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一、概述
葯物有效成分提取的傳統方法主要是首先采用有机溶劑萃取，然后通過層析、重結晶等分離技朮使有效成分的純度進一步提高，最后應用于臨床。傳統方法存在以下方面的問題：首先，提取過程中有效成分可能與有机成分發生作用，使其失去原有效用，如采用醇沉工藝時，有效成分損失率有時高達60%。而且，大量有机溶劑的使用既提高了生產成本，又造成了環境汙染；第二，提取過程多而復雜，技朮要求苛刻，能耗高，生產周期長，特別是有效成分含量太低時，提取就變得十分困難；第三，無效成分不能很好的去除，濃縮率不夠高，口感差，臨床療效不能得到充分的發揮；第四，分離過程常采用高溫操作，從而會引起熱敏性成分的大量分解；第五，過分注重單個組分的作用，使中葯失去了原有的復方特色，影響葯效。傳統方法的上述缺陷使其難以滿足國際市場及患者對葯品質量（包括內在質量如重金屬和殘留農葯成分等以及外在質量如劑型和外觀等）的日漸苛刻的要求，也因高新技朮含量太低缺乏國際競爭力。
膜分離在工業上的應用以1925年sartorious公司成立濾膜公司為起點，此后差不多每十年就有一項新的膜分離得到研究和應用開發。如20世紀30年代的微濾，40年代的滲析，50年代的電滲析，60年代的反滲透，70年代的超濾，80年代的氣體分離，90年代的滲透蒸發（滲透汽化），尤其是1960年Loeb和Sourirajan首次研制成用于反滲透過程的非對稱膜，在膜分離技朮中是一個重要的里程碑，膜分離技朮自此進入了大規模工業化應用的時代。
自20世紀90年代以來，膜分離技朮以其高效、節能、綠色等特點在中葯制劑生產中的應用越來越多。然而，由于對中葯葯理了解不夠清晰，鑒定方法不夠系統，對膜分離過程認識膚淺等原因，膜分離技朮至今還沒有在中葯制劑生產中發揮其應有的作用。然而，其在中葯有效部位和有效成分的提取分離中有顯著的優勢和良好的前景。膜技朮在中葯制劑生產中應用的關鍵問題包括設計制造適用于中葯工業化生產的專用膜裝置，制定膜工藝和產品的質量控制標准和找到在中葯生產流程中的最佳切入點。
二、膜分離
2.1 膜分離過程的概念和分類
膜分離過程是用天然的或合成的、具有選擇透過性的薄膜為分離介質，當膜兩側存在某種推動力（如壓力差、濃度差、電位差、溫度差等）時，原料側液體或氣體混合物中的某一或某些組分選擇性的透過膜，以達到分離、分級提純或富集的目的。通常膜原料側稱膜上游，透過側稱膜下游。
各種膜分離過程盡管有不同的机理和適用范圍，但是有許多共同點。
① 膜分離過程通常是一個高效的過程。例如，在按物質顆粒大小分離的領域，以重力為基礎的分離技朮最小极限是微米，而膜分離卻可以做到將相對分子質量為几千甚至几百的物質（相應的顆粒大小為微米）進行分離，難分離的混合物有時僅比一稍大一些，而膜分離的分離系數要大的多，有時甚至是無窮大。
② 大多數膜分離過程無相變發生，且通常在室溫下進行，能耗通常較低，特別適用于對熱敏物質的分離、分級、濃縮與富集。膜分離可以保証不發生局部過熱現象，大大提高了葯品使用的安全性。
③ 膜分離過程一般無需從外界加入其他物質，從而可以節約資源和保護環境。
④ 膜分離過程可以實現同時分離與濃縮、分離與反應，從而大大提高了分離效率。
⑤ 選擇范圍廣，適用性強。膜分離過程不僅適用于從病毒、細菌到微粒廣泛范圍的有机物和無机物的分離，而且適用于許多由理化性質相近的化合物构成的混合物如共沸物或近共沸物的分離。膜分離技朮作為成熟的工業技朮已經有廣泛的應用和分類（反滲透、超濾、微濾、滲析等）為適用于各種葯品生產的需求提供了廣闊的選擇空間。
