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制药领域中膜分离技术的应用探讨

时间:2020-02-18 来源:现代盐化工 共4039字
作者:王晋东,周伟,刘锦明 单位:荆楚理工学院

  摘    要: 加强膜分离技术在药品制备分离、浓缩、纯化过程中的应用,可以让制药行业得到更好的发展。主要针对膜分离技术在制药领域中的运用进行分析,在简单了解膜分离技术的原理和特征后,从常用的分离技术以及应用现状两个方面入手,针对该项技术在现代中药成分制备、药液的提取和浓缩、药酒制备、医药用水制备、西药和生物剂等多个制药方面的应用情况进行探讨,为制药行业提供参考。

  关键词: 膜分离技术; 制药领域; 现代中药; 医药用水;

  近年来,膜分离技术在制药领域得到了广泛应用,并且随着科学技术的发展,工艺流程、工艺水平日益完善。生产环节决定了产品质量,分离、浓缩作为制药生产过程中的关键环节,必须要得到重视,而膜分离技术在其中发挥着至关重要的作用,也应该提高对其的重视。作为分离纯化技术,在实际发展过程中具备较高的适应性和低能耗、无污染、无相变等优点,因此要加强其在制药领域中的运用。

  1、 膜分离技术的原理和特征

  膜分离技术是一种分离纯化的技术,利用特定的膜渗透作用原理来实现选择性分离,在实际应用中,从外部施加动力或者化学位差的势能,分开两组或者多元混合物,以此达到药品分离、浓缩、纯化的目的。目前,膜分离技术在电子、医疗、食品、化工以及生物等领域应用,在促进生活水平和社会发展上具有重要作用。制药行业是体现膜分离技术最大优势的领域,可以充分发挥出自身价值。在整个制药过程中,不仅可以保证药品原有药性,还能够提高药品纯度,充分发挥药效。在膜分离技术中,膜是最关键的部分,在膜表面也有很多小孔,根据孔径的大小,可以实现不同程度的分离、纯化,具体可分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、气体分离、电渗析等。

  和传统分离技术相比,膜分离技术具有多种优点,具体可以表现为:第一,分离损失量较小、分离效果最佳,尤其是在抗生素、酶蛋白、医药等方面的分离。第二,在膜分离技术的应用过程中不会产生全新的污染物质。第三,从该项技术的工艺流程来看,整个流程中没有相变过程,可以最大限度地保证分离物质的特性和原有结构。第四,技术成本较低,工艺流程能耗较少。第五,选择性较强,可以实现分子级的物质分离。第六,实现自动化控制,工艺流程简单便捷、成本低。

  2、 制药领域常用膜分离技术

  目前,在制药领域中常用的膜分离技术有以下几种:微滤、超滤、纳滤、反渗透以及渗透技术。其中,每项技术所代表的内容各不相同,在这个过程中,每项技术的应用方面各不相同,微滤主要针对不溶物进行筛选分离,以此实现高度浓缩,这也是目前膜分离技术中最为成熟的技术分支之一,常用于分离、纯化混合液体或者水溶性悬浊液。超滤和微滤类似,在处理高分子、大分子化合物、病毒等混合溶液时高效,可以有效截留0.02μm,目前主要应用在制备注射液、口服液等药品。纳滤可以用于过滤直径在1~10 nm的微粒,如小分子有机物、溶剂、无机盐等,在脱盐或者浓缩有机质分离等方面效果显着。反渗透以及渗透技术都是通过化学势力、压力差之间的相互作用来完成分离纯化,在制药领域,主要用来进行溶液浓缩和纯化分离[1]。

