膜分离技术应用探究

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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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