膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中的運(yùn)用初探

王晉東 周偉 劉錦明

摘 ? 要：加強(qiáng)膜分離技術(shù)在藥品制備分離、濃縮、純化過(guò)程中的應(yīng)用，可以讓制藥行業(yè)得到更好的發(fā)展。主要針對(duì)膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中的運(yùn)用進(jìn)行分析，在簡(jiǎn)單了解膜分離技術(shù)的原理和特征后，從常用的分離技術(shù)以及應(yīng)用現(xiàn)狀兩個(gè)方面入手，針對(duì)該項(xiàng)技術(shù)在現(xiàn)代中藥成分制備、藥液的提取和濃縮、藥酒制備、醫(yī)藥用水制備、西藥和生物劑等多個(gè)制藥方面的應(yīng)用情況進(jìn)行探討，為制藥行業(yè)提供參考。

關(guān)鍵詞：膜分離技術(shù);制藥領(lǐng)域;現(xiàn)代中藥;醫(yī)藥用水

近年來(lái)，膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，工藝流程、工藝水平日益完善。生產(chǎn)環(huán)節(jié)決定了產(chǎn)品質(zhì)量，分離、濃縮作為制藥生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，必須要得到重視，而膜分離技術(shù)在其中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，也應(yīng)該提高對(duì)其的重視。作為分離純化技術(shù)，在實(shí)際發(fā)展過(guò)程中具備較高的適應(yīng)性和低能耗、無(wú)污染、無(wú)相變等優(yōu)點(diǎn)，因此要加強(qiáng)其在制藥領(lǐng)域中的運(yùn)用。

1 ? ?膜分離技術(shù)的原理和特征

膜分離技術(shù)是一種分離純化的技術(shù)，利用特定的膜滲透作用原理來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性分離，在實(shí)際應(yīng)用中，從外部施加動(dòng)力或者化學(xué)位差的勢(shì)能，分開(kāi)兩組或者多元混合物，以此達(dá)到藥品分離、濃縮、純化的目的。目前，膜分離技術(shù)在電子、醫(yī)療、食品、化工以及生物等領(lǐng)域應(yīng)用，在促進(jìn)生活水平和社會(huì)發(fā)展上具有重要作用。制藥行業(yè)是體現(xiàn)膜分離技術(shù)最大優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域，可以充分發(fā)揮出自身價(jià)值。在整個(gè)制藥過(guò)程中，不僅可以保證藥品原有藥性，還能夠提高藥品純度，充分發(fā)揮藥效。在膜分離技術(shù)中，膜是最關(guān)鍵的部分，在膜表面也有很多小孔，根據(jù)孔徑的大小，可以實(shí)現(xiàn)不同程度的分離、純化，具體可分為微濾、超濾、納濾、反滲透、氣體分離、電滲析等。

和傳統(tǒng)分離技術(shù)相比，膜分離技術(shù)具有多種優(yōu)點(diǎn)，具體可以表現(xiàn)為：第一，分離損失量較小、分離效果最佳，尤其是在抗生素、酶蛋白、醫(yī)藥等方面的分離。第二，在膜分離技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生全新的污染物質(zhì)。第三，從該項(xiàng)技術(shù)的工藝流程來(lái)看，整個(gè)流程中沒(méi)有相變過(guò)程，可以最大限度地保證分離物質(zhì)的特性和原有結(jié)構(gòu)。第四，技術(shù)成本較低，工藝流程能耗較少。第五，選擇性較強(qiáng)，可以實(shí)現(xiàn)分子級(jí)的物質(zhì)分離。第六，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，工藝流程簡(jiǎn)單便捷、成本低。

2 ? ?制藥領(lǐng)域常用膜分離技術(shù)