⑥ 膜分離設備本身沒有運動的部件，工作溫度又在室溫附近，所以很少需要維護，可靠度很高。操作十分簡便，而且從開動到得到產品的時間非常短，可以在頻繁的啟、停下工作。
⑦ 膜分離過程的規模和處理能力可以在很大范圍內變化，而它的效率、設備單价。欲行費用等都變化不大。
⑧ 膜分離由于分離效率高，通常設備的體積都比較小，而且膜分離可以直接插入已有的生產工藝流程。膜分離過程可以實現連續操作，易與其他分離過程結合，易自控和維修，易于放大。
以上特點決定了膜分離技朮在制葯工業中有廣泛的用途。其應用和推廣對于我國中葯產業的現代化發展和趕超世界先進水平來說，具有非常現實和深遠的戰略意義。膜分離過程研究和開發的出發點或者著眼點是膜的選擇透過性,膜分離過程的生產能力以及操作可靠性。
表1 膜分離技朮類型
類型 推動力適用的分離范圍 分離机理應用
微濾 壓力差 0.01-10微米
超濾 壓力差0.001-0.01微米
納濾 壓力差 切割分子量200-1000
反滲透 分離物的分壓 分離物濃度在0.1%～10%
滲透汽化 濃度差離子极
透析 分壓差
分離物在膜中的相對溶解度 篩分
篩分
吸附-擴散
吸附-擴散
吸附-擴散
篩分和吸附-擴散
吸附擴散 除顆粒物及細菌
除病毒、熱原和蛋白
分子的濃縮
無机鹽、金屬離子等的去除
水/有机物,有机物/有机物分離
血液凈化
富氧的制備
2.2膜分離技朮的基本原理
物質通過膜的傳遞時，根据膜的結构和性質等的不同，其机理也不相同。任一組分通過膜的傳遞都受到膜兩側的自由能差或者化學位差所推動。這些推動力可能是位于膜上游側和下游側的壓強差、電位差、或這些因素的綜合差异。
① 篩分机理
篩分机理是一種較為理想化的机理。把膜的表面看成具有無數微孔，正是這些實際存在的不同孔眼像篩子一樣截留住那些直徑相應大于它們的溶質很顆粒，從而達到分離目的。其分離机理主要依据分子大小的差异。主要用于納濾、超濾、微濾過程中。
② 溶解—擴散机理
假設溶質和溶劑都能溶解與膜中，然后各自在濃度差或壓力差造成的化學位差推動下擴散通過膜，再從膜下游解吸。溶質和溶劑在膜相中溶解度和擴散性的差异強烈的影響著他們的通量大小。第一步，溶質和著溶劑在膜的料液側表面外吸附和溶解；第二步，溶質和溶劑之間沒有相互作用，它們在各自化學位差的推動下僅以分子擴散方式（不存在溶質和溶劑的對流傳遞）通過膜；第三步，溶質和溶劑在膜的透過液側表面解吸。該机理最適用于應用致密膜的傳質，如反滲透、滲透蒸發等。
③ 孔流模型
若將流體通過膜孔的流動視為毛細管內的層流，則其流速可用Hagen-Poiseuille（均勻圓柱孔）或Darcy定律（復雜結构孔）表示。流過這類膜時，一般不發生組分分離，除非某種組分由于大小或電荷原因被膜孔物理的排斥。
④ 優先吸附——毛細管流動模型
當水溶液與具有微孔的親水膜相互接触，由于膜的化學性質，使它對水溶液中的溶質具有排斥作用，結果，靠近膜表面的濃度梯度急劇下降，從而在膜的界面上形成一層被膜吸附的純水層。這層水在外加壓強的作用下進入膜表面的毛細孔，並通過毛細孔流出。該模型主要用于反滲透脫鹽、滲透蒸發透水等。
三、超濾
3.1超濾簡介
