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膜技术——制药工业现代化的核心技术
吉林新金尔科技有限公司  姜虹灸

  膜技术――制药工业现代化的核心技术。这样讲毫不为过,因为,膜分离技术可以使制药企业提高产品得率和品质、简化生产工艺、降低生产成本等。长期以来,我们的制药工业尤其是中药制药企业一直停留在传统的生产工艺上,它存在着生产周期长、成本高,收率低等问题,在除杂、除菌、除热原等方面具有极大的不稳定性,严重影响制剂的品质,并且生产中消耗大量水、电、能源及有机溶剂,造成生产成本增加。近几年,膜技术在制药行业上的应用越来越多,尤其是在生化制药领域。随着科技的进步,时代的发展,市场竞争的需要,迫切要求我们改变传统工艺,采用高科技的先进技术生产出高品质的产品,与国内外同行业的产品竞争。下面先简要介绍一下膜分离技术的常识:
   膜分离技术是用筛分原理或溶解扩散对匀相或非匀相体系进行选择性分离的一种当今世界最先进的分离操作单元技术。它可以根据所分离物质的分子量大小或被分离物质的颗粒大小分为微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)等不同的技术(如图)。可选择性分离从微米级、亚微米级直到大分子、小分子、离子和原子级的不同物质。根据不同需要达到灭菌、分离、净化或浓缩等目的。也就是说,根据目标产物的不同,让某些物质通过,同时让另一些物质留下。(如图)

 
 

  现在,业内外人士都在强调中药现代化。本人于去年9月参加吉林省第一届中医药学会中药委员会 会议。会议其间,吉林省中药办的负责人做了《中药现代化》的专题发言。在这个发言中,只讲了中草药的科学种植与管理的“现代化”,并没有谈到中草药加工生产技术的“现代化”。同时,一些制药企业的大多数技术人员, 仅仅知道膜技术就是用来生产纯水的。小部分技术人员对膜技术了解多一些。知道膜技术可以用来除杂、除菌、除热原,可以用膜进行料液的分离,浓缩,提纯等等。至于陶瓷膜这种耐高温、耐酸碱 、使用寿命长、通量大、容易进行清洗和再生的特性,知道的人就更少了。这也难怪,陶瓷膜在制药行业的应用才是近几年的事。 直到最近才有一家药厂进行大设备、大资金投入。这家药厂投资数百万元,购置了一套面积达200多平方米的陶瓷膜设备,用于中药水提液的过滤, 以取代一次醇沉。仅此一个品种(一种口服液),每年就可以为企业节约190万元,并且,这套陶瓷膜分离设备还可以进行多个品种的过滤生产。同时, 还使工艺周期由原来的15天缩短为现在的10天。产品的质量也得到了明显的提高。用企业自己的话说:“新工艺能显著提高产品的收率和品质,缩短生产周期,省去了大量的乙醇及蒸发浓缩过程,减轻后工序的运行压力,从而降低了生产成本。更重要的是保证了药液的澄明度,提高了产品的市场竞争力。仅此一项,即可 吸引整个中药界的关注,为中国的国药走出国门起到了跳板的作用”。目前,这家药厂正在计划用膜技术进行常温下药液浓缩,从而取代双效或三效蒸发浓缩,实现企业全方位现代化,自动化。
  当前,膜分离技术在制药行业不能得到 普及的原因,不仅是企业内部膜技术人员的短缺和资金的不足。还有一个更重要的原因:那就是我们的技术人员和企业领导不愿意也不想改变现有的生产工艺。因为制药是一个特殊行业,改变一个工艺,不但有一定的风险,还有许多报批等方面的麻烦。要知道,在市场激烈竞争的今天,谁能拥有降低成本并能提高产品质量的技术,谁就可以占领市场,谁就可以在竞争中战胜对手使企业拥有更加广阔的发展空间。而膜技术恰好为企业提供了契机。
  现在,无论是在理论上还是在实践中,都证明了膜技术在中药和生化制药过程中的科学性、先进性和可行性。在此,我们先简要的 介绍一下膜分离技术在中药制剂中的应用,然后再简要说一下在生化制药方面的应用。

 
一、膜技术在中药制剂中的应用

  ① 膜法精制中药口服液、药酒。可以简化生产工艺,缩短生产周期,取代传统的板框过滤、离心分离等,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。口服液不再有沉淀和挂壁现象。
  ② 水提液无需冷却可直接过滤。由于胶脂类的物质被膜分离除去,料液浓缩时黏度大大降低,使浓缩蒸发和后序过滤大大方便,缩短了时间降低了成本。
  ③ 尤其是需要两次醇沉工艺的品种,采用膜技术可以 取代一次醇沉 。节约大量乙醇,大大降低其生产成本,还能降低乙醇回收所需能耗,缩短生产周期。
  ④ 能保持原配方的成分,提高产品中有效成分的含量。 (无论是固体制剂还是口服液等)中草药的成分十分复杂,通常含有生物碱、有机酸、酚类、皂甙等化合物以及蛋白质、黏液质、鞣质、多糖、淀粉、纤维素等。一般而言非药用性成分或药用性较差的成分,分子量都很大(从几十万~几百万道尔顿),而有用成分即中药的目标产物的分子量一般较小,从几百到几千道尔顿。传统的水提醇沉工艺不能将高分子量的非药用成分去除。所以使药液中有效成分(既目标产物)的浓度降低,患者服用剂量加大,不仅给病人带来服用时的不便和痛苦,同时也使中药容易吸潮变质,难以保存。如采用膜分离技术,就可以解决这些问题,去除非药用性成分,使患者用药少而精,提高疗效。对企业而言,包装、运输等方面的费用也会随之下降许多,同样也能降低成本。
  ⑤ 中药针剂,除菌、除热原,无需高温或其他化学方法,在常温下进行,效果好,完全能达到药典要求。
  ⑥ 中药药液的除油。传统的中药制药多使用醇沉工艺,溶于乙醇而难溶于水的植物油和胶质在酒精蒸发后会从药液中析出。目前,常用的去除方法是用食用石蜡等进行萃取。这种方法不但需要消耗大量辅料,费用大,且劳动强度大,环境条件差。采用膜技术除油,效果好,且大大降低生产成本,实现自动化,改善工作条件和环境。
  ⑦ 膜技术工艺简单,设备占地少,操作容易,开停机方便,运行费用低,闭和回路运行,使生产过程清洁,卫生,环保。

 
二、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真空转鼓过滤、离心、树脂交换、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 。
 
目前膜技术在制药工业应用的情况
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 0.08 0.25
劳动力 0.32 0.08
维修费用 0.14 0.04
清洗用试剂 -- 0.43
折旧费 0.28 1.18
总操作费 7.18 4.20
 
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,尤其南方许多药厂都已应用了膜技术,在北方也有一些,如长春某药厂、沈阳某药厂用膜技术对“疫苗的浓缩与纯制”;吉林某药厂利用膜技术代替传统醇法精制灵芝多糖;沈阳某药厂利用膜技术提取纯化“胸腺肽”……
  另外 ,膜技术在饮料、食品工业、石油、化工、环保、冶金等许多领域都得到了广泛的应用,并成为一些领域的支撑技术.

 
资料一 膜分离技术在中药生产中的应用
资料二 超滤去除中药注射液中的热原
资料三 陶瓷微滤膜与醇沉法澄清中药水提液的比较
资料四 陶瓷膜技术的特点
 
 
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