂量及降血糖作用的影响。结果表明,3种不同工艺处理的制剂对糖尿病小鼠均有显著的降血糖作用,相互之间无显著差异,而两种膜分离工艺可使制剂固含物分别减少29%与37%,可有效减少服用剂量。可见,膜分离精制工艺可有效减少糖渴清服用剂量而不影响其降血糖作用。HJY是由扶正固表经典名方加减、经无机陶瓷膜分离等高新技术处理的提取物。喻氏等考察了HJY对小鼠腹腔巨噬细胞吞噬功能及小鼠血清溶菌酶活性的影响。结果表明,HJY能提高小鼠腹腔巨噬细胞的吞噬率和吞噬指数,并能提高小鼠体内的溶菌酶含量,对小鼠非特异性免疫功能有促进作用。
6 无机陶瓷膜微滤技术精制中药的膜污染与防治研究
赵氏等采用无机陶瓷膜澄清中药复方水提液,应用多层阻力模型对膜污染阻力进行初步分析,得出本体系过滤时,膜阻力比例较小,而溶质等的吸附污染阻力比例较大,并提出用酸、碱和EDTA等多种清洗剂交替清洗使膜通量得到很好的恢复。董氏等采用陶瓷膜错流微滤方式进行了中药复方水提液过滤澄清,考察操作压力、温度、雷诺数等工艺参数对膜污染速度的影响,并对膜污染进行了防治研究,提出用NaOH或热水逆向反冲洗膜是解决中药膜污染的较好方法。
7 无机陶瓷膜分离技术在中药领域应用存在的问题
综上所述,无极陶瓷膜分离技术在中药领域内的研究与应用日益增多,并体现出其对中药水提液精制的有效性与优越性。但到目前为止,大多还停留在实验室研究水平,工业化进程相对滞后。其原因主要是:
(1)膜分离技术在中药领域中的应用缺乏系统的机理研究和应用基础研究,中药有效成分的分离及膜污染的机理至今不明,存在一些制约该技术在中药行业产业化的关键问题,例如,膜通量下降对某些成分的吸附、膜污染及其清除等。
(2)中药及其复方水提液为十分复杂的体系,其物理化学表征参数和化学组成是影响膜分离过程的主要因素。
目前,因对中药水提液缺乏深入系统的基础研究,至今难以对中药膜技术应用系统进行优化设计,成为制约其产业化进程的瓶颈。