膜分离技术在微生物制药中的应用

 膜分离技术在微生物制药中的应用

徐婉玉

哈尔滨派斯菲科生物制药有限公司， 黑龙江省哈尔滨市， 150000

摘要：在微生物制药过程中，使用膜分离技术能够分离氨基酸、纯化活性蛋白、疫苗等物质，该项技术作为现代基因工程技术中的关键技术之一，在临床试验中取得了很好的效果。膜分离技术的使用具有污染小、节能环保、配膜规范以及操作简单的优势，而且分离机制的选择可以根据微生物制药中膜过程的不同进行针对性选择，这样一来就能够提炼出含量高并且纯度较高的物质。鉴于此，本文就膜分离技术在微生物制药中的应用展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。

关键词：膜分离技术；微生物制药；药物分离纯化

1.膜分离技术的特点

以传统发酵法为主的抗生素提炼主要是按照使用传统方法提炼抗生素的时候，主要是以发酵法为主，需要经过“发酵液→过滤→浓缩→脱色→干燥→产品”的工序。然而，膜分离技术的使用能够简化传统的工艺流程，在分子水平上，不同粒径大小的分子混合物在通过半透膜的时候，就能够实现选择性的分离，半透膜又可以称之为滤膜或者分离膜，膜壁布满了小孔，以孔径的大小为依据对其进行划分，可以将其分为超滤膜、微滤膜、反渗透膜以及纳滤膜等这几种类型，膜分离主要用到的是死端过滤或者错流过滤的方式^[1]。相比于传统的发酵方法，膜分离技术具有投资成本低、工艺流程简单、分离效率高、产品结构不会发生变化等多项优势。

2.分离原理

膜分离技术的划分主要是围绕截留分组进行的，可将膜过程划分为微滤、超滤、反渗透、纳滤、渗透蒸发、渗析、电渗析、以及液膜分离等。其中，在微生物制药过程中主要用到的是超滤，其次分别是微滤、纳滤、液膜分离以及渗透等。

2.1　微滤技术

基于筛分原理，通常情况下，应该将分离截留直径控制在0.01～10μm的粒子范围内，比如，细胞、不溶物以及菌体等。

2.2　超滤技术

超滤技术的使用主要以非对称多孔膜为主，最小的孔径为2mm，孔径最大为50nm，在常温状态下需要借助一定的流速以及压力让分子量物质逐渐渗透过滤膜，从而实现对高分子物质的截留。

2.3　反渗透技术

反渗透技术主要以溶解扩散学说为依据，将小分子有机物浓缩作为主要的应用范围，只有溶剂分子可以通过，氨基酸以及盐等小分子会被截留下来。

2.4　纳滤技术

情况下，纳滤技术作用的发挥主要用到的是纳滤膜，通过将纳滤膜的平均孔径控制在2nm左右，就能够实现对双糖、抗生素、合成药以及染料的截留，纳滤膜只能允许有机物、水以及无机盐等一些小分子物质通过。纳滤技术的截留性具有很好的浓缩作用，可以介于反渗透技术以及超滤技术之间。同时，纳滤技术凭借其压力低以及操作简单的优势，对一、二价离子具有不同的选择性，能够将有机小分子有效截留下来。

2.5　液膜分离技术

液膜分离技术主要是将膜展开转化成膜相，在使用隔开方式的基础上将液膜的选择透过性效能充分发挥出来，从而达到物质分离的目的。液膜分离技术主要用来提炼红霉素以及青霉素等药物，具有流程同步鲜明、操作简单的优势。但是，该项技术的实际应用仍然存在着很多问题，由于流动载体单一、原材料的成本比较高，再加上受到堵塞破裂因素的影响，导致液膜分离技术在微生物制药工作中并没有得到充分应用。

3.膜分离技术在微生物药物分离纯化中的应用

3.1　微滤技术

微滤技术主要被用来分离纯化青霉素G，在此过程中膜的选择主要以管式陶瓷膜为主，通常情况下，需要控制压力差为0.35kg/cm²，温度为5℃，3.8m/s的错流速率，通过进行12个循环之后才能够达到提取药物的目的，回收率高达98%，能够在很大程度上缩短分离微生物药物的时间。

