• 膜分离技术在生物制药中的应用

      发布时间:2018-02-05

             随着基因工程技术的不断发展,由发酵法生产的微生物药物的分离和纯化正面临着一系列新的问题,如含量低 、活性高、易失活、提取收率低等。膜分离过程作为一种新型的分离 技术,在现代生物制药分离工程中具有巨大的应用潜力,得到了广泛的发展,已经用于酶、活性蛋白、氨基酸、维生素、甾体 、疫苗等物质的分离纯化,而膜分离技术在抗生素提炼中的应用也是重点推广的领域之一。 

            成功的生物制品的商业化生产需要经济而又高选择性的分离方法。处理过程视产品价格、生产规模而变化,而各种药物生产过程中所处理的对象很不相同,例如微粒大小、不纯洁度、所需终产品浓度也并不一样。为避免价格昂贵的 色谱分离和热分离方法,选择新的分离固液混合物的分离系统的研究就显得十分重要。 

       

             多数抗生素的分子量在300—1200范围,存在于胞外,从发酵液中提取。传统提取方法主要有:吸附法、溶剂萃取法、离子交换法和沉淀法。各种方法各有特点,但工艺往往都十分繁杂,所需时间长,易变性失活,需消耗大量的原料、能耗高、回收率低 、废水污染严重且处理难度大。膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯及净化技术,具有节能,不破坏产品结构、少污染和操 作简单、可在常温下连续操作、可直接放大、可专一配膜等特点,且各种膜过程具有不同分离机制,适于不同对象和要求。由于其特别适合用于热敏性物质的分离,在食品加工、医药等领域有其独特的实用性。用于微生物药物分离和纯化中的膜分离技术主要涉及微滤 、超滤、纳滤 、液膜分离和反渗透等。 

      一、膜分离技术的特点 

      传统抗生素提炼工艺;发酵液→过滤或离心或大孔树脂吸附、萃取→浓缩→脱色→干燥→产品。 

      采用膜分离技术工艺可简化为:发酵液→超滤→纳滤(或反渗透)→脱色→干燥→产品。  

             相对于传统工艺,膜分离具有以下优点:大大简化了工艺,一次性投资少 ,维护 、操作简单,运行费用低 ,节省资源 ;运行无相变不破坏产品的结构,分离效率高,提高了产品的收率和质量;不需要溶剂或溶剂用量大大减少,因此废水也更易处理。 

      二、分离原理 

             根据截留组分的不同,可以将膜过程分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗透蒸发、渗析、电渗析、气体分离等。用于发酵液后处理的膜技术主要是超滤,其次是纳滤、微滤、反渗透以及液膜分离等 。 

            (1)微滤膜是利用筛分原理,分离截留直径0.01~10µm以上的粒子,如发酵液中的菌体、细胞、不溶物等。微溶主要应用于细胞收集。液固分离等方面,常作超滤的预处理过程; 

            (2)超滤膜属于非对称多孔膜,孔径在 2~50nm,利用高分子薄膜选择渗透性,在常温下依靠一定的压差和流速,使小于膜孔径的低分子量物质透过膜而使高分子物质被截留。已开发具有不同分子截留的各种超滤膜 (1000~100万分子量 ),它可按分子大小选择膜孔径,处理发酵液可以截留病毒、蛋白质 、酶、多糖等大分子物质,对目的产物进行纯化; 

            (3)反渗透的分离基本原理是溶解扩散学说,主要应用于小分子有机物的浓缩 ,只允许溶剂分子通过,盐、氨基酸等小分子被截留; 

            (4)纳滤膜平均孔径 2nm 左右,处理发酵液时截留组分可小到抗生素,合成药、染料、双糖等,允许水、无机盐、有机物等小分子物质通过,截留性能介于超滤和反渗透之间,对目的产物起浓缩作用,由于其操作压力低,对一 、二 价离子有不同选择性,对小分子有机物有较高的截留性等特点,加之膜表面具负电性,抗水垢污染,发展较快; 

             (5)液膜萃取是将膜展开成膜相,隔开另两个液相,利用液膜的选择透过性 ,实现物质分离。实质上是萃取与反萃取的结合。液膜法具有操作简便,分离和浓缩能 同时进行等优点。但原料复杂、膜流动载体单一、膜溶胀、稳定性、破裂、堵塞等也是该技术尚未广泛应用的关键问题。液膜是一种均质膜,其中一种形式 为乳状液膜 ,以表面活性剂稳定薄膜,传质速率快、分离效率高、选择性好、节能,近几年来在生物活性物质的分离提取方面受到广泛的重视。液膜萃取技术在抗生素提炼中的应用报道有青霉素、红霉素的提取。 

      三、膜分离技术在抗生素、氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用 

      微滤、超滤、纳滤、反渗透、液膜分离等五种方法在B一内酰胺类、氨基糖苷类、大环内酯类、四环素类等抗生素以及氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中均有应用。

       


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