超濾是利用孔徑在1～100nm左右的膜，通過篩分作用，選擇性透過溶劑和某些小分子溶質的性質，對料液側施加壓力(操作壓差范圍大約在0.9MPa～1.0MPa)，使大分子溶質或細微粒子從溶液中分離出來的過程。超濾是一種机械分離方法，只有小于0.002μm粒子、水、鹽糖和芳香物等能夠通過超濾膜，超濾膜空隙尺寸在15~1000埃，過濾粒子尺寸范圍0.002~0.2μm。采用的濾膜較反滲透膜粗，類似鹽、糖的溶質能夠通過濾膜，蛋白質等大分子的溶質被隔在膜外，超濾的濾膜分子量吸收限制值在500至几十萬道爾頓，直徑大于0.1μm的溶質，如蛋白質、果膠、脂肪及所有微生物，尤其是酵母菌、霉菌，不能通過超濾膜。一般認為，超濾是一種篩孔分離過程，以壓力或濃度為驅動力，進行固液分離，或將大分子溶質與小分子溶質進行分離。由于超濾膜具有不對稱微孔結构，采用磨擦流道和湍流促進結构以減少膜汙染，使得在分離過程中大分子溶質和微粒(如膠體、淀粉等)隨溶液切向流經膜表面，小分子物質和溶劑則在壓力驅動下穿過致密層上的微孔而進入膜另一側，因而超濾膜可以長期連續使用並保持較恆定的產量和分離效果。在超濾中，大分子溶質或被吸附在過濾膜的表面上和孔中（基本吸附），或被保留在孔內或者從孔內被排除（堵塞），或机械地被截留在過濾膜的表面上（篩分），被脫除的物質大都在表面上，易于清除。這也是非對稱超濾膜的優點。
超濾膜的組件類型主要有板框式膜、中空縴維膜、卷式膜以及管式膜等几種。目前的超濾膜大多為有机高分子膜，無机的陶瓷超濾膜也開始應用，且無机膜因其可再生、易清洗、耐酸堿等特點，更適于條件苛刻的情況使用，尤其是在生物制葯的生產過程中。
3.2超濾膜分離技朮在醫葯工業中的應用
3.2.1在中葯制劑中的應用
中葯的化學成分非常復雜，通常含有無机鹽、生物堿、氨基酸和有机酸、酚類、酮類、皂苷、甾族和萜類化合物以及蛋白質、多糖、淀粉、縴維素等，其相對分子質量從几十到几百萬道爾頓不等。中葯在制劑時除了要保留有效成分外，還要盡可能除去鞣質、蛋白質、淀粉、樹脂等雜質。傳統的中葯制劑工藝方法如蒸餾法和沉除法等，不僅雜質不易除盡，而且容易損耗有效成分，此外還需要消耗大量的有机溶劑，對環境汙染較大。一般來講，高相對分子質量物質主要是膠體和縴維素等非葯用性成分或葯用性較差的成分，葯物有效部位的相對分子質量一般較小，僅几百到几千道爾頓。由此不難分析出，基于篩分机理的超濾技朮非常適合于中葯有效部位和有效成分與非葯用性成分或葯用性較差的成分的分離。采用膜分離技朮，可以達到有效去除雜質、保留有效成分的目的，而且對環境汙染較小。
超濾技朮應用于中葯制劑的精制過程，與傳統的醇沉法相比，具有明顯的優越性。首先，超濾為物理過程，不加入化學試劑，對葯物有效成分影響小，同時能減輕環境汙染。其次，超濾方法操作簡單，可縮短生產周期，節約成本。由于膜分離技朮能最大限度地除去高相對分子質量非葯效成分或低葯效成分，因而是降低中葯制劑服用劑量、改善制劑的口感和成品質量的有效方法。同時通過濾除在溶液中不穩定的膠團、大分子等雜質、熱原、鞣質，提高了液體制劑(如注射液、口服液)的澄明度，提高了注射液的安全性。且超濾時無相變，有利于保存中葯的生理活性及理化穩定性。近年來，超濾技朮在中葯領域已有較多的成功范例。
3.2.1.1 中葯提取液的純化
桂枝茯苓膠囊是一種主要用于治療婦女子宮肌瘤、慢性盆腔炎性包塊等婦科常見多發病的用葯。江甦康緣葯業(前身是連云港中葯廠)應用微濾和超濾膜分離技朮精制桂枝茯苓膠囊,使活性成分苷類、酚類等在常溫環境下實現物質分離,有效脫除雜質。此工藝既克服了常規分離法容易造成相對分子質量小于1000的活性物質的流失、無效大分子(相對分子質量大于5×10)不易分離的缺點,又不引起成分變化,無二次汙染,丰富了中葯成品的精制手段,具有很大的潛在優勢。
于濤等使用超濾技朮對銀杏葉黃酮類化合物的提取產品進行精制,超濾后產品中黃酮質量分數由5.96%提高到了33.99%。
3.2.1.2浸膏制劑的制備
