膜技术在多糖分离、浓缩中的应用研究进展

多糖广泛存在于动物细胞膜、植物和微生物细胞壁中，是一类天然高分子化合物,它是由醛糖或酮糖通过苷键连接在一起的多聚物,是构成生命的四大基本物质之一。近二十年来多糖研究发展迅速,形成了空前的趋势,可广泛应用于医药、保健品及功能食品,作为绿色生物医药产品具有广阔的市场前景。目前多糖产品开发相当热门,也卓有成效。多糖的生理功能与其纯度和化学结构有着重要的关系，多糖的提取纯化是其研究的基础。因此科学高效地从动植物及微生物中提取、纯化其中的多糖成分是目前的核心问题。

从中药中提取多糖的传统方法主要是水提醇沉法，尽管该法具有澄清药液,减少服用量等优点,但也存在许多不足之处,如选择性差,致使中药总固形物及有效成分损失严重,醇可以沉淀酸性多糖,而很多酸性多糖恰恰是重要的有效成分,因此,醇沉法使一些对免疫功能有重要调节作用的多糖类成分损失殆尽，影响了临床疗效;同时，该工艺十分繁杂，所需时间长,提取过程中需要消耗大量的有机溶剂，能耗高,产品在漫长的提取过程中易变性失活，产品回收率低,废水污染严重且处理难度大,得到的溶液中产品浓度往往很低。

膜分离作为一种新型的分离技术，用于多糖、酶等活性物质的分离与纯化，收率高且极少破坏，目前已广泛用于制药工业,因其高效、节能的优势也逐渐代替中药生产中传统的醇沉工艺,是当前天然多糖分离研究中十分活跃的领域以压力差为推动力的膜分离过程包括微滤、超滤、纳滤、反渗透，根据筛分原理使某些组分选择性透过,实现提纯、分离和浓缩。目前应用较多的是超滤和微滤技术。

1、微滤技术用于多糖澄清的研究

微滤膜通常截留粒径大于Q. 05μm的微粒,多采用对称微孔膜,膜的孔径范围为0.1~5μm,操作压差范围为0.05~0.2Mpa。微滤能有效去除比膜孔大的微粒和微生物，具有能耗低、无二次污染、分离效率高等特点,在多糖提取中可用于多糖液体的澄清和多糖精制。

研究一：采用截留分子量为30万的膜微滤茶多糖，实验结果显示,微滤后,茶多糖的纯度从28.7%提高到45.3%,基本达到了纯化的目的,但多糖的损失率达到了37.65%,引起多糖损失的可能原因是多方面的:膜分离过程的原理是利用膜的选择性透过不同的物质得到分离,本实验使用截留分子量为30万的滤膜,分子量大于30万的多糖分子理所当然就被除去了。糖类为粘性物质，很容易吸附到膜表面造成膜孔堵塞,同时黏附在膜表面的多糖也就损失掉了。

研究二：建立了吸附澄清-高速离心-微滤法,采用0.15μm内压式中空纤维微滤器,实现了中药口服液的无醇化生产。采用该法处理菖蒲益智口服液(由人参、菖蒲、远志、茯苓等8味中药配伍而成) ,并与醇沉法和只采用吸附澄清法的工艺进行比较,探讨了工艺的可行性。结果表明,吸附澄清-高速离心-微滤法后,菖蒲益智口服液中的总多糖含量比醇沉工艺高出4倍多,该工艺省略了醇沉、回收乙醇、冷藏静置、高温灭菌等步骤,生产周期比醇沉工艺和吸附澄清工艺大大缩短,可以连续化生产，避免了反复加热、冷却药液对有效成分和制剂稳定性的破坏。

微滤膜主要应用于截留颗粒物,液体的澄清以及大部分细菌的去除,并作为超滤、纳滤、反渗透过程的前处理。微滤与其他工艺相结合精制多糖，具有收率高,工艺简单,可连续化生产的特点。同时，在微滤多糖的过程中采用无机陶瓷膜具有易清洗，通量恢复率高的特点。微滤在多糖药液澄清中具有广阔的发展前景。

2、超滤技术用于多糖分离、浓缩的研究

超滤膜是20世纪60、 70年代发展起来的一种膜分离技术。超滤膜能截留分子量在上千至数十万的大分子,除能完成微滤的除颗粒、除菌和澄清作用外,还能除去微滤膜不能出去的病菌、热源、胶体和蛋白质等大分子化合物,广泛应用于各类多糖的分离、浓缩、纯化等研究中,包括中药药源多糖如灵芝多糖、大黄多糖六味地黄汤多糖、黄芪多糖、紫芝多糖、人参多糖,海洋活性多糖如鲨鱼软骨粘多糖、褶纹冠蚌多糖、紫菜多糖、褐藻糖胶.卡拉胶,酵多糖如蜜环菌菌索多糖、PS- 9415 发酵液多糖、冬虫夏草多糖,食用植物多糖如茶多糖、香菇多糖、金针菇多糖、芦荟多糖、枸杞多糖等。采用超滤膜技术处理多糖具有收率高不易破坏多糖的生物活性、能耗低等特点，适于工业化生产。