目前，在制藥領(lǐng)域中常用的膜分離技術(shù)有以下幾種：微濾、超濾、納濾、反滲透以及滲透技術(shù)。其中，每項(xiàng)技術(shù)所代表的內(nèi)容各不相同，在這個(gè)過(guò)程中，每項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用方面各不相同，微濾主要針對(duì)不溶物進(jìn)行篩選分離，以此實(shí)現(xiàn)高度濃縮，這也是目前膜分離技術(shù)中最為成熟的技術(shù)分支之一，常用于分離、純化混合液體或者水溶性懸濁液。超濾和微濾類似，在處理高分子、大分子化合物、病毒等混合溶液時(shí)高效，可以有效截留0.02 μm，目前主要應(yīng)用在制備注射液、口服液等藥品。納濾可以用于過(guò)濾直徑在1～10 nm的微粒，如小分子有機(jī)物、溶劑、無(wú)機(jī)鹽等，在脫鹽或者濃縮有機(jī)質(zhì)分離等方面效果顯著。反滲透以及滲透技術(shù)都是通過(guò)化學(xué)勢(shì)力、壓力差之間的相互作用來(lái)完成分離純化，在制藥領(lǐng)域，主要用來(lái)進(jìn)行溶液濃縮和純化分離[1]。

3 ? ?膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中的運(yùn)用現(xiàn)狀

目前，膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中主要應(yīng)用在抗生素、半合成抗生素、水溶性維生素、氨基酸等方面的分離、純化、濃縮、回收。比如可以利用反滲透膜分離技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)青霉素裂解液的濃縮，隨著濃縮倍數(shù)的增加，膜通量也會(huì)隨之降低，根據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，6-APA截留率可以基本維持在98.5%。還可以應(yīng)用在結(jié)晶母液的回收中，6-APA截留率同樣可以達(dá)到98.5%。由此可知，反滲透膜分離技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益[2]。不僅如此，在很多傳統(tǒng)抗生素生產(chǎn)工藝中，膜分離技術(shù)都有著廣泛的應(yīng)用，如大環(huán)內(nèi)酯抗生素、林可霉素、土霉素、四環(huán)素、鏈霉素、金霉素和萬(wàn)古霉素等?，F(xiàn)如今，膜分離技術(shù)也開(kāi)始在液體提純、中藥分離等方面應(yīng)用，雖然還沒(méi)有得到大范圍的推廣，但該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)得到了肯定。

膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用極大地提高了藥物有效成分的提取率，讓藥物品質(zhì)得到了良好的保障，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也存在一定的不足。膜材料就是目前急需解決的問(wèn)題之一，如果膜材料質(zhì)量無(wú)法保證，那么不僅使用壽命會(huì)縮短，還會(huì)出現(xiàn)膜污染等多種問(wèn)題。嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致膜的消耗量大幅度降低，最終對(duì)制藥質(zhì)量和生產(chǎn)效率構(gòu)成威脅，因此必須得到重視。切實(shí)提高膜材料特性、結(jié)構(gòu)、孔徑等方面的合理性，是保證膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。比如可以根據(jù)藥液特性合理地選擇分離膜，又或者可以在分離純化前對(duì)藥液進(jìn)行預(yù)處理，全面降低膜污染。除此之外，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，盡可能地選擇復(fù)合膜、無(wú)機(jī)材料膜等特性、結(jié)構(gòu)、孔徑較優(yōu)的膜材料。在此基礎(chǔ)上，還要盡可能地延長(zhǎng)膜的使用壽命，讓其再生。

