聚醚砜超濾膜對茯苓多糖的靜態(tài)吸附行為與解吸方法的考察

朱文靜，張心怡，徐艷，樊文玲，3

(1.南京中醫(yī)藥大學藥學院，江蘇 南京 210023；2.江蘇省中藥高效給藥系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心，江蘇 南京 210023;3.江蘇省中藥資源產(chǎn)業(yè)化過程協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023)

膜分離技術(shù)是近代出現(xiàn)的一種高效的分離技術(shù)，以選擇性透過膜為分離介質(zhì)，以外界能量或化學位差為推動力，對混合物中特定組分實現(xiàn)分離、提純和濃縮的分離技術(shù)。隨著中藥現(xiàn)代化的發(fā)展，膜分離技術(shù)作為一項可應用于提高中藥質(zhì)量的高新技術(shù)，在中藥領(lǐng)域中有著良好的發(fā)展前景，其中超濾和納濾的應用更為突出。超濾過程無相變、無有機溶劑，分離選擇性較高、除雜效果好；同時可去除細菌和熱原，可實現(xiàn)連續(xù)化、自動化操作，符合中藥可持續(xù)性生產(chǎn)現(xiàn)代化的要求。目前對超濾的研究主要集中在其篩分效應，超濾膜對中藥有效成分的吸附研究較少。茯苓Poriacocos(Schw.)Wolf是多孔菌科真菌茯苓的干燥菌核，其味甘淡、性平，具有利水滲濕、益脾和胃、寧心安神的功效[1]?，F(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)，其中的茯苓多糖約占整個茯苓菌核干質(zhì)量的70%～90%，具有抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)的功效，引起越來越多人的關(guān)注[2]。本實驗通過研究PES超濾膜對茯苓多糖溶液的靜態(tài)吸附行為，擬合PES-1萬膜對茯苓多糖的靜態(tài)吸附模型,并結(jié)合多糖的結(jié)構(gòu)特點，選用碳酸氫鈉作為解吸劑，解吸率為指標，考察解吸劑pH值的影響，篩選最佳解吸方案，為膜分離在中藥領(lǐng)域的應用提供一定的參考。

1 材料

1.1 儀器

SHY-2A水浴恒溫振蕩器(金壇市金玻儀器廠)；UV725型紫外-可見分光光度計(上海光譜儀器有限公司)；SCM-250超濾杯系統(tǒng)(上海應用物理研究所)；PES-1萬膜(截留分子量為1萬，上海斯納普膜分離科技有限公司)。

1.2 試藥

茯苓多糖(南京澤朗生物科技有限公司，批號:ZL20150604)，D-無水葡萄糖(美國Sigma公司)，蒽酮、濃硫酸、碳酸氫鈉(國藥集團化學試劑有限公司)，其他試劑均為分析純。

2 方法與結(jié)果

2.1 茯苓多糖的分析方法[3]

2.1.1 葡萄糖對照品溶液的制備 取105 ℃干燥至恒質(zhì)量的無水葡萄糖對照品約100 mg，精密稱定，置100 mL容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，搖勻，作為葡萄糖對照品溶液。

2.1.2 蒽酮-硫酸溶液的制備 精密稱取蒽酮100 mg，置100 mL棕色容量瓶中，加75%的濃硫酸溶液，溶解并定容至刻度，避光冷卻至室溫，備用。

2.1.3 最大吸收波長的選擇 以蒽酮-硫酸溶液為空白，葡萄糖對照品溶液在200～800 nm范圍內(nèi)掃描，在625 nm處有最大吸收，選擇625 nm作為測定波長。

2.1.4 標準曲線的制備 精密吸取葡萄糖對照品儲備液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8 mL，分置于25 mL具塞試管中，加蒸餾水至2.0 mL，在冰水浴中加入蒽酮-硫酸試液至10.0 mL，搖勻，移至沸水浴中加熱10 min，再用冰水浴冷卻，室溫放置10 min，取出，于625 nm處測定吸光度。以葡萄糖溶液(C)為橫坐標，吸光度(A)為縱坐標，繪制標準曲線,得回歸方程：A=2.467 7C+0.056 6，r=0.999 2，線性范圍為10～80 μg/mL。

2.1.5 樣品中多糖的測定 吸取茯苓多糖溶液0.1 mL，加蒸餾水至2 mL，在冰水浴中加入蒽酮-硫酸溶液至10.0 mL，搖勻，移至沸水浴中加熱10 min，置冷水浴中冷卻，室溫放置10 min，取出，以試劑為空白，于625 nm處測定茯苓多糖的吸光度。

