主题：【分享】膜分离技术在中药绿色制造中的应用与展望

中药作为中华民族传统文化的瑰宝，在疾病预防、治疗、保健中具有重要作用。国务院在《中医药发展战略规划纲要（2016—2030年）》中明确指出，中医药是我国为数不多具有原创优势的科技领域，是我国医药卫生领域科技竞争力的重要体现。同时，该纲要也明确将建立中药绿色制造体系制定为重点任务，促进中药制药向绿色制造转型，以促进中药产业的高速发展，这对国家经济发展也具有重大意义。

中药组成十分复杂，一味中药可能含有成百上千种不同的成分，如生物碱、有机酸、黄酮、挥发油和萜类化合物及蛋白质、淀粉、多糖等，且其相对分子质量大小不一[1]。一般来说，中药有效成分如生物碱、有机酸和黄酮等的相对分子质量往往小于1 000，具有多靶向作用，被称为天然组合化学库（natural combinatorial chemical libraries，NCCL）[2]。如何在中药中获得NCCL及如何对NCCL中成分进行选择性分离，使其可以达到世界卫生组织（World Health Organization，WHO）对传统医药“安全、有效、稳定、均一、经济”的要求，是实现中药绿色制造的重点和难点。
分离是中药生产过程中的共性关键技术[3]，中药传统的分离方法主要有吸附法、萃取法、醇沉法、离子交换法和重结晶法等，这些方法大多存在以下问题：有机试剂消耗量大、污染严重；生产周期长、能耗高；有效成分损失多，非有效成分去除率低，药效不能充分利用；过于注重单个成分的作用，不符合中药“整体、多元”特征[4]。传统分离工艺的诸多缺点使承载了中华民族几千年智慧结晶的中药难以达到WHO对传统医药的要求，降低了中药在国际医药市场的竞争力。据统计，2018年全球中药市场容量为800亿美元，我国中药出口总额为36.24亿美元，中成药出口总额仅为2.64亿美元，而日韩中药产品占全球市场的80%[5]。日本占据了大量的中药国际市场，与其应用膜分离技术生产中药产品密切相关，如小柴胡汤作为日本药典中首个被认可的中药汉方制剂，就使用了超滤工艺生产[6-7]。因此，当前亟需开发新型的分离技术用于中药绿色生产及资源化利用，推动中药绿色制造。
膜分离技术是以选择透过性薄膜为载体，在膜两侧施加驱动力（压力场、电场、浓度场等）对混合物进行分离、纯化和浓缩，从而获得目标产品的过程，常用的膜分离技术有微滤、超滤、纳滤、膜蒸馏等[8-9]。目前，膜分离技术已广泛用于食品、医药、生物、能源、石油、化工和水处理等领域，是当今分离科学中最重要的新型分离技术之一，也是国际公认的21世纪最有发展前途的高新技术之一[10]。膜分离技术以水为基本溶剂的特点，符合千百年来中医用药的要求，其高效率、低能耗、无污染的分离特点，也符合中药绿色制造的标准[11]。因此，本文将详细介绍膜分离技术在中药绿色制造中的应用，并展望未来膜分离技术在中药绿色制造中的发展方向，推动实现中药绿色制造。
1 微滤
千百年来，以水煎煮是中药最常用的使用方法，但是以水煎煮得到的药液杂质含量较高、药液浑浊，对药效会产生一定的影响。微滤膜孔径为0.1～5.0 μm，几乎允许所有中药有效成分通过，同时可以有效截留中药提取液中固形物、颗粒、微生物等杂质，降低溶液黏度，使溶液变得澄清透明，减少服用剂量、提高用药安全性[12-13]。因此，现阶段微滤技术主要用于中药提取液的预处理（表1）[14-23]，如山茱萸水提液、三七水提液、黄柏提取液等，实验装置见图1（超滤、纳滤和反渗透实验装置同此图）。