膜分离技术在酶制剂工业中的应用

膜分离技术在酶制剂工业中的应用

孙伟力

杭州和康药业有限公司浙江杭州310018

摘要：传统的酶制剂生产工艺有发酵法、絮凝沉淀法、过滤法、溶剂萃取法、真空蒸发干燥法。该工艺能耗高，酶失活率高，收率低。膜分离技术具有节能、降低损失、常温连续运行、工艺简单、效率高、无相变、分离系数大等优点。特别适用于热敏性物质的处理。它在食品加工、医药、生化等领域具有独特的实用性。本文讨论膜分离技术在酶制剂制备、分离、浓缩和纯化等方面的应用，并对各种膜材料和组分进行了综合评价。

关键词：酶制剂；膜分离技术；微滤；超滤；应用

1前言

社会经济的快速发展和现代基因工程技术研究进程的不断深入，为我国生物工程事业的可持续发展提供了重要契机与良好社会环境。以传统发酵法为主的生物工程在分离、纯化等环节中面临一系列新的问题，如含量低、提取率低、活性高等。膜分离技术作为现代基因工程技术的重要组成部分，可以运用新型的分离技术来分离纯化活性蛋白、氨基酸、疫苗等物质，并且取得了良好的临床试验效果。

在实际应用中，膜分离技术具有节能环保、污染小、操作简单、配膜规范等优势，且可以根据生物工程中膜过程的不同选择有针对性的分离机制，所提炼的物质具有纯度高、含量高的鲜明特点。对此，本文以膜分离技术为主要研究内容，对其在酶制剂中的应用予以简要分析与着重探讨

2膜分离技术在微生物制药中的应用

2.1膜分离技术的特点

以传统发酵法为主的酶制剂生产主要是按照“发酵、絮凝沉淀、过滤、溶剂萃取、真空蒸发、干燥”的顺序进行。而采用膜分离技术则可以有效简化传统工艺流程，在分子水平上，不同粒径分子的混合物在通过半透膜时，实现选择性分离的技术，半透膜又称分离膜或滤膜，膜壁布满小孔，根据孔径大小可以分为微滤膜（MF）、超滤膜（UF）、纳滤膜（NF）、反渗透膜（RO）等，膜分离采用错流过滤或死端过滤方式。与传统发酵法相比，膜分离技术具有工艺流程简便化、投资成本投入少、产品结构无变化、分离效率高、废水处理效果佳的优势。

2.2分离原理

膜分离技术以截留分组为划分依据，膜过程可以划分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、渗透蒸发、电渗析、液膜分离等。其中，超滤为微生物制药中的常用技术，其次分别是纳滤、微滤、反渗透、液膜分离等。

（1）微滤技术

微滤是现在运用最广泛的膜分离技术之一。微滤首要用于过滤0.1~10μm的颗粒、细菌和胶体，过滤原理与一般过滤类似。微滤过滤具有操作压力小（<0.2mpa）、对水质的适应性强、占地面积小等长处。微滤作为一种更经济的膜分离技术在水处理中广泛应用，能够代替传统的沉淀过滤和二沉池，可连续处理；用于各种废水的预处理，削减浊度，满足进水的要求。但随着过滤时间的增加，滤饼层增厚，因此如何及时清洗滤饼，恢复水通量，以及研发耐高温、耐溶剂、抗污染、易于清洁的膜和膜组件仍有待研究。

（2）超滤技术

该种技术以非对称多孔膜为主，孔径最小为2nm，最大为50nm，在常温环境下借助一定的压力、流速来促使低分子量物质逐步渗透过薄膜，进而保证高分子物质被充分截留。

（3）反渗透技术

此技术以溶解扩散学说为主要依据，以小分子有机物浓缩为主要应用范围，其中仅溶剂分子可以通过，其余的盐、氨基酸等小分子则会被截留。

（4）纳滤技术

纳米过滤是一种新式的分子膜分离技术，它是在20世纪80年代典型的反渗透复合膜后发展起来的一种新式分子膜分离技术。纳滤也是一个压力驱动的进程，其工作压力一般为0.5mpa~1.0mpa；纳滤膜的一个明显特点是它具有离子选择性，可以去除二价离子的去除率为95%或以上，一价离子的去除率较低，为40%~80%。纳滤膜在低压下具有较高的去除率，在大多情况下，它比反渗透出资成本和工作成本低。纳滤膜容易污染，需要较好的水质，需要复杂的预处理，才干确保纳滤膜的使用寿命。随着预处理水质的进步和膜功用的进步，纳滤工艺在环境保护领域里将会有很大的使用。

