膜技術在多糖分離、濃縮中的應用研究進展

2020-12-03 廈門世達膜

多糖廣泛存在於動物細胞膜、植物和微生物細胞壁中,是一類天然高分子化合物,它是由醛糖或酮糖通過苷鍵連接在一起的多聚物,是構成生命的四大基本物質之一。近二十年來多糖研究發展迅速,形成了空前的趨勢,可廣泛應用於醫藥、保健品及功能食品,作為綠色生物醫藥產品具有廣闊的市場前景。目前多糖產品開發相當熱門,也卓有成效。多糖的生理功能與其純度和化學結構有著重要的關係,多糖的提取純化是其研究的基礎。因此科學高效地從動植物及微生物中提取、純化其中的多糖成分是目前的核心問題。

從中藥中提取多糖的傳統方法主要是水提醇沉法,儘管該法具有澄清藥液,減少服用量等優點,但也存在許多不足之處,如選擇性差,致使中藥總固形物及有效成分損失嚴重,醇可以沉澱酸性多糖,而很多酸性多糖恰恰是重要的有效成分,因此,醇沉法使一些對免疫功能有重要調節作用的多糖類成分損失殆盡,影響了臨床療效;同時,該工藝十分繁雜,所需時間長,提取過程中需要消耗大量的有機溶劑,能耗高,產品在漫長的提取過程中易變性失活,產品回收率低,廢水汙染嚴重且處理難度大,得到的溶液中產品濃度往往很低。

膜分離作為一種新型的分離技術,用於多糖、酶等活性物質的分離與純化,收率高且極少破壞,目前已廣泛用於製藥工業,因其高效、節能的優勢也逐漸代替中藥生產中傳統的醇沉工藝,是當前天然多糖分離研究中十分活躍的領域以壓力差為推動力的膜分離過程包括微濾、超濾、納濾、反滲透,根據篩分原理使某些組分選擇性透過,實現提純、分離和濃縮。目前應用較多的是超濾和微濾技術。

1、微濾技術用於多糖澄清的研究

微濾膜通常截留粒徑大於Q. 05μm的微粒,多採用對稱微孔膜,膜的孔徑範圍為0.1~5μm,操作壓差範圍為0.05~0.2Mpa。微濾能有效去除比膜孔大的微粒和微生物,具有能耗低、無二次汙染、分離效率高等特點,在多糖提取中可用於多糖液體的澄清和多糖精製。

研究一:採用截留分子量為30萬的膜微濾茶多糖,實驗結果顯示,微濾後,茶多糖的純度從28.7%提高到45.3%,基本達到了純化的目的,但多糖的損失率達到了37.65%,引起多糖損失的可能原因是多方面的:膜分離過程的原理是利用膜的選擇性透過不同的物質得到分離,本實驗使用截留分子量為30萬的濾膜,分子量大於30萬的多糖分子理所當然就被除去了。糖類為粘性物質,很容易吸附到膜表面造成膜孔堵塞,同時黏附在膜表面的多糖也就損失掉了。

研究二:建立了吸附澄清-高速離心-微濾法,採用0.15μm內壓式中空纖維微濾器,實現了中藥口服液的無醇化生產。採用該法處理菖蒲益智口服液(由人參、菖蒲、遠志、茯苓等8味中藥配伍而成) ,並與醇沉法和只採用吸附澄清法的工藝進行比較,探討了工藝的可行性。結果表明,吸附澄清-高速離心-微濾法後,菖蒲益智口服液中的總多糖含量比醇沉工藝高出4倍多,該工藝省略了醇沉、回收乙醇、冷藏靜置、高溫滅菌等步驟,生產周期比醇沉工藝和吸附澄清工藝大大縮短,可以連續化生產,避免了反覆加熱、冷卻藥液對有效成分和製劑穩定性的破壞。