4 ? ?膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

4.1 ?現(xiàn)代中藥成分制備

制備現(xiàn)代中藥的過(guò)程需要經(jīng)過(guò)分離、純化、提取等多項(xiàng)工藝環(huán)節(jié)，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)最終效果產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，因此必須要得到重視。通過(guò)大量的試驗(yàn)對(duì)比分析，最終發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)陶瓷膜在中藥提取液分離方面具有明顯的效果，相比傳統(tǒng)分離技術(shù)，無(wú)機(jī)陶瓷膜作為超濾膜分離技術(shù)的一種，在實(shí)際應(yīng)用中，澄清除雜效果極優(yōu)。現(xiàn)代中藥在實(shí)際制備過(guò)程中，之所以要經(jīng)過(guò)反復(fù)多次的分離、純化、提取，是因?yàn)樵谥胁菟幹姓嬲行У某煞州^低，但這些成分在治療中具有奇效，為了更好地發(fā)揮藥物成分作用，就必須要進(jìn)行有效、高質(zhì)的提取。黃酮、皂甙、生物堿等都是非常重要的成分，以黃酮為例，應(yīng)用超濾膜分離技術(shù)，有效成分通過(guò)率為80%，總提取物獲得率在5%，對(duì)比傳統(tǒng)的樹(shù)脂分離提取法，整體效果較優(yōu)，尤其是在去除雜質(zhì)的效率上。此外，當(dāng)中藥溶液的pH為9～10、壓力在25 bar時(shí)，也可以采用反滲透膜分離技術(shù)，從根本上提高截留率[3]。

4.2 ?藥液的提取和濃縮

在藥液混合物料的提取和濃縮過(guò)程中，膜分離技術(shù)也具有一定的優(yōu)勢(shì)，尤其是在膜表面擴(kuò)散系數(shù)存在較大差異時(shí)，可以應(yīng)用致密性聚合物膜來(lái)進(jìn)行提取濃縮。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，致密性聚合物膜會(huì)率先溶解、吸附一些容易通過(guò)的組分，然后將其優(yōu)先過(guò)渡擴(kuò)散在膜的另一側(cè)，具體原理就是利用膜表面的化學(xué)位梯度改變上游側(cè)料液組成成分。在此基礎(chǔ)上，致密性聚合物膜表面就會(huì)發(fā)生汽化，這是因?yàn)榇藭r(shí)滲透?jìng)?cè)組分的蒸汽分壓小于飽和蒸汽壓。最后，藥液混合物料就會(huì)進(jìn)入到冷凝系統(tǒng)中，產(chǎn)生相應(yīng)的滲透產(chǎn)物。致密性聚合物膜常用于有機(jī)化合物脫水中，如酮類、醇類、芳香烴化合物、酯類等，相比傳統(tǒng)分離技術(shù)來(lái)講，該技術(shù)的分離效果好且操作工藝非常簡(jiǎn)單。最為重要的是，膜分離蒸餾技術(shù)對(duì)膜材料的要求較低，因此利用致密性聚合物膜也可以滿足藥液的提取和濃縮要求，切實(shí)降低了成本。從理論上講，該技術(shù)應(yīng)用在藥液的提取和濃縮中可以實(shí)現(xiàn)100%的分離和提取，因此，目前被廣泛應(yīng)用在高濃度物質(zhì)的有效分離上，生產(chǎn)效率非常高，尤其是其本身具有的低溫、濃縮特點(diǎn)，讓其在特種物質(zhì)分離、熱敏性物質(zhì)濃縮提純中得到廣泛應(yīng)用。

4.3 ?藥酒制備中的應(yīng)用

藥酒也是制藥行業(yè)的一種，藥酒本身也含有很多不溶物，如蛋白質(zhì)、單寧色素、多糖、細(xì)菌等，都可以通過(guò)超濾膜分離處理技術(shù)進(jìn)行有效截留。通過(guò)實(shí)際對(duì)比分析，經(jīng)過(guò)處理后的藥酒無(wú)論在口感還是色澤上都優(yōu)于未經(jīng)處理過(guò)的藥酒。通過(guò)實(shí)際數(shù)據(jù)顯示細(xì)菌去除率高達(dá)100%，能耗和成本也得到了大幅度降低，藥酒的可貯存時(shí)間得到有效提高，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持固有風(fēng)味。通過(guò)超濾處理后的藥酒，其水-醇分子之間的締合作用明顯提升，酒精的揮發(fā)效率也得到有效降低，整體上提高了藥酒的質(zhì)量、品質(zhì)。相比老式制備方式而言，藥酒制備的靈活性和可靠性都得到了大幅度的提高，讓藥酒制造企業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)量和整體效率從根本上增強(qiáng)。以某藥酒制造工廠為例，該企業(yè)在應(yīng)用了超濾膜分離技術(shù)后，可以更好地控制分離、殺菌環(huán)節(jié)，切實(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，讓經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)得到了提高。