李国龙等[14]使用无机陶瓷微滤膜精制山茱萸水提液，主要成分马钱苷的透过率达75.3%。锶景希等[17]采用50、200和500 nm的无机陶瓷膜精制川芎水提液，其有效成分阿魏酸透过率分别高达88%、94%和96%。王龙德等[18]使用聚醚砜微滤膜分离提纯苦楝素，苦楝素的透过率达到99.4%，通量达到147.2 L/(m2·h)。姜淑等[15-16,19]用陶瓷膜微滤过程对三七、槐米、黄柏提取液进行了精制处理，3种提取液有效成分透过率均大于70%，与提取液相比，陶瓷膜微滤透过液变得澄清透明、有效成分含量高。在后续清洗过程中，膜清洗方便、通量恢复率高，可再生使用。罗友华[22]使用陶瓷膜微滤技术精制复方咽舒宁水提液，其有效成分表告依春和哈巴俄苷在微滤液中的透过率分别达到93.8%和82.7%，且与水提液相比，微滤液对5种咽炎致病菌的最低抑菌浓度和最低杀菌浓度无明显差异。

微滤预处理效果好、能耗低、无污染等特点也使其与其他分离技术（如醇沉法）相比有更大的应用前景。金万勤等[20]使用无机微滤膜精制枳实水煎液，并与醇沉法精制效果进行对比。微滤透过液中辛弗林得率为81.9%，醇沉上清液辛弗林得率为80%，二者相当，但醇沉法消耗大量有机试剂，安全性较差。姜淑等[21]用陶瓷膜微滤精制小儿健脾平肝水提液，与醇沉法相比，微滤液中固形物去除率为44.6%，醇沉液中固形物去除率为45.5%，固形物去除率相当；微滤液中芍药苷透过率为69.5%，而醇沉液中芍药苷透过率仅为38.0%，在有效成分透过率方面微滤法显著优于醇沉法。因此，相比于其他预处理工艺，微滤是一种安全、有效、无污染的工艺。
2 超滤
超滤核心为超滤膜，超滤膜截留相对分子质量为1×103～5×105，相比于微滤，超滤适用范围更广。中药中低分子量有效成分的相对分子质量一般小于1 000，称为NCCL。同时，中药中还含有大量的高相对分子质量有效成分，如中药多糖，其相对分子质量为5×103～5×105。因此，超滤膜广阔的使用范围可实现中药有效成分的分离和纯化。
在中药有效成分分离、纯化方面，李路军等[24]使用不同孔径的超滤膜对山麦冬多糖提取液进行了分离纯化。经分离后的多糖中相对分子质量在3×104以上的质量分数为50.3%，在1×104～3×104的质量分数为19.6%，在1×103～1×104的质量分数为13.8%，相对分子质量小于1 000的低聚糖和单糖质量分数为16.3%，各级多糖干物质质量分数均大于90%，表明使用超滤获得高纯度多糖的同时实现了多糖的分级和分离。朱应怀等[25]使用陶瓷膜超滤技术对甘草中甘草酸和甘草苷进行了同步提取纯化处理。在最优条件下，甘草酸和甘草苷的超滤平均透过率分别高达99.3%和98.9%。这种方法生产成本低、污染小、效率高，适用于工业化应用。
中药制剂是中医药行业的重要组成部分，是走向中药现代化的关键一步。但是，近年来中药制剂安全成了人们所关注的问题，中药制剂生产工艺也存在着一些不足，如分离技术不成熟、制剂疗效不稳定等[26]。就分离技术而言，超滤工艺因其具有常温操作、不使用有机溶剂、无相变等特点，适用于中药制剂中液体制剂（如注射剂和口服液等）的生产，同时选择合适的超滤膜可除去中药制剂中热源等大分子物质，提高中药液体制剂的稳定性和安全性[27]。如表2所述，超滤已应用于多种中药液体制剂的生产[28-39]，如脉络宁注射液、热毒宁注射液、舒血宁注射液、苦参素注射液等。

