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延胡索为罂粟科(Papaveraceae)紫堇属Corydalis Vent.植物延胡索
实验用膜分离装置MSM2013(上海摩速科学器材有限公司);AUY120万分之一电子天平(日本岛津仪器公司,感量:0.1 mg);UV2600紫外分光光度计(尤尼科仪器有限公司);聚醚砜平板膜(截留分子量10 000,5000,3500,1000,中科瑞阳膜技术有限公司,批号:2020UE001);延胡索乙素(THP)对照品(含量≥98%,西安沃森生物科技有限公司,批号:20181226);葡萄糖(分析纯,国药集团化学试剂有限公司,批号:20190706);甲基丙烯酸(分析纯,科密欧化学试剂有限公司,批号:20180808);偶氮二异丁氰(分析纯,科密欧化学试剂有限公司,批号:2019003);乙二醇二甲基丙烯酸酯(含量:98%,阿拉丁生化科技有限公司,批号:D1629145)。延胡索购自广州清平药材市场,经广东食品药品职业学院梁永枢副教授鉴定为正品。
2.1.1 对照品溶液制备 精密称取延胡索乙素50 mg置于50 mL量瓶中,加入5%硫酸溶液1 mL溶解,加入柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液(pH值4.0)定容至刻度,得对照液母液。精密量取对照液母液1 mL至10 mL量瓶,加入柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液(pH值4.0)定容至刻度,得对照储备液。
2.1.2 延胡索生物碱标准曲线的制备 分别精密量取对照储备液0,0.2,0.5,0.6,0.8,1.0,1.3,1.5 mL至5 mL量瓶,加入柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液(pH值4.0)定容至刻度,得系列对照品溶液。分别精密吸取延胡索乙素对照品溶液1.0 mL置于分液漏斗中,各加柠檬酸-磷酸氢二钠缓冲液12.0 mL,再加0.04%溴甲酚绿溶液3.0 mL,用三氯甲烷9.0 mL振摇提取2 min,静置40 min,取三氯甲烷层置于有0.2 g无水硫酸钠的具塞试管中,在409 nm处测定吸光度(
2.1.3 多糖标准曲线 精密称取经105 ℃干燥至恒重的葡萄糖,配制0.1 mg·ml-1葡萄糖的标准溶液。精密吸取0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2 mL葡萄糖标准溶液至10 mL具塞试管,加纯化水至2 mL,分别加入5%苯酚1 mL,98%硫酸5 mL,摇匀静置30 min,于489 nm测定吸光度。以葡萄糖含量为横坐标,吸光值为纵坐标,绘制标准曲线[9],得吸光度(
2.1.4 相关计算公式 固形物含量=
超滤液中生物碱转移率=
除杂率=
多糖截留率(%)=
膜通量=
2.2.1 延胡索提取液的制备 称取经粉碎过孔径约0.25 mm(60目)筛的延胡索粉末300 g,加水10 L浸泡,浸泡3次,每次24 h,过滤,合并滤液,得延胡索提取液。
(1)不同截留分子量超滤膜分离研究。量取延胡索提取液4份,每份5 L,室温下用孔径5 μm微孔滤膜抽滤,得延胡索微滤液。取4份延胡索微滤液,分别使用截留分子量为10 000,5000,3500,1000的聚醚砜平板膜进行错流循环超滤(
(2)超滤膜动态分离研究。量取延胡索提取液5 L,室温下先用孔径5 μm微孔滤膜抽滤,再使用截留分子量为5000的聚醚砜平板膜进行错流循环超滤,每超滤600 mL收集一份超滤液,共收集6份,按“2.1.2”项和“2.1.3”项方法分别测定超滤液中THP和多糖含量,结果见
图2 不同时间超滤液中THP和多糖含量
Fig.2 Contents of THP and polysaccharide in ultrafiltration at different times
(3)料液超滤温度研究。采用截留分子量为5000的超滤膜,操作压力设为0.35 MPa,过膜速率为400 mL·min-1,测定不同温度下膜通量的变化,结果见
(4)超滤操作压力研究。采用截留分子量为5000的超滤膜,溶液温度设定为30 ℃,过膜速率为400 mL·min-1,测定不同操作压力下膜通量的变化,结果见