目前浸膏制劑的制備工藝是先提取中葯材中有效成分,再經過過濾、濃縮、干燥,制成片劑或丸劑。所得的制劑中常含有大量雜質,如淀粉、多糖、蛋白質、樹脂等,使得浸膏制劑存在崩解緩慢、服用量大等缺點。超濾法去除了淀粉、蛋白質、樹脂等高分子無效成分,使崩解速度加快,而且在有效成分含量基本相同的前提下,服用量比常規方法制得的浸膏減少1/3～1/4。
郭立瑋等將大孔樹脂吸附和超濾聯用,精制六味地黃丸,得到的提取物質量只有原葯材的4.0%,而70%～76%的有效成分被富集。結果表明,兩者聯用可發揮各自的優勢,適用于中葯復方的精制。
3.2.1.3 口服液的生產
杭州市胡慶余堂制葯廠的產品“人參精口服液”,傳統工藝中冷凍過濾的環節能耗大、過濾效果差、產品質量不穩定。通常產品在常溫下放置一定時間后即產生沉淀,影響了產品的外觀質量,成為制約該產品出口的一大難題。用超濾單元取代原工藝中的冷凍過濾,不僅提高了產品的質量,解決了產品穩定性的問題,而且節省了能源。
金錢通淋口服液傳統的制備工藝為水提醇沉法,此工藝存在乙醇用量多、耗時長、產品黏度大、色澤深、穩定性差等不足。采用超濾膜分離新工藝后,葯液色澤大為改觀,為紅棕色,澄明度好,無有机溶劑消耗,葯液穩定性好。
3.2.1.4 注射劑的制備
超濾法制備中葯注射劑,以水為溶劑,工藝流程簡便,生產周期短,可代替傳統方法。如復方丹參注射液,原工藝水醇法,生產周期12～30d,超濾法縮短至2、3d,而且節省了大量乙(相當配制量5、6倍),有效成分含量超濾產品較其他方法高015～1倍。杭州中葯二廠和第二醫大學長海醫院在采用超濾法制備中葯注射液方面均獲得了成功。
許桂艷等應用超濾膜分離技朮生產雙黃連注射液,與原工藝相比,葯液顏色稍淺,成品驗各項指標合格,能有效地除去熱原,提高產品質量。經破坏性實驗及留樣觀察、加速實驗証明比原工藝生產的產品更具穩定性。
3.2.1.5 熱原(內毒素)的去除
熱原對人體的危害相當大,熱原注入人體能引起急性高燒、寒戰和白細胞增高,有的發生急性休克甚至死亡。
膜分離法是一種除熱原的新技朮,並正在中葯行業中推廣應用。目前主要用于去熱原注射用水和注射液的制備。美國和日本等國的葯典已允許大輸液除熱源采用超濾技朮。
3.2.2在維生素C生產中的應用
我國首創的生產維生素C(以下簡稱Vc)二次發酵法，是使山梨醇直接發酵制備Vc中間體2-酮基-L-古龍酸(鈉)，全工藝包括發酵、提取和轉化三大步驟。由于采用細菌發酵，發酵液中殘留著菌絲體、蛋白質和懸浮微粒等雜質。板式超濾技朮應用于Vc生產工藝流程后，發酵液不需經過預處理，直接進入超濾系統，既簡化了工序、降低了成本，又提高了收率，各項性能指標均達到（部分超過）進口設備的性能指標。采用超濾膜分離新設備———Sun-flo超濾膜分離系統一步截留不經預處理的維生素C發酵液中的菌絲體、蛋白質和懸浮的固體顆粒等雜質。濾液質量高、過濾收率高達99.24%。
3.2.3在抗生素提煉中的應用
在傳統的抗生素生產過程中，要經過過濾、萃取、濃縮、結晶等工藝過程，存在過程冗長、收率低、能耗大等缺點。采用膜分離技朮可以克服這些缺點。目前，國內外有不少研究者在膜分離技朮應用于抗生素生產方面做了大量工作。河北科技大學環境科學與工程學院的王亞卿等人研究發現，PES-10超濾膜對土霉素的分離具有特殊的性能，它能去除絕大部分的蛋白質及影響色度的色素分子，對土霉素的截留率較大，透過液結晶色澤較好，且母液中土霉素含量低、損失少，還提高了結晶過程的收率及純度。江南大學的韓少卿等人在螺旋霉素工業生產中應用超濾、納濾技朮提取螺旋霉素，其收率可達76.3%，大大高于傳統溶媒提取收率，產品質量也符合要求。此外，超濾分離技朮在頭孢菌素、硫酸(雙氫)鏈霉素、紅霉素、硫酸卡那霉素、青霉素等抗生素的生產中也得到廣泛應用。
