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膜分离技术与分子蒸馏技术

摘要：分离分析技术在生产和生活中有着广泛的用途，选择合适的分离分析方法关乎着实验与生产的成败，根据物质的性质不同所采用的的分离技术也有所差别，本文主要对膜分离技术和分子蒸馏技术的原理特点及在医药方面的应用做了简单的介绍。

关键词：膜分离技术分子蒸馏技术原理特点应用

前言

膜分离技术是一项新兴的高效分离技术,已经被国际公认为20世纪末到21世纪中期最有发展前途的一项重大高新生产技术,成为世界各国研究的热点,目前已被广泛应用医药、食品、化工、环保等各个领域；分子蒸馏技术是一种特殊的液液分离技术，它产生于20世纪20年代，是伴随着人们对真空状态下气体运动理论的深入研究以及真空蒸馏技术的不断发展而逐渐兴起的一种新的分离技术。目前，分子蒸馏技术已成为分离技术中的一个重要分支。

1 膜分离技术

1.1膜分离技术的原理及特点

膜分离是利用具有一定选择透过特性的过虑介质,以外界能量或化学位差为推动力,对多组分混合物进行物理的分离、纯化和富集的过程。膜分离法有许多的种类，虽然各种膜分离过程具有不同的原理和特征,即使用的膜不同,推动力、截流组分不同,适用的对象和要求也不同,但其共同点为过程简单、经济、节能、高效,无两次污染。大多数膜分离过程中物质不发生相变,分离系数较大,操作温度可为常温,可直接放大,可专一配膜等。相对与传统工艺,膜分离具有以下优点:艺简化,一次性投资少,方便维护、操作简便,运行费用低,节省资源;运行无相变,不破坏产品结构,分离效率高,提高产品的收率和质量;不需用溶剂或溶剂用量大大减少,因而废水处理也变得更加容易[1]。

1.2 膜分离技术的种类

目前,国内外在制药和医疗上常用的膜分离技术主要有微滤、超滤、纳滤、

反渗透以及气体分离等。各种膜过程具有不同的分离机理,可适用于不同的对象和要求。

（1)微滤:微滤膜是使用最早的膜技术,其分离机理为筛分,在分离过程中膜的物理结构起决定作用。分离过程中采用的推动力为压力差,膜孔径大小为0.01～10μm。在制药和医疗中,微滤多用于除菌过滤、药液的澄清、去除颗粒物和病毒、医疗用水的净化以及作为超滤和反渗透过程的预处理等。

（2)超滤:超滤利用膜两侧的压力差不同,可将不同分子量的溶质进行选择性的分离。它的分离机理仍为筛分,膜孔径大小为10～100 nm。在制药和医疗中,超滤不但可以去除细菌、病毒和颗粒物,还能除去热源、菌丝和蛋白,常用于分子物质的分级分离和脱盐浓缩、小分子物质的纯化以及医药生化制剂的去热源等。（3)纳滤:纳滤是一种介于超滤和反渗透之间的膜分离过程,它填补了超滤和反渗透之间的空白。在分离过程中以压力差为推动力,分离机理为吸附-扩散,膜孔径大小为1～10 nm。在制药和医疗中,纳滤多用于抗生素、维生素、氨基酸等发酵液的澄清过滤、分离与纯化,半合成抗生素的脱盐浓缩;中成药、保健品口服液的澄清除菌过滤等。

（4)反渗透:反渗透也是一种以压力差为推动力的膜过滤过程,其分离机理为吸附-扩散,膜孔径小于1 nm。在制药和医疗中,反渗透主要用于药品的浓缩、脱盐;制剂用水、注射用水、透析水以及无菌水的制备等。

（5)气体分离:气体分离膜根据分离物在膜中的溶解度不同而将其分离,膜类型为非对称膜和复合膜。它仍是以压力差为动力的膜分离过程,其分离机理为溶解-扩散。在制药和医疗中,气体分离膜主要用于富氧装置,人工肺等。

1.3 膜分离技术在医药领域的应用

1.3.1膜分离法精制中药药液

中药药液的精制原生产工艺采水提醇沉法,不仅流程长,产品黏度大,提取液中还含有大量亚微粒、微粒和絮状物等杂质。故成品静置后易产生沉淀,影响其外观及品质。如果采用相应的截留分子量的膜进行处理后,再进行罐装,则可以保证产品外观透明鲜亮、口感改善、保质期延长。近年来对绿茶茶多酚抗癌的研究报告日益增多,更引起了人们对茶饮料开发和茶多酚提取的重视。潘丽军等[2]研究了超滤膜对绿茶提取液的分离效果。结果表明:截留分子量小于20000的超滤

膜,对茶水中的固形物、茶多酚的截留率分别高达89%、87%;截留分子量高于100000的超滤膜可有效截留茶水中的大分子蛋白质和果胶类物质,改善了药液的溶液特性,有利于茶多酚的工业生产。甜菊糖甙是从甜叶菊干叶中提取出来的糖甙物质,在提取过程中,干叶中的蛋白质、多糖类等多种成分会进入提取液,致使在生产中常常出现沉淀和灌装起泡等问题。何昌生等[3]利用超滤技术解决上述问题,明显减少灌装起泡现象。蝙蝠蛾被毛菌丝体是人工发酵虫草菌粉,具有秘精益气、滋肺补肾、止血化痰等功效。但其水提液含有较多的杂质,对口服液制剂的口感和外观具有不良影响。陶瓷膜微滤技术主要利用筛分原理将中药中大量的鞣质、蛋白、淀粉、树脂等无药效的大分子物质分离出去。与醇沉技术分离所得的产品相比,关键成分腺苷损失率为0.6%和30.17%,且微滤后的中药液口感好,有香甜味,明显优于醇沉技术[4]。由此可见,膜法处理中药药液可以取代传统的板框过滤、硅藻土过滤等,有效去除鞣质、淀粉、树脂、蛋白、果胶等。并且得到的产品无论是澄清度、透光度和稳定性都明显提高。长期存储澄清度不变,不再有沉淀和挂壁现象。

1.3.2酶制剂及蛋白质等生化产品的分离、浓缩和纯化

酶是具有催化活性的蛋白质,蛋白质的生产过程一般分为三步,前两步是运用生物技术生产目标产物,最后一步是对含有目标产物的物料进行分离、纯化加工成目标产物。很多蛋白质产品作为医药被人类利用,因此蛋白质必须高度纯化、无菌、无致热源等特点。

酶制剂和蛋白质很容易变性,所以在酶制剂和蛋白质的提纯过程中应避免用强酸强碱,并且要保证较低的温度。通过调节相应的操作参数,利用膜分离技术可以而获得高纯度、高质量的酶制剂和蛋白质等生化产品。如果在无菌的条件下,生产的无菌酶制剂及蛋白质可以直接应用于临床治疗[5]。

1.3.3 抗生素的分离、浓缩和纯化

抗生素一般存在于液体中,从发酵液中提取抗生素的传统方法有四种:吸附法、溶媒萃取法、离子交换法和沉淀法,但这些工艺往往十分繁杂、能耗高、抗生素在提取过程中容易变性失活、废水污染严重且难以处理等。利用膜分离技术来分离和纯化抗生素可以克服以上缺点,被广泛应用。

1.3.4 氨基酸的分离、浓缩和纯化