陶瓷膜在制药领域的应用

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2021-05-28 环球过滤分离技术网 guolvfenlitech7

膜分离技术在制药领域中的使用并不罕见，它具有操作方便、节能、不造成新的环境污染等优点，尤其在中药有效成分的提取、原生质、酶、微生物的分离和回收、发酵液的澄清等工序上，过滤膜都是必不可少的工具。


无机陶瓷膜是近几十年发展起来的膜材料，在中药提取液、发酵料液的应用主要起截留细菌、微粒、大分子杂质（胶质、鞣质、蛋白、多糖等）或脱色的作用。与有机纳滤膜相比，陶瓷纳滤膜具备热稳定性好、化学稳定性好，pH值试用范围宽、机械性能良好、使用寿命长、易于冲洗等应用优势，尤其适合用在有机膜不能适应的地方：



陶瓷膜

过滤原理

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。

左：陶瓷膜的工作原理示意图


右：陶瓷膜过滤器的膜组件及构造示意图



应用范围
因具有耗能小、效率高、能在低温下操作、生物活性物质不易失活等特点，陶瓷膜近几年在分离、浓缩和纯化生物活性物质方面得到了广泛的应用，应用较多的场景有：中药提取液的过滤、生物发酵液的过滤、目标产物的浓缩精制、酶的分离提取、制药废水的处理等。

1.中药提取液的过滤

中药提取液所含成分十分复杂，既有多种有效成分，又有无效成分，还含有有毒成分。利用无机陶瓷膜精制中药提取液，使其有效成分进一步分离、纯化，可最大限度地提取其有效成分，使中药提取液的效果得以最大限度地发挥。与传统的水提醇沉工艺相比，具有无相变、目标物基本100%截留、用水量少、工艺简单、操作方便等优势。

过滤前和过滤后就是两个境界

2.生物发酵液的过滤

制药生产的发酵料液有其特殊性，主要的特点是菌丝浓度高、黏度大。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。但采用陶瓷膜的话，可以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，具有分离精度高，透过液澄清透明，有效防止产物变性失活等优势，可得到澄清甚至是除菌的滤液，经不断地顶洗后渣体仅保留相当低的单位，理论上可以得到比板框过滤更高的提取收率。


从真菌子发酵液中分离出的代谢产物是医药保健产品中的常用成分，如真菌多糖（图：茯苓）

3.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。

4.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。而陶瓷膜技术可以简化酶的提取、纯化和脱盐程序，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。
从生物体内提取出的酶是美容保健产品的挚爱

5.生物制药废水的处理

生物制药废水污染负荷高，成分复杂，而且往往存在抑菌作用，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向。

结语
由于医药行业对药物洁净度要求很高，因此使用中需要注意对无机陶瓷膜系统的清洗，避免清理不彻底和交叉污染，确保生产的正常进行，保证药物提取液的质量并延长设备使用寿命。此外，考虑到在制药行业中用到陶瓷膜的地方往往是高附加值的产品，因此药企对陶瓷膜过滤器性能有较高的要求，确保不会因故障率高的原因而频繁停工，这对国内的陶瓷膜厂家来说也将是一个不小的挑战和机遇。

资料来源：

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。

无机陶瓷膜过滤器在提取液精制生产中的应用及注意事项，张静.

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