微生物制药中膜分离技术应用探析

时间:2018-01-08 编辑:张莉 手机版

  膜分离技术是现代生物制药分离工程的一门新技术,是当代广泛应用的技术之一,下面是小编搜集整理的一篇探究微生物制药中膜分离技术应用的论文范文,供大家阅读参考。

  【摘要】在当代的生物制药分离工程技术中,膜分离技术已经被广泛应用,并且具有显著应用意义。本文就膜分离技术的应用展开讨论,主要包括在抗生素、氨基酸、酶类分离纯化等的应用进行了介绍,并且根据应用效果,对膜分离技术应用中存在的问题和针对问题的改进方法进行了阐述。

  【关键词】膜分离技术;生物制药;分离浓缩

  膜分离技术是现代生物制药分离工程的一门新技术,主要针对生物分离、生物浓缩以及净化提纯技术,是当代广泛应用的技术之一,其技术特点是:节约能量、保护产品原有结构不被破坏、无污染、操作简便、常温下可持续操作、有专一性等[1]。而且在膜分离技术中有各种不同的机制,以便用于不同的分离要求,特备是在热敏性物质的分离过程中有显著的优势,因此在食品的深加工以及医药的分离过程中都具有深远的应用意义,具备独特性和实用性。

  1膜分离技术应用在抗生素、氨基酸和酶类分离纯化中。

  1.1应用特点

  与以往传统抗生素提炼工艺相比,膜分离技术程序更为简便,从传统的发酵液过滤、萃取、浓缩,简化为发酵液超滤、反渗透,之后经过脱色、干燥环节,就可直接生成产品。因此,膜分离技术不仅简化工艺、操作简单,而且投资少、运行费用低,更节省资源,对产品的结构和外观无破坏,且保证质量,材料分离效率和产品收成率均比较高。由于膜分离技术对溶剂量的要求极低,因此提纯、加工后的废液处理也更为简易。

  1.2膜分离技术

  膜分离技术主要用于发酵液后的处理,根据截留孔径的不同和分子量的大小,可将处理过程分成十余种,其中较为主要的是超滤、微滤、纳滤、反渗透、渗透蒸发、液膜分离、电渗析、气体分离等技术[2]。

  超滤膜分离术截留孔径为2-50nm,采用压差和流速原理,在常温情况下,利用高分子薄膜渗透性,将小于膜孔径的低分子量物质过滤,而将高分子量物质截留,从而提升产品纯度。目前已开发出1000 - 100万分子量超滤膜,可根据分子大小及产品要求纯度对发酵液进行过滤处理,从而将酶、多糖、蛋白质、病毒等大分子物质截留,保证产品纯度。

  微滤膜分离技术主要用于细胞收集、液固分离等技术环节,采用筛分原理,将直径0.01-10um以上的粒子截留,防止细菌、细胞、不溶物等物质进入发酵液中,是超滤之前重要的预处理过程。

  纳滤膜分离技术截留孔径大约在2nm左右,可高度截留小分子物质,如抗生素、染料、双糖、合成药等小分子物质都会进行截留,而对于有机物、无机盐、水等小分子物质有益物质,可以通过,同时对产物起到浓缩作用,由于膜表明呈负电性,可抵制水垢污染,此膜分离技术获得较快发展。

  反渗透分离技术采用溶解扩散原理,通过截留氨基酸、盐等小分子物质,而通过溶剂分子,从而利于有机物的浓缩,提高纯度。

  液膜萃取技术,将萃取与反萃取相结合,利用液膜的选择透过性,将两个液相隔开,进行物质分离。液膜采用均质膜,其表面活性剂,具有传质速度快、分离率高、选择渗透性好,且分离、浓缩可同时进行等特点,为此近几年液膜萃取技术在活性物质的分离提取领域备受关注,如青霉素、红霉素等抗生素的提取就是液膜萃取技术应用的典型例子。但液膜萃取所需原料复杂、膜流动载体单一、易破裂、堵塞等缺点,也是该技术没能进行广泛退刚的原因。

  2技术缺陷及改进

  由于在压力驱动下,料液透过膜过程中容易被截留,于是导致膜与本体溶液界面间的浓度越来越高,形成较强渗透压,容易在膜表面形成沉积,从而为物质通过造成阻力,使膜发生溶胀或使膜性能恶化,结晶析出,堵塞流道。此外,在物料处理中,由于粒子、溶质分子与膜之间的屋里化学反应,以及浓度极化导致的膜表面浓度超标,很难溶解,膜表面及孔内吸附、沉积引起孔径变小或阻塞,而使膜的透过性和分离性出现不可逆的破坏[3]。

  针对以上技术问题,可采用以下方式进行改进:(1)膜表面改性,可采用改变膜表面极性和电荷的方式,减轻污染;采用吸附力强的溶质吸附, 对于醋酸纤维膜可采用阳离子活性剂进行辐射嫁接,该表膜表面极性,此方法有助于膜表面改性处理,从而提升膜抗污染性及亲水性,增加溶液通量;(2)有效清洗。针对长期存在的膜污染问题,可采用物理清洗和化学清洗方法进行处理,如果高速流动液体进行冲洗,或海绵球擦洗等,也可采用表面活性剂、螯合剂、过氧化氢、磷酸盐等清洗剂进行清洗,从而去除膜孔、膜面的污染物,增强膜面透过性,延长膜寿命;(3)引进新型膜材料。陶瓷膜、玻璃膜、金属膜是近几年开发的新型膜材料,具有耐高温、耐溶剂、抗老化、耐细菌、再生性强等优点,且有助于膜截留性能改进,在业界受到广泛应用,是发展最快、最有前景的品种。

  3技术革新

  在膜分离技术领域,膜萃取、膜反应、膜蒸馏、亲膜分离等技术在未来有更广阔的发展前景,也是膜分离技术的发展方向。这些技术将传统分离技术与现代膜分离技术相结合,取其精华,去除糟粕,将两种技术的有点有效结合,从而提高膜技术的高分辨应用,促使蛋白质-病毒分离术、膜色谱、蛋白质切线流分离等技术更为纯熟,效果更好。这些膜技术的改进和发展,对今后生物制药的分离技术、以及现代生物制药的提纯过程有着重要的作用,是不可或缺的重要技术力量。为此,在未来膜技术领域,人们在关注膜分离渗透性及选择性的同时,也会更注重膜材料、性质、以及相关技术原理等内容,从而为膜分离技术的提升和跨越,提供更广阔的空间。

  参考文献

  [1]邬方宁.膜分离技术在药物分离中的应用[J].天津药学.2010(02):196.

  [2]谷大建;徐巍.膜分离技术的应用及研究进展[J].中国药业.2008(06):237.

  [3]施东魁;胡春梅.膜分离技术及其在医药生产和研究中的应用[J].中国中药杂志.2006(15):257-259.

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