膜分離技術在抗生素、氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中的應用

     隨著基因工程技術的不斷發(fā)展，由發(fā)酵法生產的微生物藥物的分離和純化正面臨著一系列新的問題，如含量低 、活性高、易失活、提取收率低等。膜分離過程作為一種新型的分離技術，在現(xiàn)代生物制藥分離工程中具有巨大的應用潛力，得到了廣泛的發(fā)展，已經用于酶、活性蛋白、氨基酸、維生素、甾體 、疫苗等物質的分離純化，而膜分離技術在抗生素提煉中的應用也是重點推廣的領域之一。 

      成功的生物制品的商業(yè)化生產需要經濟而又高選擇性的分離方法。處理過程視產品價格、生產規(guī)模而變化，而各種藥物生產過程中所處理的對象很不相同，例如微粒大小、不純潔度、所需終產品濃度也并不一樣。為避免價格昂貴的色譜分離和熱分離方法，選擇新的分離固液混合物的分離系統(tǒng)的研究就顯得十分重要。 

      多數(shù)抗生素的分子量在300—1200范圍，存在于胞外，從發(fā)酵液中提取。傳統(tǒng)提取方法主要有：吸附法、溶劑萃取法、離子交換法和沉淀法。各種方法各有特點，但工藝往往都十分繁雜，所需時間長，易變性失活，需消耗大量的原料、能耗高、回收率低 、廢水污染嚴重且處理難度大。膜分離過程作為一門新型的分離、濃縮、提純及凈化技術，具有節(jié)能，不破壞產品結構、少污染和操作簡單、可在常溫下連續(xù)操作、可直接放大、可專一配膜等特點，且各種膜過程具有不同分離機制，適于不同對象和要求。由于其特別適合用于熱敏性物質的分離，在食品加工、醫(yī)藥等領域有其獨特的實用性。用于微生物藥物分離和純化中的膜分離技術主要涉及微濾 、超濾、納濾 、液膜分離和反滲透等。 

一、膜分離技術的特點 

傳統(tǒng)抗生素提煉工藝；發(fā)酵液→過濾或離心或大孔樹脂吸附、萃取→濃縮→脫色→干燥→產品。 

采用膜分離技術工藝可簡化為：發(fā)酵液→超濾→納濾(或反滲透)→脫色→干燥→產品。  

       相對于傳統(tǒng)工藝，膜分離具有以下優(yōu)點：大大簡化了工藝，一次性投資少 ，維護 、操作簡單，運行費用低 ，節(jié)省資源 ；運行無相變不破壞產品的結構，分離效率高，提高了產品的收率和質量；不需要溶劑或溶劑用量大大減少，因此廢水也更易處理。 

二、分離原理 

       根據(jù)截留組分的不同，可以將膜過程分為微濾、超濾、納濾、反滲透、滲透蒸發(fā)、滲析、電滲析、氣體分離等。用于發(fā)酵液后處理的膜技術主要是超濾，其次是納濾、微濾、反滲透以及液膜分離等 。 

      (1)微濾膜是利用篩分原理，分離截留直徑0.01～10μm以上的粒子，如發(fā)酵液中的菌體、細胞、不溶物等。微溶主要應用于細胞收集。液固分離等方面，常作超濾的預處理過程； 

      (2)超濾膜屬于非對稱多孔膜，孔徑在 2～50nm，利用高分子薄膜選擇滲透性，在常溫下依靠一定的壓差和流速，使小于膜孔徑的低分子量物質透過膜而使高分子物質被截留。已開發(fā)具有不同分子截留的各種超濾膜 (1000～100萬分子量 )，它可按分子大小選擇膜孔徑，處理發(fā)酵液可以截留病毒、蛋白質 、酶、多糖等大分子物質，對目的產物進行純化； 

      (3)反滲透的分離基本原理是溶解擴散學說，主要應用于小分子有機物的濃縮 ，只允許溶劑分子通過，鹽、氨基酸等小分子被截留； 

      (4)納濾膜平均孔徑 2nm 左右，處理發(fā)酵液時截留組分可小到抗生素，合成藥、染料、雙糖等，允許水、無機鹽、有機物等小分子物質通過，截留性能介于超濾和反滲透之間，對目的產物起濃縮作用，由于其操作壓力低，對一 、二 價離子有不同選擇性，對小分子有機物有較高的截留性等特點，加之膜表面具負電性，抗水垢污染，發(fā)展較快； 

三、膜分離技術在抗生素、氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中的應用 

微濾、超濾、納濾、反滲透、液膜分離等五種方法在B一內酰胺類、氨基糖苷類、大環(huán)內酯類、四環(huán)素類等抗生素以及氨基酸和酶類微生物藥物分離純化中均有應用。