3.3超濾膜技朮的應用前景
膜分離技朮被認為是20世紀末到21世紀最有發展前途的新技朮之一。近年來，膜技朮特別是超濾技朮在醫葯工業中已經得到了廣泛的應用，呈現良好的發展勢頭，雖然目前多處于試驗階段，但發展的潛力很大，前景很樂觀。特別是隨著葯品質量要求的不斷提高，以及降低生產成本的需要，膜技朮優勢越來越明顯，其必將取代傳統低效的技朮，在醫葯行業中得到更加廣泛的應用。
四 納濾
4.1 納濾簡介
納濾是一種相對較新的壓力驅動膜分離過程，它通過膜的滲透作用，借助外界能量或化學位差的推動，對兩組份或多組分混合氣體和哦液體進行分離、分級、提純和富集。它介于反滲透與超濾之間,能分離除去分子量為300～1000的小分子物質,填補了由超濾和反滲透所留下的空白部分。
20世紀70年代，以色列脫鹽工程局提出了一個新名詞——雜化過濾——來描述介于反滲透和超濾之間的過程，這就是納濾的最初定義。20世紀80年代初，納濾膜繼反滲透膜之后開發出來。20世紀90年代初，納濾膜在脫鹽、濃縮、給水排水的處理等方面得到了廣泛的應用，國內對納濾膜的机理和應用研究起步于20世紀90年代。
4.2 納濾的應用
納濾主要用于一下一些場合：①高分子量與低分子量有机物的分離；②有机物與小分子無机物的分離；③溶液中不同价態的離子的分離；④鹽與其對應酸的分離；⑤對單价鹽並不要求很高的截留率的分離等。
4.2.1 低聚糖分離精制
低聚糖具有很好的保健功能，因而得到愈來愈廣泛的應用。天然低聚糖通常是從菊芋或大豆中提取。大豆低聚糖從大豆乳清中分離得到。Matsubara等人研究從大豆廢水中提取低聚糖。他們用超濾分離去除大分子蛋白，反滲透除鹽和納濾分離低聚糖，大大提高了經濟效益。合成低聚糖則通過蔗糖的霉化反應制取。采用納濾技朮可以除去原料蔗糖和另一產物葡萄糖，甚至在很高的濃度區域實現三糖以上的低聚糖同葡萄糖、蔗糖的分離和精制，而且大大降低了操作成本。
4.2.2 多肽和氨基酸的分離純化
離子和荷電膜之間存在道南效應。氨基酸和多肽帶有離子官能團，在等電點時中性，在高于或低于等電點時帶正電荷或者負電荷。由于一些納濾膜帶有靜電官能團，基于靜電相互作用，對離子有一定的截留率，可用于分離氨基酸和多肽。納濾膜對于等電點的氨基酸和多肽等溶質的截留率几乎為零，而對于低于等電點的氨基酸和多肽等溶質的截留率表現出較高的截留率。目前，用納濾膜和超濾膜直接濃縮肽和多肽，不僅不會使其受破坏，節約有机/水淋洗液，而且可將小分子的有机物和鹽除去。
4.2.3 抗生素的分離純化
納濾技朮可從兩方面改進抗生素的濃縮和純化工藝。
①用納濾膜濃縮未經萃取的抗生素發酵濾液，除去可自由透過膜的水和無机鹽，然后再用萃取液萃取，這樣可大幅度提高設備的生產能力，並大大減少萃取劑的用量。
②用溶劑萃取抗生素后，用耐溶劑納濾膜濃縮萃取液，透過的萃取劑可循環使用，這樣可節省蒸發溶劑的設備投資費用以及所需熱能，同時也可改善操作環境。
納濾膜已經用于VB12的回收、濃縮以及紅霉素、金霉素、萬古霉素和青霉素的濃縮和純化過程中，日益顯示出其高效、經濟的分離特色。
4.2.4 其他制葯工業
納濾膜的表面分離層由聚電解質所构成,對離子由靜電相互作用而達到分離目的,能截留糖類低分子有机物和多价鹽(如MgSO4),對單价鹽的截留率為10%～80%,而二价及多价鹽的截留率均在90%以上。
杭州水處理中心采用鈉濾技朮改進生產工藝,建造了12m3·d的中葯醇提取液和24m3
