新手段打破中药的膜分离技术应用困局

     膜技术应用于中药的分离、纯化研究有二十余年，取得了较大进展，部分中药的生产工艺已改用膜分离技术代替。然而与其他领域相比，膜技术在中药领域的应用仍然非常少。造成这一现象的主要原因为中药成分多而杂，致使膜技术在应用过程中面临浓差极化和膜污染两大难题，缩短了膜的作用寿命。相关研究显示，在膜处理和膜清洗过程中，应用新材料、采用整合分离工艺等新技术手段是拓展膜分离技术在中药领域应用的突破口。
　　■两大问题导致应用困局
　　膜分离技术利用天然的或合成的、具有选择透过性的薄膜为分离介质，依靠膜两侧推动力差（如压力差、浓度差、电位差、温度差等），使原料中的某一或某些组分选择性地透过膜，以达到分离、分级、提纯或富集的目的。因其高效节能、条件温和、无相变过程，非常适合于热敏性物质的分离，应用十分广泛。中药有效成分多为使用传统提取方法易受破坏的热敏性物质，采用膜分离技术避免了热敏性成分的破坏，提高了有效成分的含量和药效。
　　然而，由于中药成分多而杂，膜技术在应用过程中面临着浓差极化和膜污染两大难题，缩短了膜的作用寿命，造成当前膜技术在中药领域应用较少的现状。浓差极化是指分离过程中,料液在压力驱动下透过膜，溶质被截留，于是膜与本体溶液界面或膜界面区域浓度越来越高，引起渗透压增大，在膜表面形成沉积或凝胶层,增加透过阻力，改变膜分离特性，使膜发生溶胀或恶化膜的性能，导致结晶析出，阻塞流道。膜污染是指处理物料中的微粒、胶体粒子或溶质分子与膜发生物理化学相互作用，或因浓度极化使某些溶质在膜表面浓度超过其溶解度及机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积，造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。
　　■新技术带来新突破
　　为解决上述问题，近年来国内外学者进行了多项研究，提供了一些切实可行的解决办法。这些办法大致上可归为两类。
　　膜处理使用复合膜是目前研究较为可行的方法之一。在膜上可涂上一层聚乙醇乙烯，改善亲水性和膜表面的光滑度，以免膜污染和提高产物渗透性。Zhang等将哌嗪和trimesoylchloride界面聚合的复合膜用于抗生素的分离,其分离效率可与商用纳滤膜媲美。用其浓缩793.7～992.1单位的大环内酯类抗生素,截留率可达99%，浓缩倍数在实验室为10倍左右，中试阶段为4倍以上。
　　还有一种方法是在膜制备时，改变膜的表面极性和电荷，这种方法常可减轻污染，也可将膜先用吸附力较强的溶质吸附，如聚砜膜可用大豆卵磷脂的乙醇溶液预处理，醋酸纤维膜可用阳离子表面活性剂处理。辐射嫁接的方法是膜表面改性的途径之一。Shim等采用α射线辐射，将亲水性的甲基丙烯酸－2－羟乙酯单体嫁接到聚丙烯超滤膜表面上，并用改性后聚丙烯膜对牛血清蛋白溶液进行超滤处理,发现溶液通量增加，膜的抗污性增强，同时膜表面的亲水性增强。
　　近几年还开发出一些新型的无机膜材料,如陶瓷、玻璃和金属，目前国内尚处于实验室研究阶段。这类膜突出的优点是耐高温和耐溶剂性能好、不易老化、可再生性强、耐细菌和强度高等。有研究制备了α氧化铝复合膜,并在其表面形成硅烷层，改进了膜的截留性能。无机陶瓷膜经多年的发展，在众多领域获得了广泛应用,成为膜领域发展最迅速、最有前景的品种之一。
　　在膜技术应用过程中做相关处理也是解决上述问题不错的选择。如抗生素的发酵液中成分比较复杂，对料液进行预处理，除去菌体、悬浮杂质、悬浮胶体，可减少膜表面污垢附着量；另外，亲水膜及膜材料的电荷与溶质电荷相同的膜具有好的抗污性能，由于发酵液组成复杂，造成污染因素各不相同，应在不同条件下进行选择。
　　膜清洗膜在长期运行中,膜污染问题必然产生,因此必须采取一定的清洗方式,使膜面或膜孔内污染物去除,达到恢复透水量，延长膜寿命的目的。膜清洗多使用物理法和化学法或将两者结合起来。物理清洗多借助于高流速液体流动所产生的机械力将膜面上的污染物冲洗掉,或使用海棉球机械擦洗和反洗等,其特点是简单易行，不引入新污染物。化学清洗常用清洗剂有：酸、碱、酶(蛋白酶)、螯合剂、表面活性剂、过氧化氢、次氯酸盐、磷酸盐、聚磷酸盐等。还有一种清洗方法是生物清洗,即借助微生物、酶等生物活性剂去除膜表面及膜内部的污染物。但化学和生物清洗都存在向系统引入新污染物的可能性。

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