3.2　超滤技术

在微生物制药中，超滤技术的应用范围相对较广，比如，用于头孢菌素C、青霉素、硫酸链霉素、头孢菌素、红霉素、硫酸卡那霉素以及去甲金毒素的提取中，而且具有非常高的应用价值。就以头孢菌素为例而言，其主要以MWCO24000平板式超滤器作为主要载体，回收率高达98%，相比于此前的分离纯化方法，在费用的花费上节约了20%，很好地提升了头孢菌素药物的分离纯化效率。

3.3　反渗透技术

反渗透技术应用于反渗透技术主要被用来分离纯化链霉素、6-APA、红霉素以及土霉素等微生物药物。就以链霉素为例而言，通常情况下药物的提取主要以板式装置为主，在提取过程中链霉素、红霉素、土霉素等微生物药物的分离纯化工作中。以链霉素为例，通常一般是板式装置为主，温度控制在需要将温度条件控制在20～25℃范围内，并且要控制pH数值为3～4，通过使用这种方法得到的链霉素药物的程度也相对较高，和之前相比增加了6.6倍，而且药物的回收率高达95%，产品没有发生相变。

3.4　纳滤技术

纳滤技术主要应用于纳滤技术主要被用来分离纯化卡拉霉素、6-APA、泰乐星以及螺旋霉素等微生物药物。就以卡那霉素的分离纯化而言，通常情况下，需要用到DK4040膜，并且要将温度环境控制在25℃左右，控制压强为0.1，膜通量260L/h。以这种方法得到的卡那霉素相比于传统方法浓缩了20倍，而且无机盐截留高达50%，KM的截留率高达98%。

3.5　液膜分离技术

膜分离技术根据使用膜的不同可以将其划分为不同类型，其中主要有亲和膜、乳状液膜以及阳离子交换膜。乳状液膜被用来分离纯化青霉素G、青霉素、麦白素以及红霉素等药物，而亲和膜则主要用来分离纯化β－半乳糖苷酶，阳离子交换膜常被用来分离纯化溶菌酶。就以白霉素的提炼来说，液体石蜡和膜相的比例通常为1：1，将表面活性剂3074-12乳液作为乳化剂，用量为膜相的2%，以0.1mol/L的水溶液作为内相，乳化剂的用量为膜相的2%，将被提取液和液膜乳液体积比控制为7：1^[2]。通过使用这种方法能够在很大程度上提高药物的一次提取率，并且将其提高到48%，两次提取率超过60%。

4.膜分离技术面临的问题、解决方法及发展方向

如今，膜分离技术在微生物制药领域中的应用主要存在着以下两个方面的问题，分别是浓差极化和膜污染现象。其中，浓差极化主要是在对微生物进行分离纯化的过程中，由于料液的压力强度大而穿过了膜，这样一来尽管溶质被截流了下来，但是仍然会导致膜和本体溶液界面区域中的浓度越来越高，进而增加渗透压，长此以往就会伴随凝胶层出现在膜的表面，从而在无形中改变膜的分离特性，致使流通道受阻。膜污染主要是指在实际操作过程中，由于受到物理化学因素的影响而导致膜孔堵塞以及孔径变小的现象，致使膜的分离特性以及透过流量性能无法得到有效融合，从而造成了不可逆变的严重问题。

面对膜分离技术中存在的上述问题，应该从膜的选择以及应用等多个方面入手。最近这些年，在科学技术的快速发展下，逐渐出现了无机材料膜、复合膜以及改变膜表面极性及电荷。尽管对这些膜的处理仍然停留在试验阶段，但是，临床应用过程中已经取得了很好的实验效果。就以无机陶瓷膜为例，经过多年的研究，其应用范围得到了逐渐拓展，并且成为了当前膜领域中最具潜力且发展速度过快的品种之一。

结语

总而言之，在微生物制药中膜分离技术具有很高的应用价值，其凭借自身发展前景广阔以及众多的应用优势逐渐受到了相关研究人员的关注。为确保微生物制药过程中膜分离技术效应的充分发挥，就需要在微生物制药活动中加大对膜分离技术的研究力度，最大限度提升该项技术的应用效率，为微生物制药行业的健康可持续发展提供可靠的保障。

参考文献：

[1]杨栋.生物制药中膜分离技术的主要应用[J].黑龙江科技信息，2015，(33):157.

[2]雷小佳.现代膜分离技术的研究进展[J].广州化工，2012，40(08):51-52.