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簡(jiǎn)析膜分離技術(shù)在生物制藥中的使用
摘 要：膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，目前已廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥用純水、生物、環(huán)保、化工等領(lǐng)域，成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。膜分離技術(shù)具有在常溫下進(jìn)行、無(wú)化學(xué)變化、選擇性好、無(wú)相態(tài)變化、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低等特點(diǎn)。本文對(duì)膜分離技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。
關(guān)鍵詞：膜;分離;制藥
膜分離是在20世紀(jì)初出現(xiàn)，20世紀(jì)60年代后迅速崛起的一門分離新技術(shù)。膜分離技術(shù)由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，目前已廣泛應(yīng)用于電子、醫(yī)藥用純水、飲用蒸流水、生物、環(huán)保、化工等領(lǐng)域，成為當(dāng)今分離科學(xué)中最重要的手段之一。膜分離技術(shù)具有在常溫下進(jìn)行、無(wú)化學(xué)變化、選擇性好、無(wú)相態(tài)變化、適應(yīng)性強(qiáng)、能耗低等特點(diǎn)。由發(fā)酵法生產(chǎn)的微生物藥物的分離和純化正面臨著含量低、易失活、收率低等問(wèn)題，膜分離過(guò)程作為一種新型的分離技術(shù)得到了廣泛的發(fā)展。本文對(duì)膜分離技術(shù)在生物制藥中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。
1 膜分離技術(shù)在抗生素、氨基酸和酶類分離純化中的應(yīng)用
1.1 膜分離技術(shù)的特點(diǎn)
相對(duì)于傳統(tǒng)工藝，膜分離具有簡(jiǎn)化工藝流程、產(chǎn)品質(zhì)量高、操作簡(jiǎn)單、能耗低、收率高、環(huán)保、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
1.2 分離原理
根據(jù)截留組分的不同，可以將膜過(guò)程分為微濾、超濾、納濾、反滲透、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、氣體分離等。用于發(fā)酵液后處理的膜技術(shù)主要是超濾，其次是納濾、微濾、反滲透以及液膜分離等。膜的孔徑一般為微米級(jí)，依據(jù)其孔徑的不同，可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜，根據(jù)材料的不同，可分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜�？股亍被岷兔割惙蛛x純化主要應(yīng)用超濾膜。
1.2.1 微濾膜又稱微孔過(guò)濾，它屬于精密過(guò)濾，分離截留直徑0.01～10?滋m以上的粒子。液固分離等方面，常作超濾的預(yù)處理過(guò)程，如發(fā)酵液中的菌體、細(xì)胞、不溶物等。
1.2.2 超濾膜屬于非對(duì)稱多孔膜，是介于微濾和納濾之間的一種膜過(guò)程，孔徑在2～50nm。超濾膜以膜兩側(cè)的壓力差為驅(qū)動(dòng)力，以超濾膜為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，當(dāng)水流過(guò)膜表面時(shí)，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質(zhì)通過(guò)，達(dá)到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。超濾膜常用于處理發(fā)酵液可以截留病毒、蛋白質(zhì)、酶、多糖等大分子物質(zhì)。
1.2.3 反滲透的分離基本原理是溶解擴(kuò)散學(xué)說(shuō)，主要應(yīng)用于水處理和熱敏感性物質(zhì)的濃縮，主要應(yīng)用領(lǐng)域包括以下：生物醫(yī)藥、生物發(fā)酵、醫(yī)藥行業(yè)工藝用水、制劑用水、注射用水、無(wú)菌無(wú)熱源純水等。
1.2.4 納濾膜平均孔徑2nm左右，是介于超濾與反滲透之間的一種膜分離技術(shù)，其截留分子量在80～1000的范圍內(nèi)，處理發(fā)酵液時(shí)截留組分可小到抗生素，合成藥、染料、雙糖等，具有對(duì)小分子有機(jī)物有較高的截留性等特點(diǎn)。
1.3 膜分離技術(shù)在抗生素、氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中的應(yīng)用