超滤法用于多糖分离的研究

以香菇为原料,利用超滤膜装置对浸提的香菇多糖进行分离。同时对超滤过程的阻力及传质特性进行分析,并建立超滤过程的修正凝胶极化模型。经过实验获得香菇多糖提取率5.7 %,多糖质量分数89.2%,说明利用超滤方法分离浓缩香菇多糖是有效的工艺手段。

采用截留分子量为6000的中空纤维超滤膜分离黄芪水提液中的多糖,结果表明,超滤法较水提醇沉法得到的多糖粗提物收率低但多糖含量高,多糖含量较醇沉法提高了20%，可降低口服给药剂量。

采用不同孔径的超滤膜对山麦冬多糖提取液进行超滤分离,结果表明不同相对分子量范围的多糖在山麦冬总糖中的含量分别为:相对分子量在30000以上的含量为50.3%, 30 000 ~

10 000之间的含量为19.6%, 10 000~1 000之间的含量为13.8 %，分子量小于1 000的低聚糖和单糖含量为16.3%;各级多糖干物质纯度均大于90%;同时通过截留分子量为30 000的聚砜膜可以截留约80%的蛋白,截留分子量为3 000的聚砜膜几乎可以除去蛋白,截留率达97 %。说明超滤分离纯化山麦冬多糖的同时可去除大部分蛋白。超滤是一种很好的分离纯化山麦冬多糖的方法。

采用截留分子量为10万的管式膜对六味地黄汤多糖进行精制,优选工艺条件,与传统方法在多糖收率及含量方面进行了对比。结果表明:采用传统方法制六味地黄,其提取物收率一般为

20%左右,总多糖含量为40%左右,杂质较多,制成剂型后服用量大。采用膜技术进行精制后,提取物收率降低至16%左右,总多糖含量可提高到60%以上。对于提高六味地黄的质量,减少服用量，具有重要意义。

超滤法用于多糖浓缩的研究

研究了薏苡仁多糖的超滤膜法提取液浓缩和除小分子杂质过程,对比了四种不同截留分子量陶瓷超滤膜的浓缩效果,结果表明:截留分子量为150kDa的超滤膜对薏故仁多糖的截留率达到98%以上,最适合于薏苡仁多糖提取液浓缩;同时研究了浓缩倍数对膜污染的影响,选择适当的浓缩倍数对于膜法浓缩过程的经济性非常重要;采用热水,碱洗和次氯酸钠清洗后,膜通量能够恢复到实验前的水平。

采用超滤浓缩银耳多糖,研究了超滤膜的选择预处理方法、料液的温度、压力和pH对超滤的影响。结果表明:采用70kD内压式中空醋酸纤维素超滤膜,在温度25C,压力0.12 ~0.15MPa的中性水溶液环境下,较通常的浓缩方法产率提高22 4%。

采用超滤技术分离多糖需要对膜进行筛选,包括膜的截留分子量、膜材料等,不同的超滤膜不仅影响超滤的处理效果通量和截留率，还可能影响膜污染,因此合适截留分子量及适宜材料超滤膜的选择对于超滤工艺来说是非常重要的

3、纳滤技术用于多糖浓缩的研究

纳滤是近年发展起来的一种介于超滤与反渗透之间的一种新型的分子级分离技术,可用来分离无机盐和分子量介于200-2000Da的低分子量有机物。纳滤膜集浓缩与透析为一体,可使溶质的损失达到最小。采用传统方法如离子交换脱盐和真空浓缩等处理多糖稀溶液,需耗费大量的酸碱再生树脂，造成二次污染,而在产品浓缩过程中，能耗较大,生产成本较高。采用纳滤膜技术,可克服传统生产工艺的缺点,该技术可同时实现浓缩和除盐,使整个生产过程在低污染、低能耗、高效率下运行,显著提高生产效益,具有很大的工业应用价值。

采用截留分子量为200的纳滤膜对黄芪提取液进行了浓缩,测定了膜对提取液中总糖的截留率、透过通量、水脱除率与操作压力的关系,浓缩液进行了二次醇沉，分别测定了沉淀物中多糖和上清液中总糖含量,并与蒸发浓缩提取液二次醇沉进行了比较。结果表明,膜对提取液中总糖的平均截留率达0.996,蒸发浓缩醇沉物中杂质多于纳滤浓缩，上清液中总糖少于纳滤浓缩。

纳滤分离技术在医药行业中的应用研究十分活跃。纳滤技术与蒸发浓缩相比较具有运行温度低，不破坏有效成分活性,能耗低的特点,有研究表明，纳滤浓缩的费用仅为蒸发浓缩的1 /4-1/8。因此,纳滤技术有望在医药领域替代传统的蒸发浓缩。