• 膜分離技術在生物制藥中的應用

      發布時間:2018-02-05

             隨著基因工程技術的不斷發展,由發酵法生產的微生物藥物的分離和純化正面臨著一系列新的問題,如含量低 、活性高、易失活、提取收率低等。膜分離過程作為一種新型的分離 技術,在現代生物制藥分離工程中具有巨大的應用潛力,得到了廣泛的發展,已經用于酶、活性蛋白、氨基酸、維生素、甾體 、疫苗等物質的分離純化,而膜分離技術在抗生素提煉中的應用也是重點推廣的領域之一。 

            成功的生物制品的商業化生產需要經濟而又高選擇性的分離方法。處理過程視產品價格、生產規模而變化,而各種藥物生產過程中所處理的對象很不相同,例如微粒大小、不純潔度、所需終產品濃度也并不一樣。為避免價格昂貴的 色譜分離和熱分離方法,選擇新的分離固液混合物的分離系統的研究就顯得十分重要。 

       

             多數抗生素的分子量在300—1200范圍,存在于胞外,從發酵液中提取。傳統提取方法主要有:吸附法、溶劑萃取法、離子交換法和沉淀法。各種方法各有特點,但工藝往往都十分繁雜,所需時間長,易變性失活,需消耗大量的原料、能耗高、回收率低 、廢水污染嚴重且處理難度大。膜分離過程作為一門新型的分離、濃縮、提純及凈化技術,具有節能,不破壞產品結構、少污染和操 作簡單、可在常溫下連續操作、可直接放大、可專一配膜等特點,且各種膜過程具有不同分離機制,適于不同對象和要求。由于其特別適合用于熱敏性物質的分離,在食品加工、醫藥等領域有其獨特的實用性。用于微生物藥物分離和純化中的膜分離技術主要涉及微濾 、超濾、納濾 、液膜分離和反滲透等。 

      一、膜分離技術的特點 

      傳統抗生素提煉工藝;發酵液→過濾或離心或大孔樹脂吸附、萃取→濃縮→脫色→干燥→產品。 

      采用膜分離技術工藝可簡化為:發酵液→超濾→納濾(或反滲透)→脫色→干燥→產品。  

             相對于傳統工藝,膜分離具有以下優點:大大簡化了工藝,一次性投資少 ,維護 、操作簡單,運行費用低 ,節省資源 ;運行無相變不破壞產品的結構,分離效率高,提高了產品的收率和質量;不需要溶劑或溶劑用量大大減少,因此廢水也更易處理。 

      二、分離原理 

             根據截留組分的不同,可以將膜過程分為微濾、超濾、納濾、反滲透、滲透蒸發、滲析、電滲析、氣體分離等。用于發酵液后處理的膜技術主要是超濾,其次是納濾、微濾、反滲透以及液膜分離等 。 

            (1)微濾膜是利用篩分原理,分離截留直徑0.01~10μm以上的粒子,如發酵液中的菌體、細胞、不溶物等。微溶主要應用于細胞收集。液固分離等方面,常作超濾的預處理過程; 

            (2)超濾膜屬于非對稱多孔膜,孔徑在 2~50nm,利用高分子薄膜選擇滲透性,在常溫下依靠一定的壓差和流速,使小于膜孔徑的低分子量物質透過膜而使高分子物質被截留。已開發具有不同分子截留的各種超濾膜 (1000~100萬分子量 ),它可按分子大小選擇膜孔徑,處理發酵液可以截留病毒、蛋白質 、酶、多糖等大分子物質,對目的產物進行純化; 

            (3)反滲透的分離基本原理是溶解擴散學說,主要應用于小分子有機物的濃縮 ,只允許溶劑分子通過,鹽、氨基酸等小分子被截留; 

            (4)納濾膜平均孔徑 2nm 左右,處理發酵液時截留組分可小到抗生素,合成藥、染料、雙糖等,允許水、無機鹽、有機物等小分子物質通過,截留性能介于超濾和反滲透之間,對目的產物起濃縮作用,由于其操作壓力低,對一 、二 價離子有不同選擇性,對小分子有機物有較高的截留性等特點,加之膜表面具負電性,抗水垢污染,發展較快; 

             (5)液膜萃取是將膜展開成膜相,隔開另兩個液相,利用液膜的選擇透過性 ,實現物質分離。實質上是萃取與反萃取的結合。液膜法具有操作簡便,分離和濃縮能 同時進行等優點。但原料復雜、膜流動載體單一、膜溶脹、穩定性、破裂、堵塞等也是該技術尚未廣泛應用的關鍵問題。液膜是一種均質膜,其中一種形式 為乳狀液膜 ,以表面活性劑穩定薄膜,傳質速率快、分離效率高、選擇性好、節能,近幾年來在生物活性物質的分離提取方面受到廣泛的重視。液膜萃取技術在抗生素提煉中的應用報道有青霉素、紅霉素的提取。 

      三、膜分離技術在抗生素、氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中的應用 

      微濾、超濾、納濾、反滲透、液膜分離等五種方法在B一內酰胺類、氨基糖苷類、大環內酯類、四環素類等抗生素以及氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中均有應用。

       


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