微濾膜主要應用於截留顆粒物,液體的澄清以及大部分細菌的去除,並作為超濾、納濾、反滲透過程的前處理。微濾與其他工藝相結合精製多糖,具有收率高,工藝簡單,可連續化生產的特點。同時,在微濾多糖的過程中採用無機陶瓷膜具有易清洗,通量恢復率高的特點。微濾在多糖藥液澄清中具有廣闊的發展前景。

2、超濾技術用於多糖分離、濃縮的研究

超濾膜是20世紀60、 70年代發展起來的一種膜分離技術。超濾膜能截留分子量在上千至數十萬的大分子,除能完成微濾的除顆粒、除菌和澄清作用外,還能除去微濾膜不能出去的病菌、熱源、膠體和蛋白質等大分子化合物,廣泛應用於各類多糖的分離、濃縮、純化等研究中,包括中藥藥源多糖如靈芝多糖、大黃多糖六味地黃湯多糖、黃芪多糖、紫芝多糖、人參多糖,海洋活性多糖如鯊魚軟骨粘多糖、褶紋冠蚌多糖、紫菜多糖、褐藻糖膠.卡拉膠,酵多糖如蜜環菌菌索多糖、PS- 9415 發酵液多糖、冬蟲夏草多糖,食用植物多糖如茶多糖、香菇多糖、金針菇多糖、蘆薈多糖、枸杞多糖等。採用超濾膜技術處理多糖具有收率高不易破壞多糖的生物活性、能耗低等特點,適於工業化生產。

超濾法用於多糖分離的研究

以香菇為原料,利用超濾膜裝置對浸提的香菇多糖進行分離。同時對超濾過程的阻力及傳質特性進行分析,並建立超濾過程的修正凝膠極化模型。經過實驗獲得香菇多糖提取率5.7 %,多糖質量分數89.2%,說明利用超濾方法分離濃縮香菇多糖是有效的工藝手段。

採用截留分子量為6000的中空纖維超濾膜分離黃芪水提液中的多糖,結果表明,超濾法較水提醇沉法得到的多糖粗提物收率低但多糖含量高,多糖含量較醇沉法提高了20%,可降低口服給藥劑量。

採用不同孔徑的超濾膜對山麥冬多糖提取液進行超濾分離,結果表明不同相對分子量範圍的多糖在山麥冬總糖中的含量分別為:相對分子量在30000以上的含量為50.3%, 30 000 ~

10 000之間的含量為19.6%, 10 000~1 000之間的含量為13.8 %,分子量小於1 000的低聚糖和單糖含量為16.3%;各級多糖乾物質純度均大於90%;同時通過截留分子量為30 000的聚碸膜可以截留約80%的蛋白,截留分子量為3 000的聚碸膜幾乎可以除去蛋白,截留率達97 %。說明超濾分離純化山麥冬多糖的同時可去除大部分蛋白。超濾是一種很好的分離純化山麥冬多糖的方法。

採用截留分子量為10萬的管式膜對六味地黃湯多糖進行精製,優選工藝條件,與傳統方法在多糖收率及含量方面進行了對比。結果表明:採用傳統方法制六味地黃,其提取物收率一般為

20%左右,總多糖含量為40%左右,雜質較多,製成劑型後服用量大。採用膜技術進行精製後,提取物收率降低至16%左右,總多糖含量可提高到60%以上。對於提高六味地黃的質量,減少服用量,具有重要意義。

超濾法用於多糖濃縮的研究

研究了薏苡仁多糖的超濾膜法提取液濃縮和除小分子雜質過程,對比了四種不同截留分子量陶瓷超濾膜的濃縮效果,結果表明:截留分子量為150kDa的超濾膜對薏故仁多糖的截留率達到98%以上,最適合於薏苡仁多糖提取液濃縮;同時研究了濃縮倍數對膜汙染的影響,選擇適當的濃縮倍數對於膜法濃縮過程的經濟性非常重要;採用熱水,鹼洗和次氯酸鈉清洗後,膜通量能夠恢復到實驗前的水平。