缪菊连等[28]优化超滤工艺用于三七总皂苷注射液的分离纯化，在最优工艺条件下，人参皂苷Rg1、Rb1及三七皂苷R1各组分透过率均超过90%。杨琴等[29]使用响应面法对参麦注射液的超滤工艺进行了优化，总固体和总皂苷的平均透过率分别达到了94.0%和89.2%，内毒素截留率达到了95.6%。姜国志等[30]采用正交实验法优化了舒血宁注射液的超滤工艺，研究结果显示药液温度、密度和进出口压差3个因素对总黄酮醇苷、银杏内酯A～C的透过率、总固体的降低率无显著影响，而超滤膜孔径对其有显著的影响（P＜0.01）。宫凯敏等[33]用超滤技术去除苦参素注射液中细菌内毒素，结果表明经超滤处理后的苦参素注射液细菌内毒素去除率为96.2%，有效成分氧化苦参碱的透过率为96%。支兴蕾等[34]使用超滤法去除生脉注射液中细菌内毒素，结果表明截留相对分子质量为1×105复合超滤膜对各有效成分透过率均大于99%，对细菌内毒素去除率达97.8%。朱明岩等[37]使用不同超滤膜组件对热毒宁注射液进行了处理，结果发现中空纤维膜、板式膜在固含物减少率及提高澄明度方面较卷式膜有优势，3种膜组件均适合热毒宁注射液脱炭液的超滤，其中以板式膜为最佳，说明使用不同孔径超滤膜及膜组件处理中药注射剂可以提高临床使用安全性。王永香等[38]研究了不同截留相对分子质量膜和膜组件对热毒宁注射液脱碳液的精制效果，研究发现截留相对分子质量为1 000的聚砜中空纤维膜对草酸盐和树脂有明显的去除效果，截留相对分子质量为5 000的聚砜板式膜能100%去除细菌内毒素。薛东升等[39]使用超滤工艺制备痰热清注射液，经超滤处理后其指标性成分黄芩苷、氨基酸和熊去氧胆酸的透过率分别达到92.3%、96.7%和93.8%，内毒素去除率达到了注射用水的标准要求。说明超滤可以有效去除中药制剂中的内毒素，保留有效成分，提高中药制剂的用药安全性，推动中药绿色制造。
3 纳滤
纳滤膜孔径为0.5～1.0 nm，推动力压差为0～4 MPa，分离性能介于反渗透和超滤，允许无机盐、小分子有机物质和溶剂透过膜，从而达到分离浓缩的效果[40]。在制药和医疗中，纳滤多用于抗生素、维生素、氨基酸等发酵液的澄清滤过，中成药、保健品口服液的除菌浓缩等[41]。同时，纳滤具有筛分效应、溶解-扩散效应和道南效应等[42-43]。因此，在中药行业中，纳滤更多的用于具有多种存在形式的酚酸和生物碱浓缩分离，如阿魏酸、京尼平苷酸、苦参碱等。
李存玉等[44-45]使用响应面法对川芎水提液和苦参提取液的纳滤分离工艺进行了优化，在最优工艺条件下，川芎指标性成分阿魏酸的截留率达到93.0%，接近实测值91.2%；苦参中苦参碱的截留率为94.4%，总生物碱截留率达到97.6%。陈晓鹏等[46]对比了减压浓缩和纳滤浓缩2种工艺对杜仲叶中京尼平苷酸的精制效果，发现在最佳纳滤工艺条件下（膜截留相对分子质量为400、跨膜压差为1.40 MPa、pH 6.80），京尼平苷酸平均截留率约为93.7%，而减压浓缩在最优温度70 ℃下为86%左右，在温度高于80 ℃时透过率低于75%，成分损失明显。纳滤在常温下运行，可以有效避免热敏性成分的损失，相比于其他浓缩工艺（如蒸发浓缩），纳滤更适用于中药活性成分的浓缩处理。
