微生物制藥中膜分離技術(shù)應(yīng)用探析

孟慶龍

【摘要】在當(dāng)代的生物制藥分離工程技術(shù)中，膜分離技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，并且具有顯著應(yīng)用意義。本文就膜分離技術(shù)的應(yīng)用展開討論，主要包括在抗生素、氨基酸、酶類分離純化等的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，并且根據(jù)應(yīng)用效果，對膜分離技術(shù)應(yīng)用中存在的問題和針對問題的改進(jìn)方法進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】膜分離技術(shù)；生物制藥；分離濃縮

【中圖分類號】TQ460.62 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B【文章編號】1004-4949（2014）01-0088-01

膜分離技術(shù)是現(xiàn)代生物制藥分離工程的一門新技術(shù)，主要針對生物分離、生物濃縮以及凈化提純技術(shù)，是當(dāng)代廣泛應(yīng)用的技術(shù)之一，其技術(shù)特點(diǎn)是：節(jié)約能量、保護(hù)產(chǎn)品原有結(jié)構(gòu)不被破壞、無污染、操作簡便、常溫下可持續(xù)操作、有專一性等[1]。而且在膜分離技術(shù)中有各種不同的機(jī)制，以便用于不同的分離要求，特備是在熱敏性物質(zhì)的分離過程中有顯著的優(yōu)勢，因此在食品的深加工以及醫(yī)藥的分離過程中都具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用意義，具備獨(dú)特性和實(shí)用性。

1膜分離技術(shù)應(yīng)用在抗生素、氨基酸和酶類分離純化中。

1.1應(yīng)用特點(diǎn)

與以往傳統(tǒng)抗生素提煉工藝相比，膜分離技術(shù)程序更為簡便，從傳統(tǒng)的發(fā)酵液過濾、萃取、濃縮，簡化為發(fā)酵液超濾、反滲透，之后經(jīng)過脫色、干燥環(huán)節(jié)，就可直接生成產(chǎn)品。因此，膜分離技術(shù)不僅簡化工藝、操作簡單，而且投資少、運(yùn)行費(fèi)用低，更節(jié)省資源，對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和外觀無破壞，且保證質(zhì)量，材料分離效率和產(chǎn)品收成率均比較高。由于膜分離技術(shù)對溶劑量的要求極低，因此提純、加工后的廢液處理也更為簡易。

1.2膜分離技術(shù)

膜分離技術(shù)主要用于發(fā)酵液后的處理，根據(jù)截留孔徑的不同和分子量的大小，可將處理過程分成十余種，其中較為主要的是超濾、微濾、納濾、反滲透、滲透蒸發(fā)、液膜分離、電滲析、氣體分離等技術(shù)[2]。

超濾膜分離術(shù)截留孔徑為2-50nm，采用壓差和流速原理，在常溫情況下，利用高分子薄膜滲透性，將小于膜孔徑的低分子量物質(zhì)過濾，而將高分子量物質(zhì)截留，從而提升產(chǎn)品純度。目前已開發(fā)出1000 - 100萬分子量超濾膜，可根據(jù)分子大小及產(chǎn)品要求純度對發(fā)酵液進(jìn)行過濾處理，從而將酶、多糖、蛋白質(zhì)、病毒等大分子物質(zhì)截留，保證產(chǎn)品純度。

微濾膜分離技術(shù)主要用于細(xì)胞收集、液固分離等技術(shù)環(huán)節(jié)，采用篩分原理，將直徑0.01-10um以上的粒子截留，防止細(xì)菌、細(xì)胞、不溶物等物質(zhì)進(jìn)入發(fā)酵液中，是超濾之前重要的預(yù)處理過程。

納濾膜分離技術(shù)截留孔徑大約在2nm左右，可高度截留小分子物質(zhì)，如抗生素、染料、雙糖、合成藥等小分子物質(zhì)都會(huì)進(jìn)行截留，而對于有機(jī)物、無機(jī)鹽、水等小分子物質(zhì)有益物質(zhì)，可以通過，同時(shí)對產(chǎn)物起到濃縮作用，由于膜表明呈負(fù)電性，可抵制水垢污染，此膜分離技術(shù)獲得較快發(fā)展。