採用超濾濃縮銀耳多糖,研究了超濾膜的選擇預處理方法、料液的溫度、壓力和pH對超濾的影響。結果表明:採用70kD內壓式中空醋酸纖維素超濾膜,在溫度25C,壓力0.12 ~0.15MPa的中性水溶液環境下,較通常的濃縮方法產率提高22 4%。

採用超濾技術分離多糖需要對膜進行篩選,包括膜的截留分子量、膜材料等,不同的超濾膜不僅影響超濾的處理效果通量和截留率,還可能影響膜汙染,因此合適截留分子量及適宜材料超濾膜的選擇對於超濾工藝來說是非常重要的

3、納濾技術用於多糖濃縮的研究

納濾是近年發展起來的一種介於超濾與反滲透之間的一種新型的分子級分離技術,可用來分離無機鹽和分子量介於200-2000Da的低分子量有機物。納濾膜集濃縮與透析為一體,可使溶質的損失達到最小。採用傳統方法如離子交換脫鹽和真空濃縮等處理多糖稀溶液,需耗費大量的酸鹼再生樹脂,造成二次汙染,而在產品濃縮過程中,能耗較大,生產成本較高。採用納濾膜技術,可克服傳統生產工藝的缺點,該技術可同時實現濃縮和除鹽,使整個生產過程在低汙染、低能耗、高效率下運行,顯著提高生產效益,具有很大的工業應用價值。

採用截留分子量為200的納濾膜對黃芪提取液進行了濃縮,測定了膜對提取液中總糖的截留率、透過通量、水脫除率與操作壓力的關係,濃縮液進行了二次醇沉,分別測定了沉澱物中多糖和上清液中總糖含量,並與蒸發濃縮提取液二次醇沉進行了比較。結果表明,膜對提取液中總糖的平均截留率達0.996,蒸發濃縮醇沉物中雜質多於納濾濃縮,上清液中總糖少於納濾濃縮。

納濾分離技術在醫藥行業中的應用研究十分活躍。納濾技術與蒸發濃縮相比較具有運行溫度低,不破壞有效成分活性,能耗低的特點,有研究表明,納濾濃縮的費用僅為蒸發濃縮的1 /4-1/8。因此,納濾技術有望在醫藥領域替代傳統的蒸發濃縮。