如上所述，纳滤原理不是简单的“筛分”，是多种效应共同作用的结果，解决纳滤分离机制不清晰这一问题有助于推进纳滤工艺在中药行业中的应用。李存玉等[47]研究了枳实中辛弗林存在状态与其纳滤传质过程的相关性。通过测定辛弗林pKa（8.25～8.84）分析溶液中辛弗林的存在状态，设计了3种不同pH溶液（4.0、8.5、10.0），然后测定3种不同pH溶液纳滤过程的膜通量，发现当辛弗林处于完全解离状态时膜通量最低，这是由于以解离态存在的辛弗林因电荷排斥难以接近膜表面从而保持了高截留率，而游离态辛弗林不受电荷排斥影响从而更容易接近膜进而扩散通过膜。表明通过控制pH可以调控中药活性成分的存在状态，从而提高纳滤分离浓缩效率。Huang等[48]研究了竞争效应在纳滤膜分离苦参碱和氧化苦参碱中的作用。通过研究发现苦参碱和氧化苦参碱单体溶液截留率相似，当二者处于混合溶液时，苦参碱截留率无明显变化，而氧化苦参碱的截留率却明显增加。因为当二者溶液混合时，苦参碱呈解离态，氧化苦参碱呈游离态，此时纳滤膜表面带负电，解离态苦参碱会优先占据纳滤膜表面膜孔，从而增加氧化苦参碱截留率，表明控制合适的pH，可以实现结构相似中药活性成分的分离。
此外，针对适用于中药活性成分分离的纳滤膜开发，Tan等[49]成功研发了一种具有超亲水性的新型中性电荷纳滤膜。该纳滤膜对中药中具有药理活性的代表性小分子化合物如小檗碱（生物碱）、栀子苷（糖苷）、辛弗林（生物碱）、阿魏酸（有机酸）等具有不同电荷的有机分子具有良好的分离性能，对相对分子质量＜400的分子透过率高于90%，对相对分子质量＞800的分子截留率达到90%。同时，在较宽的pH范围和不同的盐溶液中，该纳滤膜能保持稳定的电中性，并且由于超亲水性和中性电荷的协同作用，该纳滤膜也具有优异的防污染性能。该研究为设计具有特定表面性能的亚纳米多孔膜用于分子的分离提供了新思路，这对具有复杂溶液体系的中药提取液的浓缩无疑是巨大的利好。
综上，纳滤在常温下即可达到浓缩的目的、运行过程中无相变、无化学反应，能耗低、操作简便，符合中药绿色制造的要求，尤其适用于中药热敏性有效成分的浓缩处理。同时，大量高性能纳滤膜的问世，将会促进中药有效成分浓缩的发展，加快中药现代化转型的脚步。
4 膜蒸馏
膜蒸馏是膜技术与蒸发相结合的过程，可实现在较低温度下物质的浓缩分离。膜蒸馏技术在中药行业中一般用于中药有效物质的浓缩、中药废水的循环利用等领域[50]。
在中药有效成分的浓缩方面，黄荣荣等[51]探讨了真空膜蒸馏技术浓缩枇杷叶提取液的可行性，结果表明浓缩后的提取液中有效成分熊果酸没有损失，且膜通量保持稳定，无明显膜污染。石飞燕等[52]使用真空膜蒸馏法对黄芩提取液进行了浓缩处理，通过优化进料温度、真空度等参数，黄芩苷的截留率可达100%。表明膜蒸馏技术可以实现中药提取液有效成分的高效浓缩。
在中药废水循环利用方面，课题组前期使用真空膜蒸馏技术回收中药清洗废水，对进料温度、流量、渗透侧真空度和膜材料进行了参数优化并考察了化学清洗对膜污染的去除效果[53]。结果表明，使用真空膜蒸馏法回收中药加工清洗废水是可行的。与进料溶液相比，馏出液化学需氧量降低了99%。通过化学清洗，特别是碱作为清洗剂，能有效去除污垢层，增加膜使用寿命。同时，课题组前期还进行了真空膜蒸馏处理中药姜黄清洗废水工艺研究，通过优化工艺条件，膜通量最高可达51.35 kg/(m2·h)，馏出液水质完全符合《中药类制药工业水污染物排放标准（GB/T 21096-2008）》中所规定的排放限值，同时达到《城市污水再生利用工业用水水质（GB/T 19923-2005）》中所规定的再生用水标准[54]。表明在中药废水循环利用方面，膜蒸馏技术表现出较大的应用空间，有望成为推动中药现代化的关键技术。
5 集成膜技术