膜分離技術(shù)主要用于B一內(nèi)酰胺類、大環(huán)內(nèi)酯類、四環(huán)素類等抗生素以及氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中的應(yīng)用。李春艷、方富林等采用Ultra-flo超濾系統(tǒng)提純未經(jīng)任何預(yù)處理的頭孢菌素 C發(fā)酵液，過(guò)濾收率由原工藝的 78%提高到 83.8%[1]。梁萬(wàn)秋、何建勇等比較連續(xù)板式超濾與間歇板式超濾在頭孢菌素C發(fā)酵液過(guò)濾提純中的效果，結(jié)果連續(xù)板式超濾適應(yīng)頭孢菌素C的過(guò)濾分離及與后續(xù)提取工藝的整合[2]。馮建立，許振良，王學(xué)軍等采用自制的三種中空纖維超濾膜(U F-1、U F-2和U F-3)對(duì)紅霉素發(fā)酵液去除乳化現(xiàn)象進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明超濾法可達(dá)到去除乳化的目的，同時(shí)提高了萃取的收率和質(zhì)量[3]。張治國(guó)，王世展等采用蓬萊反滲透設(shè)備廠生產(chǎn)的NFB系列板式反滲透裝置已成功地應(yīng)用于濟(jì)寧抗生素廠的鏈霉素生產(chǎn)中，收率明顯提高，能耗和物耗大幅度降低[4]。葉榕等采用超濾-納濾集成膜分離技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的薄膜蒸發(fā)法提純濃縮卡那霉素樹(shù)脂解吸液，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明濃縮倍數(shù)、濃縮收率、損失率、平均膜通量等指標(biāo)均優(yōu)化[5]。
2 分離純化的方式方法
根據(jù)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外應(yīng)用膜分離純化微生物藥物的方式方法，大致有以下幾類。
2.1 分離方式
對(duì)于納濾，可以將萃取液用疏水性納濾膜處理進(jìn)行濃縮或用親水性納濾膜對(duì)未經(jīng)萃取的抗生素發(fā)酵濾液進(jìn)行濃縮，減少萃取劑的用量。
2.2 多層液膜分離
例如紅霉素在水/油乳狀液滴中的滲透，乳狀液滴中一旦形成的濃團(tuán)，會(huì)使分離性能降低。為防止這種情況發(fā)生，料液和乳狀液應(yīng)分別為分散相和連續(xù)相進(jìn)行分離。
2.3 組合分離
抗生素發(fā)酵液的分離有時(shí)候需要多個(gè)膜分離操作。通常先采用微濾或超濾，去除鹽和水，再采用納濾濃縮。
2.3.1 超濾和納濾膜組合分離。何旭敏等用超濾膜處理6-APA的鉀鹽，經(jīng)反應(yīng)罐中裂解后，再經(jīng)納濾膜濃縮，裂解率為97.5%[6]。
2.3.2 超濾和反滲透膜組合分離。李十中等先用截留分子量5萬(wàn)的超濾膜處理土霉素結(jié)晶母液，除去母液中的懸浮物和大分子物質(zhì)，得到土霉素的純度82.9%[7]。
2.3.3 膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相結(jié)合。膜分離技術(shù)與傳統(tǒng)的分離技術(shù)相結(jié)合，在不同程上吸取了膜分離和傳統(tǒng)分離方法的優(yōu)點(diǎn)而避免了兩者原有的缺點(diǎn)。李十中等利用超濾/萃取法提取青霉素G、紅霉素和麥迪霉素，發(fā)現(xiàn)新工藝收率高，靜置分層快，不需要離心分離或活性炭脫色。
結(jié)束語(yǔ)：
目前的膜分離技術(shù)在生物制藥應(yīng)用研究非常活躍，廣泛用于生物發(fā)酵液過(guò)濾除菌及下游分離純化精制、結(jié)晶母液回收、氨基酸發(fā)酵液過(guò)濾澄清及精制、生物蛋白、多肽、酶制劑等酵液過(guò)濾澄清及精制等。膜分離技術(shù)突出的優(yōu)點(diǎn)和其廣闊的潛在市場(chǎng)使膜分離技術(shù)將在微生物制藥中發(fā)揮更為重要的作用。
參考文獻(xiàn)：
[1]李春艷，方富林，何旭敏，夏海平，藍(lán)偉光.超濾法提純頭孢菌素C的應(yīng)用研究[J].福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，3-30.
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[3]馮建立，許振良，王學(xué)軍，楊志和.超濾去除紅霉素發(fā)酵液乳化現(xiàn)象的研究[J].中國(guó)抗生素雜志，2007，3，25.
[4]張治國(guó)，王世展，姜作禹，景玉鈞，林永斌，褚慶國(guó).板式反滲透裝置在鏈霉素生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，1994，12.
[5]葉榕，李春艷.超濾-納濾集成技術(shù)提純濃縮卡那霉素[J].福建醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，9，30.
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[7]李十中，王淀佐，胡永平.膜分離法回收土霉素結(jié)晶母液中的土霉素[J].中國(guó)抗生素雜志，2002，27(1)：25.
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