2.2 靜態(tài)吸附實驗

2.2.1 靜態(tài)吸附等溫線的繪制 分別配制濃度為1、2、3、4、5 g/L的茯苓多糖溶液，調(diào)整其pH至7.35～7.45之間，轉(zhuǎn)移至吸附瓶中，分別取樣測定茯苓多糖的吸光度。將預先浸泡在純水中的PES膜取出，放入吸附瓶中，置于恒溫振蕩器內(nèi)，恒溫30 ℃，振搖頻率150 r/min。吸附平衡后，取上清液，離心，測定吸光度，帶入標準曲線中計算吸附后溶液中的茯苓多糖濃度，進而根據(jù)式①計算吸附量mae。以茯苓多糖的初始濃度c0(g/L)為橫坐標，吸附量mae(mg)為縱坐標，繪制靜態(tài)吸附等溫線，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合靜態(tài)吸附等溫模型。結(jié)果見圖1。隨著茯苓多糖的初始濃度增大，PES-1萬膜上的吸附量增大，且初始濃度達到一定值后，上升趨勢變緩。這是因為起初隨著茯苓多糖初始濃度的增大，加快了茯苓多糖的分散速度，增加茯苓多糖與PES膜表面的接觸機會，促進PES-1萬膜對茯苓多糖的吸附的可能性。而增加大一定程度時，PES膜上的吸附位點有限，吸附量是有限的，吸附量達到飽和[4]。

其中c0為茯苓多糖的初始濃度，ce為吸附后上清液中的茯苓多糖的濃度，V為溶液體積。

2.2.2 靜態(tài)吸附方程的擬合 應用MATLAB軟件，分別采用Langmuir吸附等溫方程和Freundlich吸附等溫方程[5-6]對吸附平衡數(shù)據(jù)進行等溫吸附方程擬合。結(jié)果見圖2和表1。結(jié)合曲線和R值，F(xiàn)reundlich方程的R接近于1，且大于Langmuir方程的R，F(xiàn)reundlich等溫模型的擬合效果更好。因此，茯苓多糖在PES-1萬膜上的靜態(tài)吸附行為屬于多分子層吸附[7]。

Langmuir方程：

式中：ce為茯苓多糖溶液中的平衡濃度，mae為PES膜上茯苓多糖的飽和吸附量，A，B為Langmuir吸附平衡常數(shù)。

Freundlich方程：

式中：k是Freundlich吸附常數(shù)，1/n是異質(zhì)性因素，mae為PES膜上茯苓多糖的飽和吸附量，ce為茯苓多糖的平衡濃度。

表130℃時的吸附等溫常數(shù)

吸附模型回歸方程吸附等溫常數(shù)LangmuirY=-0.0146X-1.334A6.3532B-0.0928R0.5927FreundlichY=0.7181X-1.3341/n0.7181k0.0463R0.9624

2.3 解吸實驗

配制不同pH的解吸溶液(pH分別為7、8、9、10碳酸氫鈉溶液)。將“2.2”項下PES膜(初始濃度為3 g/L的茯苓多糖)置于解吸溶液中，定點取樣，離心，取上清液，測定吸光度，直至濃度不再變化(尋找結(jié)束點)。根據(jù)濃度計算解吸率(解吸率=解吸附量/吸附量)，以時間為橫坐標，解吸率為縱坐標，繪制解吸圖。結(jié)果見圖3。由前期實驗可知，茯苓多糖溶液顯弱酸性，因此，選擇弱堿性溶液-碳酸氫鈉作為解吸液。由圖3可知，pH值為8的碳酸氫鈉的解吸效果最佳。

3 討論

多糖的純化方式有膜分離法、沉淀法、色譜法和結(jié)晶法，其中膜分離可獲得高純度的多糖，相比較傳統(tǒng)水提醇沉法，超濾技術(shù)分離效率高，不需使用有機溶劑，且節(jié)能，成本低，在中藥領(lǐng)域有著獨特的優(yōu)勢[8]。但是多糖純化在采用膜分離技術(shù)時，分離膜表面往往會吸附一定的多糖使其分離效率降低且浪費中藥資源，因此需要找到合適的方法解決膜應用過程中產(chǎn)生的這一問題。

本實驗以PES超濾膜為吸附介質(zhì)，對中藥有效成分茯苓多糖進行吸附與解吸研究，其吸附模型符合Freundlich，屬于多分子吸附行為，然而本實驗中僅考察茯苓多糖初始濃度的影響，對溫度和pH等因素的影響還有待進一步探究。以碳酸氫鈉為解吸劑，可有效解吸膜上吸附的茯苓多糖，回收中藥活性成分，以達到高效節(jié)能、環(huán)保節(jié)約的目的，尤其是在中藥注射劑終端處理-膜處理熱源工藝中，為中藥活性成分資源化回收提供了可行性的實驗數(shù)據(jù)。