相關焦點

  • 膜分離,膜濃縮-植物提取液分離純化|世達膜科技
    膜分離,膜濃縮-植物提取液分離純化一、膜分離技術1.膜技術及其發展膜分離技術是一項新興的高效分離技術,是 21 世紀綠色、節能的高科技產業技術,已引起世界各國政府高度重視,成為競相研究、開發、應用的熱點。
  • 正滲透膜技術在水處理中的研究應用進展
    與壓力驅動的膜分離水處理技術(比如超濾、納濾、反滲透等)相比,正滲透具有低壓、低能耗和較低的膜汙染等優點。文章介紹了正滲透的技術原理,綜述了其在水處理領域的研究和應用進展,分析了目前存在的問題並展望了應用前景。膜分離技術近年來發展迅猛,在淨水處理、汙水處理與回用以及工業水處理領域應用廣泛。
  • 天然的功能性多糖——菊粉,分離純化過程中應用陶瓷膜技術
    菊粉作為天然的功能性多糖,是一種低聚果糖和多聚果糖的混合物,低聚果糖和多聚果糖在國內外分別具有很好的市場前景。但是菊粉中含有多種不同聚合度的果聚糖,具有十分相似的化學結構,分離難度大。所以想要實現低聚果糖和多聚果糖的推廣和應用,菊粉的分離純化是關鍵。
  • 膜分離技術成為製藥工業亟需推廣的高新科技
    【中國製藥網 編輯視點】近年來,應用於中藥提取分離中的高新技術有超臨界流體萃取法、膜分離技術、超微粉碎技術、中藥絮凝分離技術等。今天筆者將為大家重點帶來膜分離技術。據悉,膜分離技術是近幾十年來發展起來的分離技術,具有減少工序及人員,節約熱能等特點。
  • 【技術】膜分離材料在含油廢水處理中的研究進展
    【技術】膜分離材料在含油廢水處理中的研究進展行業快訊>【技術】膜分離材料在含油廢水處理中的研究進展【技術】膜分離材料在含油廢水處理中的研究進展工業水處理展工業生活含油廢水的排放對生態環境造成了嚴重的損害,高效節能新型油水分離材料已成為研究熱點。
  • 膜分離技術在海水淡化中的應用
    膜分離技術在海水淡化中的應用北極星水處理網訊:摘要:海水淡化膜分離技術作為一項高新技術,已成為新世紀解決水資源、能源和環境等領域重大問題的共性技術之一。文章介紹了膜分離技術及其特點,分析了膜分離技術在海水淡化中的具體應用,探討了膜分離技術在海水淡化中應用的開發前景。
  • 膜分離在放射性廢水處理中的應用
    處理放射性廢水有多種方法,包括化學沉澱法、沉降法、離子交換法、熱蒸發、生物學方法和膜分離等[1-5]。從核燃料循環的前段(如採礦階段),到後段放射性廢物的安全處置,膜分離都顯示出巨大的應用潛力[6]。膜分離技術是依據物質分子尺度的大小,藉助膜的選擇滲透作用,在外界能量或化學位差的推動作用下對混合物中雙組分或多組分溶質和溶劑進行分離的方法。
  • 膜分離技術詳解,塗山環保
    膜分離技術詳解▼中國的膜技術從60 年代中期起步研究,長時間在實驗室內和中試規模徘徊。從「七五」計劃開始,國家科委把膜技術列為國家重大科研項目加以支持,膜技術取得較大進展,特別是改革開放的國策促進了廣泛的國際交流,膜技術在國民經濟發展中的重要性日益增大,國內膜工業產值也逐漸增加。近10 年來,中國的膜技術的總體水平有了很大的進展,但與國際技術先進國家的差距仍然很大。問題主要表現在:生產現代化、產業化程度低,原料不規範,工藝參數未嚴格控制,產品質量不穩定;膜的品種少,應用範圍小。
  • 菊粉分離純化過程中陶瓷膜分離設備的應用優勢是什麼
    菊粉是植物中儲備性多糖,主要來源於植物,包括雙子葉植物中的菊科、桔梗科、龍膽科等11個科及單子葉植物中的百合科、禾木科。例如,在菊芋、菊苣的塊莖、天竺牡丹的塊根、薊的根中都含有豐富的菊粉,其中菊芋的菊粉含量較高。
  • 中空纖維膜過濾技術在病毒類疫苗中的應用
    新型中空纖維膜過濾技術具有溫和低剪切力、容塵量高、操作靈活、壽命長成本低、易於放大等優點,解決了病毒顆粒濃縮時易堵膜和對剪切力敏感易聚集兩大技術難題,提供了較溫和的超濾方法,因此廣泛應用於疫苗等生物製藥和生命科學研究領域。本文詳述了中空纖維在狂犬疫苗和流感疫苗中的成功應用,結果表明新型中空纖維膜過濾技術有利於改進疫苗產品質量、提高生產效率。