(5)超滤过膜速率研究。采用截留分子量为5000的超滤膜,溶液温度设定为30 ℃,操作压力设为0.35 MPa,测定不同过膜速率下膜通量的变化,结果见
(6)超滤工艺优化。根据实验结果,以温度、压力和过膜速率为影响因素,应用中心组合实验方法进行三因素三水平的实验设计[14,15],以延胡索生物碱透过率和高分子截留率为响应值,采用综合评分(
利用统计分析软件Design-expert对所得数据进行分析,回归分析结果见
(7)膜分离验证试验。按上述工艺进行重复性试验3次,所得超滤液按“2.1.2”项和“2.1.3”项方法测定延胡索生物碱和多糖含量,计算延胡索生物碱透过率、多糖截留率和综合评分
2.3.1 分子印迹膜制备 按文献[16]所述过程,采用紫外光引发聚合,制备延胡索乙素分子印迹复合膜,步骤如下:取模板分子THP 溶解在三氯甲烷中,加入5倍量功能单体MAA,超声混匀,加入20倍量的交联剂EDMA,最后加入AIBN,超声溶解,得预聚液,将PVDF膜浸泡于预聚液中20 min,取出通过紫外光引发聚合,制备THP分子印迹复合膜。非印迹复合膜的制备除不加模板分子THP外,其余操作同印迹复合膜的制备[16]。
2.3.2 THP印迹复合膜分离延胡索生物碱 自制2个一侧带圆孔的玻璃池,将THP印迹复合膜(直径1.5 cm)固定于两玻璃池的圆孔之间,一个为渗透池,另一个为透过池,组成渗透装置。渗透池中放入截留分子量为5000的超滤液100 mL,透过池中放入2%醋酸溶液100 mL,磁力搅拌器搅拌24 h,分别在6,12和24 h取样,按“2.1.2”项方法测定生物碱含量和24 h后透过液固形物中生物碱含量,考察THP印迹复合膜对超滤液中生物碱成分的透过性能,重复3次,结果见
延胡索主要成分为生物碱,此外还含有大量的淀粉、树脂和多糖等大分子物质,其中延胡索总生物碱在水中略溶,溶解度大约10 mg·mL-1[17],基于操作便捷与经济环保考虑本文采用水浸泡提取。超滤中膜的截留分子量越小,除杂率越高,但有效成分损失也越大,并且渗滤速度和膜通量下降明显。提高压力能增加膜通量,但也会促进膜表面形成凝胶层增加渗透阻力。升高温度能促进膜表面溶质向主体运动,提高过滤速度,但也会相应加速超滤膜老化。增大流速能减小膜表面凝胶层的厚度,但也会增加膜表面的磨损。本研究采用截留分子量为5000的超滤膜可获得较好的生物碱转移率和较高的膜通量,并能有效除去延胡索提取液中的大分子物质。延胡索提取液使用孔径5 μm微滤膜抽滤,然后在溶液温度为29.5 ℃,操作压力为0.37 MPa,过膜流速为419 mg·min-1,使用截留分子量为5000的超滤膜对延胡索提取液进行错流循环超滤,所得超滤液中生物碱含量最高。钟莲等[18]研究了石硫法、水提醇沉法、D101大孔树脂和732型阳离子树脂对延胡索乙素的纯化工艺,延胡索乙素含量分别为0.41%,0.30%,1.08%和1.19%,与本文结果比较显示,超滤法具有一定优势。超滤法与传统方法比较,不仅操作简单、省时高效、节能,且无二次污染,如果清洗使用得当超滤膜可长期循环使用,具有较高的经济性。膜分离在中药化学成分分离中应用,需面临膜污染与膜吸附的问题,一般可通过膜改性来解决此方面问题,这也是笔者进一步研究的方向。
THP印迹复合膜和非印迹复合膜在聚合过程中在PVDF膜表面形成了聚合物,膜的孔径变小,而THP印迹复合膜表面存在延胡索乙素三维结构空穴,3种膜的孔径大小为PVDF膜>THP印迹复合膜>非印迹复合膜,因此印迹膜分离延胡索生物碱试验中PVDF膜的生物碱透过率最高,非印迹复合膜的生物碱透过率最低。经过24 h膜渗透,由于延胡索中生物碱成分的结构与模板分子THP的结构相似,相对其他成分更容易通过印迹膜的空穴结构,而PVDF膜和非印迹复合膜不存在印迹空穴,料液中各种成分的透过率差异小,因此THP印迹复合膜的透过液固形物中生物碱含量最大。
本文首先对延胡索提取液进行超滤,所得超滤液中生物碱含量比原提取液中生物碱含量提高了23%,超滤液利用分子印迹膜进一步纯化,最终生物碱含量提高了3倍。综上,膜分离技术能有效去除延胡索水提液中的大分子杂质,明显提高生物碱含量,且分子印迹膜分离实验显示其在分离延胡索生物碱的可行性,本研究为膜技术和分子印迹技术联用分离中药有效物质奠定了一定的基础。