  3 、膜分离技术在制药领域中的运用现状

  目前,膜分离技术在制药领域中主要应用在抗生素、半合成抗生素、水溶性维生素、氨基酸等方面的分离、纯化、浓缩、回收。比如可以利用反渗透膜分离技术来实现青霉素裂解液的浓缩,随着浓缩倍数的增加,膜通量也会随之降低,根据实际调查数据显示,6-APA截留率可以基本维持在98.5%。还可以应用在结晶母液的回收中,6-APA截留率同样可以达到98.5%。由此可知,反渗透膜分离技术在实际应用中具有十分可观的经济效益[2]。不仅如此,在很多传统抗生素生产工艺中,膜分离技术都有着广泛的应用,如大环内酯抗生素、林可霉素、土霉素、四环素、链霉素、金霉素和万古霉素等。现如今,膜分离技术也开始在液体提纯、中药分离等方面应用,虽然还没有得到大范围的推广,但该项技术的优势已经得到了肯定。
 

制药领域中膜分离技术的应用探讨
 

  膜分离技术在制药领域中的应用极大地提高了药物有效成分的提取率,让药物品质得到了良好的保障,但在实际应用过程中也存在一定的不足。膜材料就是目前急需解决的问题之一,如果膜材料质量无法保证,那么不仅使用寿命会缩短,还会出现膜污染等多种问题。严重的还会导致膜的消耗量大幅度降低,最终对制药质量和生产效率构成威胁,因此必须得到重视。切实提高膜材料特性、结构、孔径等方面的合理性,是保证膜分离技术在制药领域中得到广泛应用的关键。比如可以根据药液特性合理地选择分离膜,又或者可以在分离纯化前对药液进行预处理,全面降低膜污染。除此之外,在实际应用的过程中,尽可能地选择复合膜、无机材料膜等特性、结构、孔径较优的膜材料。在此基础上,还要尽可能地延长膜的使用寿命,让其再生。

  4、 膜分离技术在制药领域中的具体应用

  4.1、 现代中药成分制备

  制备现代中药的过程需要经过分离、纯化、提取等多项工艺环节,任何一个环节出现问题,都会对最终效果产生严重的负面影响,因此必须要得到重视。通过大量的试验对比分析,最终发现无机陶瓷膜在中药提取液分离方面具有明显的效果,相比传统分离技术,无机陶瓷膜作为超滤膜分离技术的一种,在实际应用中,澄清除杂效果极优。现代中药在实际制备过程中,之所以要经过反复多次的分离、纯化、提取,是因为在中草药中真正有效的成分较低,但这些成分在治疗中具有奇效,为了更好地发挥药物成分作用,就必须要进行有效、高质的提取。黄酮、皂甙、生物碱等都是非常重要的成分,以黄酮为例,应用超滤膜分离技术,有效成分通过率为80%,总提取物获得率在5%,对比传统的树脂分离提取法,整体效果较优,尤其是在去除杂质的效率上。此外,当中药溶液的pH为9~10、压力在25 bar时,也可以采用反渗透膜分离技术,从根本上提高截留率[3]。

  4.2、 药液的提取和浓缩

  在药液混合物料的提取和浓缩过程中,膜分离技术也具有一定的优势,尤其是在膜表面扩散系数存在较大差异时,可以应用致密性聚合物膜来进行提取浓缩。在实际应用过程中,致密性聚合物膜会率先溶解、吸附一些容易通过的组分,然后将其优先过渡扩散在膜的另一侧,具体原理就是利用膜表面的化学位梯度改变上游侧料液组成成分。在此基础上,致密性聚合物膜表面就会发生汽化,这是因为此时渗透侧组分的蒸汽分压小于饱和蒸汽压。最后,药液混合物料就会进入到冷凝系统中,产生相应的渗透产物。致密性聚合物膜常用于有机化合物脱水中,如酮类、醇类、芳香烃化合物、酯类等,相比传统分离技术来讲,该技术的分离效果好且操作工艺非常简单。最为重要的是,膜分离蒸馏技术对膜材料的要求较低,因此利用致密性聚合物膜也可以满足药液的提取和浓缩要求,切实降低了成本。从理论上讲,该技术应用在药液的提取和浓缩中可以实现100%的分离和提取,因此,目前被广泛应用在高浓度物质的有效分离上,生产效率非常高,尤其是其本身具有的低温、浓缩特点,让其在特种物质分离、热敏性物质浓缩提纯中得到广泛应用。