  • 電廠化學水處理中全膜分離技術論述
    電廠化學水處理中全膜分離技術論述北極星水處理網訊:摘要:電廠生產運行過程中會差生大量的廢水,水處理是電廠管理非常重要的一部分,隨著科學技術水平的提高,電廠化學水處理也得到快速發展,其中,全膜分離技術在其中的應用較為廣泛。本文主要對電廠化學水處理中全膜分離技術的應用進行分析和探討。
  • 膜技術在電鍍鎳漂洗水處理中的應用
    北極星水處理網訊:摘要:電鍍行業在生產過程中會產生並排放大量的含重金屬的廢水,這不僅嚴重汙染環境,還造成資源的浪費。如採用膜技術處理含重金屬廢水,不僅設備緊湊,操作簡單,而且能夠實現重金屬的回收和廢水的回用,這也符合清潔生產的原則,因而其應用前景十分廣闊。
  • 煤化工含鹽廢水的處理技術應用進展
    【能源人都在看,點擊右上角加'關注'】北極星水處理網訊:從煤化工含鹽廢水一級濃縮技術、濃鹽水二級濃縮技術、高濃鹽水固化處理技術和結晶鹽的處理處置4個方面,綜述了國內外關於煤化工含鹽廢水處理的膜材料、膜濃縮技術設備、蒸髮結晶技術設備和雜鹽分質結晶回收工藝的研究現狀、發展趨勢及工程應用情況。
  • 煙臺海岸帶所在抗菌分離膜研究方面取得進展
    膜生物汙染一直以來都是膜分離技術大規模工程應用過程中所面臨的最棘手問題。開發簡便高效的膜生物汙染防控策略,一直受到人們的關注。中國科學院煙臺海岸帶研究所研究員胡云霞團隊長期致力於高性能抗汙染分離膜開發,並取得最新進展。
  • 國初科技新型膜技術提純濃縮超微納米顆粒
    液相法製備超微納米粒子,都存在顆粒微小,收集困難,粒徑不一且納米粒子溶液中含有其他雜質等現象,而且收集納米粒子的設備造價昂貴。因此,需要一套經濟可靠的分離提純系統來收集製備溶液中的納米粒子,並同步去除雜質組分。
  • 黃芪多糖的生物學作用及其在養豬業上的研究與應用進展
    黃芪多糖的生物學作用及其在養豬業上的研究與應用進展  單冬麗  甘肅省畜牧獸醫研究所  黃芪多糖(APS)是中草藥黃芪的主要成分,具有促進抗體生成,誘導幹擾素產生,促進免疫反應等多方面的活性作用。黃芪多糖在養豬業上的研究與應用引起了人們普遍關注和重視。
  • MVR技術在海水淡化中的應用研究
    通過利用MVR技術能夠有效地對海水進行淡化處理獲得無機鹽,同時獲取的淡水能夠達到生活飲用水的標準。應用MVR技術進行海水淡化具有工藝簡單、設備使用周期長等的優勢,在現代的海水淡化工程當中具有非常好的應用前景。本文將對MVR技術在海水淡化中的應用研究,進行進一步地分析和闡述。
  • 城市汙泥中蛋白質資源化的研究方向
    蛋白質純化的過程中循環水解和膜技術能進一步提高提取液中蛋白質的濃度,鹽析沉澱法和等電點沉澱法可回收其中85%以上的蛋白質。用作動物飼料添加劑和肥料是提取純化出的蛋白質最有前景的應用方式。最後對城市汙泥中蛋白質資源化的研究方向提出了建議與展望。1總結了目前汙泥蛋白質資源化的研究進展,從汙泥水解提取蛋白質,蛋白質的純化分離和汙泥蛋白質的開發應用3個方面進行了綜述。
  • 簡述膜分離之微濾.超濾.納濾.反滲透的應用
    超濾膜,是一種孔徑規格一致,額定孔徑範圍為0.01微米以下的微孔過濾膜。在膜的一側施以適當壓力,就能篩出小於孔徑的溶質分子,以分離分子量大於500道爾頓(原子質量單位)、粒徑大於10納米的顆粒。超濾膜是最早開發的高分子分離膜之一,在60年代超濾裝置就實現了工業化。在生物醫藥工藝中,超濾廣泛用於生物分子的濃縮及體系緩衝液的置換。
  • 液體發酵靈芝菌絲體多糖檢測技術研究獲進展
    近期,中國科學院合肥物質科學研究院技術生物與農業工程研究所研究員黃青課題組,在應用紅外光譜快速定量檢測液體發酵靈芝菌絲體多糖技術研究方面取得進展