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膜技术在生化制药中的应用

膜技术在生化制药中的应用

当今,生物技术的飞速发展,对与之相配套的生物产品分离纯化的方法以及生化过程控制技术提出了更高的要求。由于膜分离过程具有防止杂菌污染和热敏性物质失活等特点,在生化领域的应用越来越受到关注,在生物化工的下游和上游过程中的作用日益增大。在下游过程中,膜分离主要用于整细胞的回收、发酵液的澄清,酶和蛋白质的浓缩和纯化。在上游过程中,膜与传统的发酵结合在一起,组成的酶膜反应器可以提高发酵的产率;等等。
绝大多数生化物质来源于微生物发酵液或动植物细胞的培养液。在生产过程中,提取物的分离纯化直接关系到产品的性能和经济性。传统的分离纯化方法有转鼓真空过滤、离心、吸附树脂、交换树脂、萃取以及蒸发等,这些分离浓缩的方法一般存在目标产物浓缩低、能耗大、试剂消耗量大、加温过程又极易使目标产物变形失活等。因此,在这一领域普遍采用膜分离技术进行纯化、浓缩。
膜分离技术在生化产品生产中应用有以下特点:
1、分离浓缩时不加热,同时在闭合回路中运转,减少了空气中氧的影响,而热和氧对生化产品的活性影响很大。
2、膜分离过程只是简单的加压输送,反复进行,工艺简单。
3、在分离水分时,由于无相变,所以能耗低,操作便利。其费用大约为蒸发浓缩所需费用的1/2—1/5。另外,设备装置结构简单。
4、对稀溶液中微量成分的回收,低浓度溶液的浓缩等,目前,其他方法很难实现,而膜技术可以较容易解决。
5、由于目标产物仅通过约几微米厚的膜,因此,目标产物在通过膜迁移中不会发生性质的改变。
6、膜分离可使浓缩—脱盐同时完成。
目前膜技术已工业应用的情况
1、医药用水的制备(无菌水、无热原水),水处理是膜技术比较成熟的领域。
2、发酵液澄清和整细胞的收集,膜技术在这方面应用最广泛、最成功。
项目操作费(美元/m3)
真空转鼓过滤超滤
助滤剂6.34–
膜更换–2.22
能耗0.080.25
劳动力0.320.08
维修费用0.140.04
清洗用试剂–0.43
折旧费0.281.18
总操作费7.184.20

应用膜技术对有机酸(如柠檬、乳酸、衣康酸等)、抗生素(如青霉素、红霉素等)、维生素(如维生素B1、维生素B12 等)、氨基酸等发酵液的处理,去除其中菌丝体、大分子蛋白、酵母细菌壁碎片、细胞纤维等,大大降低了下游处理工艺如树脂交换\活性炭吸附等的处理成本,同时也可以使废水处理负荷降低,另外也可以从发酵液中回收大部分的蛋白外卖作为动物饲料.如:①山东某抗生素厂 利用膜技术使链霉素浓缩由50,000Ч/ml提高到330,000Ч/ml,并且质量(透光度)、收率和脱色率都有提高,活性炭耗量降低,特别是节冷、节汽效果显著,为企业带来了巨大的经济效益.②石家庄某药厂利用膜技术对头孢菌素C澄清,与原工艺相比,回收率提高2%,操作费用下降75%.④广东某生物制药厂 利用膜技术对肌苷发酵液进行处理,处理量16t/h,使用膜面积100m2,交换树脂用量减少75%,肌苷得率由原来的78%提高到89%,同时,操作费用也大大降低,另外膜技术处理得到的发酵液中所含蛋白质可达到25%,经干燥脱水,可得到级好的动物饲料出售,使企业的经济效益和社会效益都得到极大的提高,据说该厂由此带来的效益1000多万元/年.
3、酶、蛋白质等大分子物质的浓缩和精致
采用膜技术处理粗酶液,低分子物质如盐类可以和水一起透过膜除去,而酶得到浓缩和精制。目前应用于细菌蛋白酶、葡萄糖苷酶、凝乳酶、葡萄糖氧化酶、肝素、β—半乳糖苷酶等的分离,与原工艺相比,采用膜技术提高了酶的收率,防止酶的失活,而且简化的提取工艺降低了操作成本.
4、低分子量发酵液产品的分离与浓缩
由于发酵液中产品的浓度很低,脱水是生化操作中的关键步骤,利用膜技术取代真空蒸发,可以节省能耗,产品质量也得到保证.
5、膜技术在血液制品的应用
膜法与其他方法相比:①改善产品质量.②增加产品收率,提高工作效率,事实
上,膜法与传统方法不仅可以一对一的替换,甚至可以取代沉淀、离心、透析到冷
干一整套浓缩工艺。
6、制药工业中除热原
膜法正在取代蒸馏法和吸附法.
7、膜技术制备发酵用无菌空气
空气中的细菌和杂质可以用膜分离去除,制备无菌空气。
总之,应用膜技术,可以生产出高质量、低成本的生化产品.现在,有关药厂应用膜技术的报道或资料越来越多