  4.3、 药酒制备中的应用

  药酒也是制药行业的一种,药酒本身也含有很多不溶物,如蛋白质、单宁色素、多糖、细菌等,都可以通过超滤膜分离处理技术进行有效截留。通过实际对比分析,经过处理后的药酒无论在口感还是色泽上都优于未经处理过的药酒。通过实际数据显示细菌去除率高达100%,能耗和成本也得到了大幅度降低,药酒的可贮存时间得到有效提高,能够长时间保持固有风味。通过超滤处理后的药酒,其水-醇分子之间的缔合作用明显提升,酒精的挥发效率也得到有效降低,整体上提高了药酒的质量、品质。相比老式制备方式而言,药酒制备的灵活性和可靠性都得到了大幅度的提高,让药酒制造企业的生产产量和整体效率从根本上增强。以某药酒制造工厂为例,该企业在应用了超滤膜分离技术后,可以更好地控制分离、杀菌环节,切实提高了产品质量,降低了生产成本,让经济利润得到了提高。

  4.4 、医药用水制备应用

  医药用水的制备工作也非常重要,作为医药行业中最为常用的药剂,是不可或缺的重要存在,而且为了保证质量和效果,医药用水的要求也非常高。一般情况下,会采用蒸馏的方式获得医药用水。随着膜分离技术的发展,其逐渐取代了传统分离技术,比如利用PA中空纤维反渗透膜和超滤膜分离技术制备出来的医药用水,均可达到注射用水的标准,而且成本、能耗、污染等方面都得到了大幅度的降低。从目前发展情况来看,各大医药生产企业都加大了膜分离技术在医药用水制备中的应用,以实现医药制备的现代化、工业化发展,满足人们对高质量、低成本药品的实际需求。

  4.5 、西药和生物剂制备

  除了上述几个方面之外,膜分离技术还被广泛应用在西药和生物剂制备中,如蛋白质、酶制剂等生化药品,实现高质量的生产、浓缩、分离、提纯,其中应用次数最多的就是超滤技术。以溶菌酶的分离为例,采用超滤技术可以将溶菌酶的分离效果提高25%~30%,蛋白质和酶制剂的纯度可以达到96%。在氨基酸、抗生素等制备工作中,也可以采用超滤膜技术进行生产、浓缩、分离、提纯等。在实际应用中,不仅可以实现高效的发酵液固液分离,同时也能够有效增加膜通量,完全截留蛋白质。在利用超滤膜分离技术中,最常见的膜材料为PVA纳滤膜,常用于抗生素制备,在200~1 200μm相对分子质量中实现抗生素的有效分离,并且保证截留效率超过99%[4]。

  5、 结语

  膜分离技术本身所具有的高效率、高质量、低消耗、低成本、环保性等优势,为制药工业赢得了更多的发展空间。但是在实际应用过程中还存在一定问题需要解决,以此让其得到更多的应用。通过对膜分离技术在现代中药、药液、药酒、医药用水、西药和生物剂等方面的应用探讨分析,全面完善制药流程,提高药品纯度,让制药企业可以大量生产药品,使医药行业得到科学可持续的发展。

  参考文献

  [1]杨青.膜分离技术在制药领域中的应用[J].清洗世界,2019,35(10):73-74.
  [2]黄诚.膜分离技术在制药工业中的应用[J].中国新技术新产品,2018(8):62-63.
  [3]林旭杰.膜分离技术在制药中的应用探索[J].低碳世界,2017(35):343-344.
  [4]汤岳桦.膜分离技术在中药制药领域中的应用[J].中国高新区,2017(23):176.

原文出处:王晋东,周伟,刘锦明.膜分离技术在制药领域中的运用初探[J].现代盐化工,2020,47(01):3-4.

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