簡析膜分離技術在生物制藥中的使用
摘 要：膜分離是在20世紀初出現，目前已廣泛應用于醫藥用純水、生物、環保、化工等領域，成為當今分離科學中最重要的手段之一。膜分離技術具有在常溫下進行、無化學變化、選擇性好、無相態變化、適應性強、能耗低等特點。本文對膜分離技術在生物制藥中的應用進行綜述。
關鍵詞：膜;分離;制藥
膜分離是在20世紀初出現，20世紀60年代后迅速崛起的一門分離新技術。膜分離技術由于兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，目前已廣泛應用于電子、醫藥用純水、飲用蒸流水、生物、環保、化工等領域，成為當今分離科學中最重要的手段之一。膜分離技術具有在常溫下進行、無化學變化、選擇性好、無相態變化、適應性強、能耗低等特點。由發酵法生產的微生物藥物的分離和純化正面臨著含量低、易失活、收率低等問題，膜分離過程作為一種新型的分離技術得到了廣泛的發展。本文對膜分離技術在生物制藥中的應用進行綜述。
1 膜分離技術在抗生素、氨基酸和酶類分離純化中的應用
1.1 膜分離技術的特點
相對于傳統工藝，膜分離具有簡化工藝流程、產品質量高、操作簡單、能耗低、收率高、環保、運行費用低等優點。
1.2 分離原理
根據截留組分的不同，可以將膜過程分為微濾、超濾、納濾、反滲透、滲透蒸發、滲析、電滲析、氣體分離等。用于發酵液后處理的膜技術主要是超濾，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，依據其孔徑的不同，可將膜分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜，根據材料的不同，可分為無機膜和有機膜。抗生素、氨基酸和酶類分離純化主要應用超濾膜。
1.2.1 微濾膜又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，分離截留直徑0.01～10?滋m以上的粒子。液固分離等方面，常作超濾的預處理過程，如發酵液中的菌體、細胞、不溶物等。
1.2.2 超濾膜屬于非對稱多孔膜，是介于微濾和納濾之間的一種膜過程，孔徑在2～50nm。超濾膜以膜兩側的壓力差為驅動力，以超濾膜為過濾介質，在一定的壓力下，當水流過膜表面時，只允許水及比膜孔徑小的小分子物質通過，達到溶液的凈化、分離、濃縮的目的。超濾膜常用于處理發酵液可以截留病毒、蛋白質、酶、多糖等大分子物質。
1.2.3 反滲透的分離基本原理是溶解擴散學說，主要應用于水處理和熱敏感性物質的濃縮，主要應用領域包括以下：生物醫藥、生物發酵、醫藥行業工藝用水、制劑用水、注射用水、無菌無熱源純水等。
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，其截留分子量在80～1000的范圍內，處理發酵液時截留組分可小到抗生素，合成藥、染料、雙糖等，具有對小分子有機物有較高的截留性等特點。
1.3 膜分離技術在抗生素、氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中的應用
膜分離技術主要用于B一內酰胺類、大環內酯類、四環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用。李春艷、方富林等采用Ultra-flo超濾系統提純未經任何預處理的頭孢菌素 C發酵液，過濾收率由原工藝的 78%提高到 83.8%[1]。梁萬秋、何建勇等比較連續板式超濾與間歇板式超濾在頭孢菌素C發酵液過濾提純中的效果，結果連續板式超濾適應頭孢菌素C的過濾分離及與后續提取工藝的整合[2]。馮建立，許振良，王學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)對紅霉素發酵液去除乳化現象進行了試驗，結果表明超濾法可達到去除乳化的目的，同時提高了萃取的收率和質量[3]。張治國，王世展等采用蓬萊反滲透設備廠生產的NFB系列板式反滲透裝置已成功地應用于濟寧抗生素廠的鏈霉素生產中，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代替傳統的薄膜蒸發法提純濃縮卡那霉素樹脂解吸液，實驗結果表明濃縮倍數、濃縮收率、損失率、平均膜通量等指標均優化[5]。
2 分離純化的方式方法
根據近年來國內外應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
對于納濾，可以將萃取液用疏水性納濾膜處理進行濃縮或用親水性納濾膜對未經萃取的抗生素發酵濾液進行濃縮，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，會使分離性能降低。為防止這種情況發生，料液和乳狀液應分別為分散相和連續相進行分離。
2.3 組合分離
抗生素發酵液的分離有時候需要多個膜分離操作。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，經反應罐中裂解后，再經納濾膜濃縮，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5萬的超濾膜處理土霉素結晶母液，除去母液中的懸浮物和大分子物質，得到土霉素的純度82.9%[7]。
2.3.3 膜分離技術與傳統的分離技術相結合。膜分離技術與傳統的分離技術相結合，在不同程上吸取了膜分離和傳統分離方法的優點而避免了兩者原有的缺點。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，發現新工藝收率高，靜置分層快，不需要離心分離或活性炭脫色。
結束語：
目前的膜分離技術在生物制藥應用研究非常活躍，廣泛用于生物發酵液過濾除菌及下游分離純化精制、結晶母液回收、氨基酸發酵液過濾澄清及精制、生物蛋白、多肽、酶制劑等酵液過濾澄清及精制等。膜分離技術突出的優點和其廣闊的潛在市場使膜分離技術將在微生物制藥中發揮更為重要的作用。
參考文獻：
[1]李春艷，方富林，何旭敏，夏海平，藍偉光.超濾法提純頭孢菌素C的應用研究[J].福建醫科大學學報，2001，3-30.
[2]梁萬秋，何建勇，陳曉強.連續板式超濾系統在頭孢菌素C發酵液過濾提純中的應用[J].沈陽藥科大學學報，2007(12).
[3]馮建立，許振良，王學軍，楊志和.超濾去除紅霉素發酵液乳化現象的研究[J].中國抗生素雜志，2007，3，25.
[4]張治國，王世展，姜作禹，景玉鈞，林永斌，褚慶國.板式反滲透裝置在鏈霉素生產工藝中的應用[J].水處理技術，1994，12.
[5]葉榕，李春艷.超濾-納濾集成技術提純濃縮卡那霉素[J].福建醫科大學學報，2002，9，30.
[6]何旭敏，何國梅，曾碧榕.等.膜分離技術的應用[J].廈門大學學報(自然科學版)，2001，40(2)：495.
[7]李十中，王淀佐，胡永平.膜分離法回收土霉素結晶母液中的土霉素[J].中國抗生素雜志，2002，27(1)：25.
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