（5）液膜分离技术

此种技术主要是将膜展开转换为膜相，在隔开方式的基础上充分发挥液膜的选择透过性效能，从而实现物质分离的目的。液膜分离技术具有操作简单、流程同步的鲜明特征，但其在应用过程中也存在某些问题，因原材料成本高、流动载体单一、堵塞破裂等因素的影响使得液膜分离技术尚未充分应用在微生物制药活动中。

3膜分离技术在酶制剂工业中的应用

3.1酶的分离及纯化

目前，微生物酶制剂的发展非常迅速。国外有四、五十种微生物酶。广泛应用于食品加工、医疗诊断、饲料、皮革、化工产品、生化分析等行业。酶发酵液含有大量的细菌、细胞或细胞碎片和残余固体培养基成分。动态膜过滤技术在酶制剂前处理中的应用。首次将核孔微孔滤膜首次应用于高浓度酶发酵液中细菌和酶的分离。采用旋转叶片动态膜过滤法研究了不同孔径的核孔膜对酶发酵液分离的影响。为从根本上取代传统的絮凝加板框压滤开辟了一条酶制剂除菌（除渣）的新途径。

3.2酶的浓缩及精制

从微生物中提取的酶溶液含有大量的低分子物质，如无机盐、糖和氨基酸，对酶制剂的色泽、气味、吸湿性和结块性有很大的影响。方法减压，盐析法、有机溶剂沉淀法通常用于删除这些组件，但过程比较复杂，且产品纯度和回收率较低。近10多年来，膜分离技术在液体酶制剂生产中得到了成功的应用，取得了良好的效果。采用膜分离技术对酶进行浓缩和精制。该工艺操作简单，减少了污染和酶失活的机会，提高了酶的回收率，提高了产品质量。

常用酶制剂的分子质量在10000Da~100000Da之间，这个范围恰好在超滤技术应用的范围之内，采用超滤技术将粗酶液进行处理，低分子物质和盐类可以与水一起经膜孔除去，而酶被浓缩和精制。

此外，超滤还可以与其浓缩精制方法相结合，显著提高浓缩和净化效果。国外将薄膜蒸发器和超滤连接在一起，对酶进行浓缩者。先用超滤浓缩3倍左右，然后通过薄膜蒸发器浓缩。当浓度比较低时，超滤足够大，去除一定数量的低分子物质，然后由薄膜蒸发器浓缩，可以得到较高浓度的多酶溶液。

4膜分离技术的发展远景

随着我国经济的不断发展和科学技术的不断进步，人们的生活水平越来越高，对身体健康和生活环境的重视越来越多，人们对生活环境的要求也将不断提高。我们需求无污染、高质量的产品，膜分离技术作为一种新式的技术，具有抗污染、低能、高效的特征。现在，环境污染问题更加严峻，严重影响了人们的生产和生活，膜分离技术有效地将废水循环运用，进一步提高资源的重复利用率，有助于实现我国的可持续发展战略。尽管膜分离技术在我国尚处于起步阶段，但该技术在我国发展十分出色，我国需进一步提高综合国力来应对环境污染问题，促进经济和环境协调发展。现在，衡量一个国家的综合国力水平，不只取决于经济发展水平，也与国家的生态环境状况密切相关。

5结束语

膜分离技术是对传统分离技术的一次革命，得到了世界各国的普遍重视并已发展成为重要的产业。膜分离技术应用于酶制剂工业中具有许多传统方法无法比拟的优点，在改善酶制剂的质量，防止酶失活，提高酶的收率，简化工序，节能、降低操作成本等方面起到了积极的作用，取得了良好的收益。

参考文献：

[1]林旭杰.膜分离技术在制药中的应用探索[J].低碳世界，2017（35）

[2]刘家峰李超.膜分离技术在制药工业中的应用[J].化工管理，2016（26）

[3]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）