反滲透分離技術(shù)采用溶解擴(kuò)散原理，通過截留氨基酸、鹽等小分子物質(zhì)，而通過溶劑分子，從而利于有機(jī)物的濃縮，提高純度。

液膜萃取技術(shù)，將萃取與反萃取相結(jié)合，利用液膜的選擇透過性，將兩個(gè)液相隔開，進(jìn)行物質(zhì)分離。液膜采用均質(zhì)膜，其表面活性劑，具有傳質(zhì)速度快、分離率高、選擇滲透性好，且分離、濃縮可同時(shí)進(jìn)行等特點(diǎn)，為此近幾年液膜萃取技術(shù)在活性物質(zhì)的分離提取領(lǐng)域備受關(guān)注，如青霉素、紅霉素等抗生素的提取就是液膜萃取技術(shù)應(yīng)用的典型例子。但液膜萃取所需原料復(fù)雜、膜流動(dòng)載體單一、易破裂、堵塞等缺點(diǎn)，也是該技術(shù)沒能進(jìn)行廣泛退剛的原因。

2技術(shù)缺陷及改進(jìn)

由于在壓力驅(qū)動(dòng)下，料液透過膜過程中容易被截留，于是導(dǎo)致膜與本體溶液界面間的濃度越來越高，形成較強(qiáng)滲透壓，容易在膜表面形成沉積，從而為物質(zhì)通過造成阻力，使膜發(fā)生溶脹或使膜性能惡化，結(jié)晶析出，堵塞流道。此外，在物料處理中，由于粒子、溶質(zhì)分子與膜之間的屋里化學(xué)反應(yīng)，以及濃度極化導(dǎo)致的膜表面濃度超標(biāo)，很難溶解，膜表面及孔內(nèi)吸附、沉積引起孔徑變小或阻塞，而使膜的透過性和分離性出現(xiàn)不可逆的破壞[3]。

針對以上技術(shù)問題，可采用以下方式進(jìn)行改進(jìn)：（1）膜表面改性，可采用改變膜表面極性和電荷的方式，減輕污染；采用吸附力強(qiáng)的溶質(zhì)吸附， 對于醋酸纖維膜可采用陽離子活性劑進(jìn)行輻射嫁接，該表膜表面極性，此方法有助于膜表面改性處理，從而提升膜抗污染性及親水性，增加溶液通量；（2）有效清洗。針對長期存在的膜污染問題，可采用物理清洗和化學(xué)清洗方法進(jìn)行處理，如果高速流動(dòng)液體進(jìn)行沖洗，或海綿球擦洗等，也可采用表面活性劑、螯合劑、過氧化氫、磷酸鹽等清洗劑進(jìn)行清洗，從而去除膜孔、膜面的污染物，增強(qiáng)膜面透過性，延長膜壽命；（3）引進(jìn)新型膜材料。陶瓷膜、玻璃膜、金屬膜是近幾年開發(fā)的新型膜材料，具有耐高溫、耐溶劑、抗老化、耐細(xì)菌、再生性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且有助于膜截留性能改進(jìn)，在業(yè)界受到廣泛應(yīng)用，是發(fā)展最快、最有前景的品種。

3技術(shù)革新

在膜分離技術(shù)領(lǐng)域，膜萃取、膜反應(yīng)、膜蒸餾、親膜分離等技術(shù)在未來有更廣闊的發(fā)展前景，也是膜分離技術(shù)的發(fā)展方向。這些技術(shù)將傳統(tǒng)分離技術(shù)與現(xiàn)代膜分離技術(shù)相結(jié)合，取其精華，去除糟粕，將兩種技術(shù)的有點(diǎn)有效結(jié)合，從而提高膜技術(shù)的高分辨應(yīng)用，促使蛋白質(zhì)-病毒分離術(shù)、膜色譜、蛋白質(zhì)切線流分離等技術(shù)更為純熟，效果更好。這些膜技術(shù)的改進(jìn)和發(fā)展，對今后生物制藥的分離技術(shù)、以及現(xiàn)代生物制藥的提純過程有著重要的作用，是不可或缺的重要技術(shù)力量。為此，在未來膜技術(shù)領(lǐng)域，人們在關(guān)注膜分離滲透性及選擇性的同時(shí)，也會(huì)更注重膜材料、性質(zhì)、以及相關(guān)技術(shù)原理等內(nèi)容，從而為膜分離技術(shù)的提升和跨越，提供更廣闊的空間。

參考文獻(xiàn)

[1]鄔方寧.膜分離技術(shù)在藥物分離中的應(yīng)用[J].天津藥學(xué).2010（02）：196.

[2]谷大建；徐巍.膜分離技術(shù)的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].中國藥業(yè).2008（06）：237.

[3]施東魁；胡春梅.膜分離技術(shù)及其在醫(yī)藥生產(chǎn)和研究中的應(yīng)用[J].中國中藥雜志.2006（15）：257-259.