陶瓷膜分离纯化技术在生物制药中的应用

2011年第19期SCIENCE &TECHNOLOGY INFORMATION

○科教前沿○科技信息

陶瓷膜分离纯化技术在生物制药中的应用

王宏常晓菲朱维忠

（山东鲁抗医药股份有限公司山东济宁

272100）

【摘要】生物医药生产工艺对分离纯化系统的要求极为严格，陶瓷膜因其独特的耐化学腐蚀性、耐高温、分离精度高等性能已成为生物制药行业优先选择的分离纯化技术。

【关键词】陶瓷膜；生物制药；分离纯化陶瓷膜是以氧化铝、氧化钛等无机材料制备的多孔膜，具有过滤精度高、稳定性好、节能高效等优势。随着技术的不断进步，陶瓷膜已经广泛应用于制药、食品、化工等行业，并逐渐取代传统的板框过滤、蒸馏等低效率、高能耗的分离技术，对国家的资源、能源、环境保护、人民健康和传统产业的技术改造具有重要的意义。

进实现清洁生产；操作简单可靠，大幅降低劳动强度。3.2目标产物的浓缩精制

采用陶瓷膜技术处理粗料液, 低分子物质如盐类可以和水一起透过膜除去, 而目标产物得到浓缩和精制。利用陶瓷膜技术取代真空蒸发浓缩等其他浓缩模式, 可以防止产物的失活, 节省能耗, 大幅度提高后续精制工艺的效率，缩短工艺周期，提高产品质量和收率。3.3制药工业中除热原

目前常规除热源的方法有两种：一种方法是用高温消毒去除物料中所含的热源。工业生产中需要耗费大量的蒸汽，并且会造成有效成份的破坏，能耗和成本较高。另一种方法是采用活性碳、离子交换树脂、硅胶等吸附剂吸附, 利用吸附法除热源的效率较低且吸附剂的再生也比较困难。陶瓷膜除热源是近年来开发出来的一种新技术，在制药行业特别是生物制药中广泛应用，既能有效地去除热源，且不影响产物中的有效成份，能明显提高产品质量和收率, 降低生产成本, 提高经济效益。

3.4制备发酵用无菌洁净空气

利用无机陶瓷膜孔径均匀、抗污染、易清洗的性能，可从气相中截留细菌、微粒及其他污染杂质，以达到除菌净化的目的，用于制备生物发酵用无菌洁净空气及无菌室气体处理，解决了其他设备制备洁净空气中存在的漏菌、无法截留病毒和热源的问题，为制药用清洁空气制备提供了一种新型有效的方法。3.5酶的分离提取

传统的离心、沉淀、透析浓缩、脱盐等分离提取方法，收集的酶液由于酶活比较低，还需要进一步浓缩，存在工序多、能耗大、易失活、回收率低等缺点。

陶瓷膜技术具有设备简单、操作方便、处理效率高和节能等优点，可以在很短的时间内即分离得到高浓度的菌体，而且酶活没有损失。采用陶瓷膜分离技术可以简化酶的提取、纯化和脱盐程序，缩短时间，减少劳动强度，降低成本，提高产品的质量和稳定性能，具有传统工艺无法比拟的优势。

3.6生物制药废水的处理

生物制药废水处理是环保领域的难题，其废水间歇排放，污染负荷高，成分复杂，由于存在抑菌作用，传统生化处理方法很难解决。陶瓷膜生物反应器是生物技术和膜分离技术应用于污水处理一项新技术，是一种新型、高效的污水处理工艺。具有处理水质好、占地面积小、污泥浓度高、操作简单易实现自动化等优点，为生物制药行业污水处理和水资源重复利用提供了可靠的新方法。

1陶瓷膜的分离机制及工作原理

陶瓷膜分离是一种与孔径大小相关的筛分过程，采用动态的错流过滤方式：原料液通过循环泵在陶瓷膜孔道中作高速循环运动，在压力作用下，澄清渗透液通过陶瓷膜片和多孔的陶瓷基体，沿与之垂直方向向外透过膜，浓缩液被膜截留，并在孔道中作高速流动而引起湍流，不断冲洗陶瓷膜片内表面，将附在滤膜上的少量沉积物带走，保持稳定的清液流出，从而使流体达到分离、浓缩、纯化的目的。