•d-1的中葯水提液純化設備。原生產工藝由于采用三效蒸餾,酒精損耗量較大(損失20%～30%),多級蒸餾的效率低,蒸汽耗量較大,蒸汽量人為控制,溫度波動較大,從而導致葯品的量也隨著波動。采用納濾膜分離技朮后,濃縮過程中能耗降低;透過膜的酒精濃度沒有變化,直接回收利用,每天節約的酒精量約為1500kg,价值約1萬元;對皂苷的截留率達到99.5%以上由于在常溫條件下分離,無相變運行,葯品的質量也更穩定;分離效率提高,使生產周期縮短到原來的1/3～1/5,給企業帶來較顯著的經濟和環境效益。
肖文軍等利用截留分子質量為2500u的納濾膜分離七葉參皂苷,可制得純度為42%以的七葉參皂苷產品。選擇截留分子質量為500u的納濾膜對納濾分離液進行濃縮,可進一步提高七葉參皂苷的純度。
4.2.5 飲用水制備
納濾最大的應用領域是飲用水的軟化和有机物的脫除。在水中，硫酸和碳酸的鈣、鎂鹽產生了水硬度，通過兩步納濾分離過程，殘余水中含有大部分的硫酸鹽和碳酸鹽，這些水被排放，進一步的氯處理便可制成標准飲用水。
納濾膜只需較低的操作壓力，從而降低了生產成本。同時，在泵和管道設計方面，與反滲透相比，均可節省許多費用，操作和維護相當于反滲透膜，但是，价格昂貴的納濾膜卻抵消了技朮成本上的優勢。
4.2.6 超純水制備
, 超純水水中須無雜質顆粒、細菌殘屍，且TOC含量要少于5ng/g，而具有低接触角的帶負電性的納濾膜能很好的降低TOC的含量，達到超純水要求。但由于膜材主要為有机高聚物，所以對TOC含量會帶來一定的負面影響，因而以采用多級納濾膜分離為宜。
五 微濾
5.1 微濾概述
膜微濾(MF)是膜分離技朮的重要組成部分,是一種精密過濾技朮,主要基于篩分原理,它的孔徑范圍一般為0.1～75μm,介于常規過濾和超濾之間。從二十世紀50年代至今,世界膜微濾技朮得到了迅速的發展,應用范圍從實驗室的微生物檢測急劇發展到制葯、醫療、航空航天、生物工程微電子、環境檢測、飲料和飲用水深度處理等廣闊的領域,全世界MF膜的量一直居于領先地位。我國微濾膜的研究始于20世紀70年代初,目前已在工業純水、超濾水的終端過濾、礦泉水、純凈水的除菌過濾、大輸液用水的過濾和家用凈水器等領域得到了廣泛的應用,已初步形成我國自己的微濾產業。
中葯是我國的傳統醫學,由于中葯的成分非常復雜,含有大量的鞣質、蛋白、淀粉、樹脂等無葯效的大分子。而現在中葯的生產大多為傳統工藝,如水醇法、改良明膠法等,生產
成本高生產周期長,易降低葯效,雜質含量高,澄清度低,穩定性差。膜微濾能有效地去除比膜孔大的微粒子和微生物,而且在分離時不受熱、具有能耗低、無二次汙染、分離效率高等特點,在中葯工業中既可用于中葯液體制劑的澄清又可用于中葯的精制。隨著膜微濾在中葯制備中的應用與研究,必將推動中葯工業現代化的進程。
5.2 微濾的應用
微濾膜是膜分離技朮的重要組成部分,是一種精密過濾技朮,主要基于篩分原理。它的孔徑范圍一般為0.1～75μm,介于常規過濾和超濾之間,主要用于葯液的澄清,實現固態微粒、膠體粒子等與水溶性成分分離。
5.2.1 微濾在中葯制劑中的應用
采用陶瓷微濾膜錯流過濾技朮澄清中葯葯液,不僅顯示了技朮上的可行性,也顯示了技朮上的優越性。其優點在于:適用范圍廣,使用壽命長;能耗低、無二次汙染;微粒、亞微粒及懸浮雜質等去除徹底,滲透液質量好;膜再生方便且可蒸汽原位消毒。澄清后的葯液可直接超濾處理,由此可開發出中成葯制備的膜分離工藝;無需超濾處理的口服葯液經澄清后便可直接灌裝為成品口服液。