如上文所述，中药组成成分复杂，一味中药通常含有多种有效成分，仅使用一种膜分离技术难以有效实现中药有效成分的分离、纯化和浓缩。郭立玮等[55]2016年中国-欧盟医药生物膜科学与技术研讨会中提到，膜分离及其集成技术适应中药药效物质整体、多元的优势，可充分实现中药资源的核心价值，并具有高效、节能和无污染等特点，是体现中药资源的“潜在价值”与“间接价值”的共性关键技术。
目前，集成膜技术形式多样，微滤膜孔径最大，一般作为第1步用于中药提取液预处理来除去细菌、胶体、不溶性颗粒等物质；超滤膜孔径范围广，既可用于微滤液的进一步处理，除去大分子蛋白质、细菌、胶体等物质，也可用于中药有效成分如多糖的分级分离及其他小分子成分的分离和精制；纳滤、膜蒸馏等由于膜孔径较小，一般用于经微滤、超滤后中药提取液的分离和浓缩。在以上膜分离技术中，以微滤、超滤、纳滤互为组合的膜集成技术应用范围广且最为常用，如微滤-超滤、微滤-纳滤、超滤-纳滤、微滤-超滤-纳滤等，见表3[56-63]。
张丽等[56]使用微滤-超滤精制淫羊藿水提液，以总黄酮透过率、溶液固溶物去除率为评价指标。结果表明经微滤-超滤技术处理后的淫羊藿水提液中总黄酮透过率可达90%以上。Pi等[57]用膜技术清洁化生产麻黄中的麻黄碱，首先用0.45 μm微滤膜预处理，麻黄碱透过率达到97.9%；然后用截留相对分子质量为160的纳滤膜浓缩微滤渗透液中麻黄碱，麻黄碱的截留率达到99.9%。此时纳滤透过液化学需氧量仅为110 mg/L，可回收至萃取工序。与传统工艺相比，水耗降低了59.4%，废水产生量降低了75.8%。宋晓春等[59]通过超滤-纳滤证实了膜集成技术用于当归水提液纯化和浓缩的可行性。在最优工艺条件下，阿魏酸超滤透过率＞90%、纳滤泄露率仅为1%。韩伟等[60]使用超滤-纳滤分离浓缩金毛狗脊中的黄酮类成分，经超滤分离后，总黄酮透过率为61.3%；然后经纳滤浓缩后，总黄酮回收率达到68.3%。并且与大孔吸附树脂法相比，纳滤只需要90 min就可以将超滤透过液浓缩2.19倍，回收率为68.3%，而大孔吸附树脂法经283 min只能浓缩1.63倍，回收率为61.8%。骆灵敏等[61]用超滤-纳滤分离浓缩川贝母生物碱。实验结果表明截留相对分子质量为1×104的超滤膜，允许98.6%的西贝母碱的透过率，同时可除去98.6%的蛋白质；截留相对分子质量为500的纳滤膜可截留93.6%的西贝母碱。薛盛剑等[62]采用超滤-纳滤浓缩干姜有效成分，在最佳工艺下，其指标性成分6-姜辣素超滤透过率达到98.6%，纳滤截留率达95.6%，总蛋白去除率为98.9%。袁亮等[63]采用多级膜技术（微滤-超滤-纳滤）浓缩黄芩苷提取液，有效成分黄芩苷的总回收率高达96%。微滤、超滤、纳滤在常温下运行，反应无相变，可实现中药提取液中有效成分的分离、纯化和浓缩，特别适用中药有效成分中某些具有热不稳定性物质的分离、纯化和浓缩，是推动中药产业现代化的关键技术。

随着科技的进步，中医药产业发展迅速，中药废水的排放量也越来越大。中药废水成分复杂、有机物含量高、色度重、气味大等特点也使它成为行业公认的难处理废水之一[64]。中药废水处理方式多种多样，膜分离法便是其中之一。Zhong等[65]讨论了用超滤-膜蒸馏技术实现中药废水资源化利用的可行性。经超滤处理后，废水中咖啡酸、绿原酸、迷迭香酸、甘草酸铵的透过率分别为87%、76%、67%、99%，有机物去除率达到64%，并且选择具有抗污染和抗湿性的聚偏氟乙烯膜进行膜蒸馏。此研究表明超滤-膜蒸馏技术能有效分离大分子和生物活性化合物，实现中药废水的资源化利用。