4.4 ?醫(yī)藥用水制備應(yīng)用

醫(yī)藥用水的制備工作也非常重要，作為醫(yī)藥行業(yè)中最為常用的藥劑，是不可或缺的重要存在，而且為了保證質(zhì)量和效果，醫(yī)藥用水的要求也非常高。一般情況下，會(huì)采用蒸餾的方式獲得醫(yī)藥用水。隨著膜分離技術(shù)的發(fā)展，其逐漸取代了傳統(tǒng)分離技術(shù)，比如利用PA中空纖維反滲透膜和超濾膜分離技術(shù)制備出來(lái)的醫(yī)藥用水，均可達(dá)到注射用水的標(biāo)準(zhǔn)，而且成本、能耗、污染等方面都得到了大幅度的降低。從目前發(fā)展情況來(lái)看，各大醫(yī)藥生產(chǎn)企業(yè)都加大了膜分離技術(shù)在醫(yī)藥用水制備中的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)醫(yī)藥制備的現(xiàn)代化、工業(yè)化發(fā)展，滿足人們對(duì)高質(zhì)量、低成本藥品的實(shí)際需求。

4.5 ?西藥和生物劑制備

除了上述幾個(gè)方面之外，膜分離技術(shù)還被廣泛應(yīng)用在西藥和生物劑制備中，如蛋白質(zhì)、酶制劑等生化藥品，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的生產(chǎn)、濃縮、分離、提純，其中應(yīng)用次數(shù)最多的就是超濾技術(shù)。以溶菌酶的分離為例，采用超濾技術(shù)可以將溶菌酶的分離效果提高25%～30%，蛋白質(zhì)和酶制劑的純度可以達(dá)到96%。在氨基酸、抗生素等制備工作中，也可以采用超濾膜技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)、濃縮、分離、提純等。在實(shí)際應(yīng)用中，不僅可以實(shí)現(xiàn)高效的發(fā)酵液固液分離，同時(shí)也能夠有效增加膜通量，完全截留蛋白質(zhì)。在利用超濾膜分離技術(shù)中，最常見(jiàn)的膜材料為PVA納濾膜，常用于抗生素制備，在200～1 200 μm相對(duì)分子質(zhì)量中實(shí)現(xiàn)抗生素的有效分離，并且保證截留效率超過(guò)99%[4]。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

膜分離技術(shù)本身所具有的高效率、高質(zhì)量、低消耗、低成本、環(huán)保性等優(yōu)勢(shì)，為制藥工業(yè)贏得了更多的發(fā)展空間。但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在一定問(wèn)題需要解決，以此讓其得到更多的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)膜分離技術(shù)在現(xiàn)代中藥、藥液、藥酒、醫(yī)藥用水、西藥和生物劑等方面的應(yīng)用探討分析，全面完善制藥流程，提高藥品純度，讓制藥企業(yè)可以大量生產(chǎn)藥品，使醫(yī)藥行業(yè)得到科學(xué)可持續(xù)的發(fā)展。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊 ? 青.膜分離技術(shù)在制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].清洗世界，2019，35（10）：73-74.

[2]黃 ? 誠(chéng).膜分離技術(shù)在制藥工業(yè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2018（8）：62-63.

[3]林旭杰.膜分離技術(shù)在制藥中的應(yīng)用探索[J].低碳世界，2017（35）：343-344.

[4]湯岳樺.膜分離技術(shù)在中藥制藥領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新區(qū)，2017（23）：176.