高紅寧等用無机陶瓷微濾膜對苦參水提液進行微濾澄清研究,對水提液微濾前后在性狀、固形物、指標成分等方面進行對比分析。苦參水提液微濾前為深黃色的渾濁液體,微濾后成為顏色變淺的澄清透明液體。苦參水提液中固形物去除率為39.50%,有效成分的保留率優于醇沉法。
5.2.2 中葯精制
目前中葯的精制多以成分間极性差异(溶劑沉淀或萃取、吸附分離等)為基本原理分離雜質,存在較多不足。膜分離方法則以成分間分子量差异為分離原理,其在中葯精制中的應用,目前主要是針對口服液或注射液,以濾除細菌、微粒、大分子雜質(膠質、鞣質、蛋白質、多糖)等,或脫色為主,這方面的應用,可望取代水醇法。郭立瑋等用陶瓷膜分離儀(孔徑0.25μm,南京化工大學膜科學研究所研制),進行了水醇法與膜分離法精制山茱萸中葯制劑的比較。他們以復方山茱萸制劑、抗厥注射液和單味山茱萸煎劑為例,比較研究不同濃度水醇法與不同孔徑微濾膜分離澄清中葯制劑對其所含成分的影響。得到(1)膜分離澄清技朮可用于單味葯材的水煎液,也可用于中葯復方制劑,單、復方中山茱萸有效成分馬錢素保留情況相似;(2)從葯液去雜質程度(固形物減少量)來分析,無机陶瓷微濾膜(0.25μm)處理葯液,其澄清效果相當于40%醇濃度處理;(3)膜分離方法對中葯葯液中的糖類雜質(多糖、糖蛋白等)的去除比醇沉法更有效等有意義的結論。
郭立瑋等通過研究得出，采用陶瓷膜微濾作為預處理技朮對中葯水提取液直接進行澄清處理,可有效地減少了水提液中懸浮雜質對樹脂的毒化作用,提高單位樹脂的吸附容量。陶瓷膜微濾操作簡單,單元操作周期短,省去了大量乙醇濃縮蒸發過程,適合于工業化生產。微濾-大孔吸附樹脂聯用技朮可以有效地除去雜質,提高精制產物有效(指標)成分含量,是中葯精制的新方法。
5.2.3 純水的制備
微孔濾膜在純水制備中的用處主要有兩方面。一是在反滲透或電滲析前用作保安過濾器，用以清除細小的懸浮物質，一般用孔徑3-20um的卷繞式微孔濾芯。二是在陽、陰離子交換柱后，作為最后一級過濾手段，用它濾除樹脂碎片或細菌等雜質。此時，一般用孔徑為0.2-0.0um的濾膜，對膜材強度的要求十分嚴格，且要求純水經過膜后不得再被汙染，電阻率不得下降，微粒和有机物不得增加。
六 反滲透
6.1 反滲透概述
6.1.1反滲透的工作原理
反滲透借助于半透膜對溶液中溶質的截留,在高于溶液滲透壓的壓差的推動力下,使溶劑滲透過半透膜,達到溶液脫鹽的目的。反滲透膜构造上在表層有一層很薄的致密層(0.1～
1.0μm),即脫鹽層或活性層,在表層下部是多孔支撐層,厚度為100～200μm,活性層基本上決定了膜的分離性能,支撐層只是起著活性層的載體作用,基本上不影響膜的分離性能。
反滲透膜的孔徑僅為1/10000μm相當于大腸杆菌的1/6000,病毒的1/3000,在高壓的情況下,只有水分子能夠通過反滲透膜,水中的細菌、病毒、無机化合物、有机化合物等都被拒于膜
外,並被高壓水流沖出,而滲透到另一面的水即是純凈水。
6.2 反滲透的應用
反滲透在中葯領域中主要用于葯液的濃縮、各種無机鹽的脫除和水的回用。
6.2.1 反滲透技朮在水處理中的應用
自然滲透現象中，水分子從濃度低的溶液一側透過半透膜往濃度高的溶液中遷移。當我們在含有有机、無机離子的地表水或地下水上加上外來的高壓后，水分子在壓力的驅動下由濃度高的溶液側透過半透膜往濃度低的溶液一側遷移，而離子、細菌等穿透半透膜的數量很少，這種現象就是反滲透。根据這個原理我們就可以從苦咸水中制取純水，可以對汙水進行處理。
孔祥國通過研究將反滲透應用于純凈水的制備，而在美國、加拿大、德國、韓國、日本等更是在軍用水制備中就有應用反滲透技朮。張福勇,張博通過研究得出雙級反滲透技朮在醫院用水中的有一定的推廣應用价值。魏揚城等通過研究更是得出了反滲透水處理設備在汙水處理中應用只要工藝設計合理,優化操作系統,防止膜的汙染,它在汙水處理和汙水回用方面可廣泛應用的結論。