Li等[66]针对上述超滤-膜蒸馏集成技术在中药废水处理中的不足，设计了超滤-正渗透-膜蒸馏集成技术系统进行中药废水资源化利用研究。在超滤和膜蒸馏之间增加正渗透工艺，有效去除超滤透过液中天然表面活性剂甘草酸等，避免了之前超滤-膜蒸馏处理中药废水时出现的膜润湿问题。膜集成技术将微滤、超滤、纳滤等膜技术优点集结为一体，充分发挥各种膜技术的优点，避其不足，对于实现现代中药绿色制药的目标具有重大意义。
6 其他膜分离技术
6.1 反渗透
反渗透原理是借助半透膜对溶液中溶质的截留作用，以高于溶液渗透压的压差为推动力，使溶剂渗透通过半透膜，溶质不能透过半透膜，从而达到分离浓缩的目的[67]。目前，在中药行业中反渗透主要用于药液的浓缩、澄清、制药用水等。
严滨等[68]用反渗透技术对鼻炎康等中药提取液进行了浓缩研究。结果表明，反渗透工艺可有效脱水60%以上，中药的主要有效成分保留率达90%，膜通量稳定在14 L/(m2·h)，膜清洗后通量可恢复至80%以上。李光等[69]用反渗透技术对五味子保健酒进行了澄清处理，经过反渗透处理后，五味子保健酒的澄清度和稳定性得到了大幅度的提高。金唐慧[70]考察了反渗透浓缩对四逆汤物料体系理化参数的影响，并进行了相关性研究。实验结果表明各样品体系的电导、盐度和溶解性固体总量（total dissolved solids，TDS）3种理化参数与渗透压存在显著的相关性，盐度、电导、TDS三者之间亦显著线性相关。同时，四逆汤物料体系经过反渗透浓缩后，浓缩液中原化学成分组成得到了很好的保留，证明了反渗透用于中药提取液浓缩的可行性。
6.2  电渗析
通过压力驱动膜技术可以成功从中药水提液中分离获得NCCL，NCCL由生物碱、有机酸、黄酮等多种活性成分构成，具有多靶点的作用效果。然而NCCL中不同类成分的药理活性、作用机制不同，如生物碱类和黄酮类化合物是传统中药莲子心中2种重要的活性成分，连心碱类具有抗炎、抗心律失常、抗血栓、调血脂等药理活性[71-72]，而黄酮类化合物则具有对过敏、感染、高血压、肿瘤等疾病的辅助治疗作用[73-74]。因此，中药活性成分的高效、高质量分离对于提高中药临床疗效、减少临床服用剂量具有重大意义。同时，中药有效成分如生物碱、有机酸等在传统分离纯化过程中，一般会使用离子交换树脂吸附、洗脱，这会导致中药洗脱液中含有大量的离子化成分，难以实现精细分离。
电渗析技术核心为离子交换膜，电渗析膜堆单元中离子交换膜可根据实际情况选择合适的排列方式，在直流电场的作用下，溶液中阳离子通过阳离子交换膜向阴极移动，阴离子通过阴离子交换膜向阳极移动，进而实现溶液中荷电物质与荷电物质、荷电物质与非荷电物质的高效筛分、分级分离[75-76]。因此，电渗析技术在中药有效成分的选择性分离及中药树脂洗脱液精细分离方面具有广泛的应用前景。
课题组前期采用电渗析技术，从含盐洗脱液中同时回收盐和纯化两性离子水苏碱[77]。电渗析分离装置淡化室为含盐洗脱液，含有两性离子水苏碱和高浓度的氯化钠，通过调节pH，水苏碱以游离态形式存在，此时淡化室中钠离子和氯离子会在电场作用下通过阳离子交换膜和阴离子交换膜迁移至浓缩室，同时实现回收盐和纯化两性离子水苏碱的目的。经电渗析工艺处理后，副产物氯化钠溶液的浓度高达2.9 mol/L，可以直接回收利用；氯化钠的回收率可达99.8%，质量分数可达99.6%；水苏碱的回收率和质量分数分别可达95.6%和99.3%，且能耗仅为8.34 kWh/m3。此外，课题组还设计了多种电渗析装置用于中药有效成分的分离纯化，分别为一种电渗析用于益母草总碱洗脱液脱盐的方法，益母草总碱溶液的脱盐率达到了99%以上[78]；一种电渗析去除芦笋皂苷提取液中重金属离子的方法，重金属离子的去除率达99%以上[79]；一种超滤膜辅助电渗析装置用于苦参生物碱的分离纯化的方法，苦参生物碱中氧化苦参碱回收率达到了97.0%，氧化苦参碱质量分数达到98.7%[80]。