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2.1

陶瓷膜分离纯化技术在生物制药的应用中的优势

热稳定性好，适用于制药领域中的高温消毒和蒸气清洗工艺。容易清洗、再生和消毒，不会使被分离体系受到污染，可满足制药生产中对清洁无菌的要求。

2.2化学稳定性好，耐腐蚀，pH 值试用范围宽，抗微生物能力强。它能长时间经受各种介质的侵蚀，适合于各类药物成分在碳氢化合物和各种溶剂中的提取分离。

2.3机械性能良好，陶瓷膜具有较高的结构稳定性，非常牢固，不易脱落和破裂。在一定压力下不变形，在任何溶剂中不溶涨，能经受固体颗粒的磨损。

2.4孔径分布窄，分离精度极高，可达纳米级过滤，可实现高倍浓缩；分离浓缩时常温密闭操作，保持产品活性；水洗量小，废水排放量减少，废水中COD 显著降低，可大幅度提高产品收率，菌丝体可回收，无需助滤剂、混凝剂，特别适合于生物制药领域。

2.5陶瓷膜的使用寿命长。在许多应用中，陶瓷膜显示出非常长的使用寿命，比有机膜的使用寿命长3～5倍，并能保持分离性能不变，较大的降低了生产成本。

3陶瓷膜分离纯化技术在生物制药中的应用

生物医药生产工艺对分离纯化系统的要求极为严格，系统须能够应付高温、侵蚀性溶剂、强酸、强碱、进料固含量高、黏度大等苛刻的运行条件。陶瓷膜因其独特的耐菌、耐高温、化学稳定性好等性能已成为生物制药行业优先选择的分离技术。3.1生物发酵液的过滤

生物发酵是生物制药中的主要生产方式，发酵液中目的产物的浓度很低，并含有大量的其他杂质，如菌丝体、蛋白质、代谢产物等；而且大多发酵产物不稳定，遇高温、酸碱、特殊溶剂会引起变性失活，容易造成后续提取纯化困难，影响产品质量。传统的发酵液处理采用絮凝沉淀、等电点沉淀、助滤剂、加热等预处理工艺，用板框、转鼓、离心机等设备进行过滤。这些设备及方法仅能分离发酵液中的菌丝体、固体杂质等，实现简单的固液分离，但滤液浑浊、杂质含量高等问题对后序提取纯化工艺影响较大，同时这些传统工艺还存在劳动强度大，产品收率低，废水排放量较高等缺点。

陶瓷膜作为一种新型的分离技术以其独特的分离优势，广泛应用于发酵液的过滤处理，高效去除发酵液中的菌丝体、代谢产物、细菌碎片等大分子物质，其工艺具有以下特点和优势：分离精度高，透过液澄清透明，大大减轻后续提取精制工艺的成本和负荷；有效防止产物变性失活，提高了目标产物的收率；无需额外助虑剂，同时从发酵液中回收的蛋白还可回收作为饲或肥料料；废水排放量及COD 显著降低，促

4应用前景

对于生物制药而言，陶瓷膜能满足其产品的分离纯化过程的低温、无菌、抗污染等要求，具有其他分离设备无法比拟的优势。陶瓷膜技术作为重要的高效节能分离设备，在生物制药中的应用将会越来越广泛。科

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【参考文献】

王锡林，王苏新．陶瓷膜技术的发展和应用[J]．江苏陶瓷，2005，1(38)：32-36．［1］

康军．无机陶瓷膜分离技术在大型化工装置的应用[J]．河北化工，2007，9(30)：2［］20-28．

胡兴军，王计选．陶瓷膜的生产和应用[J]．现代技术陶瓷，2007(2)：55-58．［3］

邢卫红，徐南平，时钧．无机膜分离技术在食品发酵行业中的应用[J]．膜科学4［］

与技术，2005，2(6):1-9．

［责任编辑：曹明明］

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