6.2.2 反滲透技朮在口服制劑生產中的應用
劉長文等通過研究，提出了二級反滲透制純水在口服制劑應用中,生產操作簡單,運行穩定,連續生產效率高,不須酸、堿再生處理,電導率直接檢測等等優點,做為一個新型的制純化水設備,其優點正不斷開發和利用,為促進制劑和其它行業的發展做出自己的貢獻的觀點。翟建文等對麻黃堿的反滲透分離特性進行了系統的研究,提出了生產中引入反滲透濃縮工藝。
七 膜分離技朮存在的問題及解決方法
7.1膜的汙染問題
由于中葯液大都含有蛋白質、脂肪、縴維、鞣質及膠體物質,膜在操作時极易被汙染和阻塞,造成膜通量銳減。而現有的清洗方法難以達到恢復通量的目的。所以料液的預處理及清洗成了膜技朮應用的關鍵;另外,開發新型的不易被汙染的膜材料及進行膜面改良也是控制膜汙染的有效措施。
7.2 膜的選擇問題
膜分離在生產中的應用日益廣泛,但由于影響其因素眾多,諸如膜材料的選擇、膜分離時的壓力、溫度、葯液濃度、流速等,需要對其工藝條件作更深入的研究和考察。
7.3 濃度极化現象
由于濾膜上篩孔极小,沉積在膜面的物質易形成一層等高濃度的凝膠層,使膜的通過速度和截流性能受到很大影響,稱為濃度极化現象。應采取相應措施,如降低料液黏度;在超各
階段合理的調節壓力,分別采用恆速和恆壓濾過;或與其他分離方法如澄清法、離心法聯用等。
7.4 膜的性能有待提高
膜材料的品種少,膜孔徑分布寬,性能欠穩定,如常用的親水性膜材料對溶質吸附少,截留分子量較小,但熱穩定性差,机械強度、抗化學葯品性、抗細菌侵蝕能力通常不高,疏水性膜材料机械強度高、耐高溫、耐溶劑、耐生物降解,但膜透水速度低、抗汙染能力較低。另外,由于濾膜本身的孔徑不可能完全均勻一致,濾過時部分微粒、熱原從較大的濾孔濾出,從而導致初濾液不合要求。故應用時應采用多級超濾法來提高葯液質量,並應研究開發性能優良的濾膜,克服其自身的缺點。
7.5 膜對中葯復方成分的影響
由于中葯及其復方具有成分多樣性、作用多向性的特點,膜分離技朮在中葯及其制劑的應用中,對各類成分的影響及影響程度如何,是否有效的去除雜質,保留所需成分,是否保持了中醫葯的傳統特色等,都是值得深入探討的問題。加之濾膜成本高,故膜在中葯現代研究中的應用尚待進一步研究推廣。
八 展 望
膜分離技朮在制葯,特別是植物葯開發、應用中愈加彰顯優勢。如何在21世紀將膜分離技朮應用于植物葯深加工工程研究、開發具有“天然組合化學庫”的植物葯,是植物葯深加工工程研究人員的一項重要課題。目前,膜分離技朮在植物葯領域的應用多數還停留在實驗室研究水平,其原因:①由于分離的葯液大都含有蛋白質、脂肪、縴維素、鞣質及膠體物質,膜在操作時易被汙染和堵塞,造成膜通量銳減。而現有的清洗方法難以達到恢復通量的目的,以致不能正常地運行,因此葯液的預處理及膜的清洗成了膜技朮應用的關鍵。②目前還未有商業化的膜成套設備適合于中葯體系的分離,影響了該技朮的推廣。③膜分離技朮在中葯制劑領域中的應用缺乏系統的理論研究,對存在的問題難以深入了解和有效解決。值得注意的是,膜技朮與其他技朮集成聯用,可充分發揮各自的優勢,如大孔樹脂吸附與與超濾技朮聯用精制技朮可顯著提高六味地黃丸中丹皮酚和馬錢素的含量。隨著植物葯深加工工程研究的不深入,膜分離技朮必將在21世紀推動中葯工業的發展中,為社會帶來巨大的經濟效益和社會效益。
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