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膜分离技术应用探究

时间:2022-09-30 08:15:54 生物制药毕业论文 我要投稿
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膜分离技术应用探究

  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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