综上，电渗析工艺以外加电场为推动力，利用离子交换膜对荷电物质的选择性筛分功能，可实现中药提取液中荷电物质与荷电物质、荷电物质与非荷电物质的高效筛分、分级分离。基于该技术高效率、低能耗、高选择性分离等优势，电渗析将在中药有效成分（特别是生物碱、有机酸等荷电有机物质）分离中将体现出较大的潜力，并有望实现规模化应用。
7 膜分离技术在中药绿色制造中的展望
膜分离作为一种新兴跨学科的高新技术，已成为当今世界最重要的分离手段之一。中药有效成分多数为小分子有机化合物，对温度、pH等外界因素较为敏感，膜分离技术具有的常温操作、低能耗、无相变分离和相变分离等特性，既不改变中药有效成分的理化性质，也切实符合中药绿色制造的要求。
目前，膜分离技术在中药有效成分的分离、中药制剂的除杂和中药废水的资源化利用等已经取得了一定规模的应用，并且取得了一定的成效。然而，由于中药溶液体系的复杂性，膜污染成为了制约中药绿色制造的一大挑战，使当前应用最多的膜分离技术还是以无机陶瓷膜为主的微滤技术，如云南白药集团股份有限公司推出的“宫血宁胶囊”就采用陶瓷膜微滤技术生产，并成功入选了《中国药典》2020年版[81]。相比与有机高分子膜，无机陶瓷膜以二氧化锆或三氧化二铝等无机材料为基质，具有耐高温、机械强度高、化学稳定性好和使用寿命长等优点，适合体系复杂中药提取液的分离，其中三氧化二铝膜约占膜应用总量的22%[9]。其他膜分离技术还需结合中药产业的特点继续发展，如有研究表明中药某些活性成分如生物碱对不同材质的超滤膜具有较强的选择性，截留相对分子质量为1×104的醋酸纤维素超滤膜对辛弗林的透过率可达99.0%，而截留相对分子质量同样为1×104的聚苯乙烯超滤膜对辛弗林的透过率只有33.3%[82]。因此，使用超滤分离中药活性成分时，应根据待分离成分的特性选择合适的超滤膜。而纳滤膜具有溶解-扩散和道南效应等多种效应，适合中药小分子有机物的分离和浓缩；电渗析在直流电场作用下运行，可用于荷电物质与荷电物质、荷电物质与非荷电物质的分离，而传统离子交换膜孔径较小，中药有效成分难以通过离子交换膜迁移，故可将孔径较大的超滤或纳滤膜组装至电渗析装置中，从而实现荷电中药有效成分（如有机酸、生物碱）的纯化和浓缩。
此外，中药溶液体系的复杂性导致人们对中药作用机制不清晰、对各种有效成分间的关系不够明确。因此，要推动膜分离技术实现中药绿色制造，还需从以下几方面入手：（1）膜污染的防治、面向中药绿色制造的膜材料开发等；（2）膜分离处理后中药物质基础的研究，包括化学成分的组成、不同化学成分的药理药效是否改变等；（3）先进膜设备及膜工艺的研发，实现中药药效物质的定向精准分离，通过明确不同药效物质的作用机制，对中药有效成分进行协同配伍，以期实现改良型新药的开发。综上，在膜污染的防治、膜材料开发、先进膜设备和膜工艺研发、中药物质基础研究等方面亟需中药和膜分离等领域的学者做出更多的努力，为中药绿色制造奠定科学和技术基础，促进中药行业绿色、高质量发展。