膜分离技术在中药研究和生产中的应用课件

膜分离技术在中药研究和生产中的应用,Anhui Science and Technology University,2019/4/5,膜分离技术,2,一、传统方法存在的问题,有效成分损失率高如水提醇沉工艺 生产成本高、不环保 生产周期长特别是成分含量低时 无效成分除去率低浓缩率不高 需热处理不适宜于热敏成分 柱层析、重结晶等分离方法过分注重单一组分,2019/4/5,膜分离技术,3,二、中药特性,有效成分具有明确化学结构和物理常数的化学物质 有效部位代表或部分代表中药功效的多组分混合物（小分子、大分子等） 提取分离过程中的物理化学变化 沉淀反应 增溶作用 水解反应 氧化-还原反应 其他聚合、取代等,2019/4/5,膜分离技术,4,三、膜分离技术简介,1、什么是膜,具有选择性分离功能的过滤材料,2、什么是膜分离技术,利用膜的选择性、分离特征，达到浓缩、澄清、 分级、纯化、富集等目的化工单元技术。,2019/4/5,膜分离技术,5,三、膜分离技术简介,上游（Upstream),原料,下游(Downstream),渗透物,推动力（C, P, T, E),3、膜分离过程,2019/4/5,膜分离技术,6,三、膜分离技术简介,4、膜过滤与传统过滤的差别,传统过滤,死端过滤,错流过滤,膜过滤,2019/4/5,膜分离技术,7,三、膜分离技术简介,5、膜过滤的基本原理,2019/4/5,膜分离技术,8,5、膜过滤的基本原理,三、膜分离技术简介,2019/4/5,膜分离技术,9,三、膜分离技术简介,6、按分离孔径划分的膜类型,微滤 (Microfiltration) 超滤 (Ultrafiltration) 反渗透 (Reverse Osmosis)近似无孔,2019/4/5,膜分离技术,10,反渗透,反渗透是利用反渗透膜选择性地只能透过溶剂(通常是水)的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，使溶剂通过反渗透膜而从溶液中分离出来的过程。海水和苦咸水的淡化是其最主要的应用，反渗透膜的制备技术相对比较成熟，其应用亦十分广泛。,2019/4/5,膜分离技术,11,渗透和反渗透的原理如图所示。如果用一 张只能透过水而不能透过溶质的半透膜将两种不同 浓度的水溶液隔开，水会自然地透过半透膜渗透从 低浓度水溶液向高浓度水溶液一侧迁移，这一现象 称渗透（图a）。这一过程的推动力是低浓度溶 液中水的化学位与高浓度溶液中水的化学位之差， 表现为水的渗透压。随着水的渗透，高浓度水溶液 一侧的液面升高，压力增大。当液面升高至H时， 渗透达到平衡，两侧的压力差就称为渗透压（图b）。渗透过程达到平衡后，水不再有渗透，渗透 通量为零。,2019/4/5,膜分离技术,12,图 渗透与反渗透原理示意图,2019/4/5,膜分离技术,13,如果在高浓度水溶液一侧加压，使高浓度水溶液侧与低浓度水溶液侧的压差大于渗透压，则高浓度水溶液中的水将通过半透膜流向低浓度水溶液侧，这一过程就称为反渗透（图44c）。 反渗透技术所分离的物质的分子量一般小于500，操作压力为 2100MPa。 实施反渗透操作的膜为反渗透膜。反渗透膜大部分为不对称膜，孔径小于0.5nm，可截留溶质分子。,2019/4/5,膜分离技术,14,超滤,应用孔径为1到20nm的超过滤膜来过滤5-100nm的颗粒，使大分子或微细粒子从溶液中分离的过程称之为超滤。,微滤,微滤与超滤的基本原理相同，它是利用孔径大于0.03m直到l0m的多孔膜来过滤。主要滤过50nm的细菌和悬浮颗粒。,2019/4/5,膜分离技术,15,渗析,渗析是最早发现、研究和应用的一种膜分离过程，它是利用多孔膜两侧溶液的浓度差使溶质从浓度高的一侧通过膜孔扩散到浓度低的一侧从而得到分离的过程。,电渗析,电渗析是基于离子交换膜能选择性地使阴离子或阳离子通过的性质，在直流电场的作用下使阴阳离子分别透过相应的膜以达到从溶液中分离电解质的目的，目前主要用于水溶液中除去电解质(如盐水的淡化等)、电解质与非电解质的分离和膜电解等。,2019/4/5,膜分离技术,16,三、膜分离技术简介,6、按分离孔径划分的膜类型,2019/4/5,膜分离技术,17,三、膜分离技术简介,7、微滤膜特点,截留孔径在50nm以上的物质 通常作为超滤、纳滤、反渗透的预过滤 价格便宜,2019/4/5,膜分离技术,18,三、膜分离技术简介,8、超滤膜特点,截留分子量在5-100nm之间的可溶性分子 通常用于蛋白质、细菌等大分子物质的去除和浓缩 生化、医药等产品的分级,2019/4/5,膜分离技术,19,三、膜分离技术简介,9、纳滤膜特点,截留孔径约为1纳米 常用于有机物溶液中脱出一价无机盐和水 常用于分子量在100以上有机物质的浓缩 因为盐份的脱出减低了渗透压，因此操作压力低，能量非常节省,2019/4/5,膜分离技术,20,三、膜分离技术简介,10、反渗透膜特点,除了水分子可以透过膜外，其他分子及离子都被膜截留 通常用于纯水的制备，如饮用纯净水等 是离子交换的最佳替代技术,2019/4/5,膜分离技术,21,表42 几种主要分离膜的分离过程,2019/4/5,膜分离技术,22,三、膜分离技术简介,膜材料的分类,2019/4/5,膜分离技术,23,四、膜分离技术应用（Application),提高产品质量 增加生产收率 降低资源消耗 减少环境污染,2019/4/5,膜分离技术,24,四、膜分离技术应用,1、考虑选用膜技术的原则,适宜考虑膜技术的分离过程 稀溶液的浓缩，尤其适用于热敏性物质 欲分离的两种物质的分子量最少相差10倍以上 有机分子与无机盐的分离 料液的澄清过滤或消毒除热 不宜采用膜技术的分离过程 具有相似分子量的化合物的分离 渗透压较高的低分子物质的高倍浓缩 欲达到非常高的含固量的分离浓缩过程,2019/4/5,膜分离技术,25,超滤工艺的操作方法 间歇操作,超滤液,超滤器,回流,加料罐,循环泵,进料,四、膜分离技术应用,2019/4/5,膜分离技术,26,中药制剂中使用超滤的一般工艺流程,中药,水提，粗滤,滤液,浓缩,浓缩液,澄清药液,超滤,超滤膜、工艺条件优选,超滤液,液体制剂,固体制剂,预处理：高速离心、微滤、调pH值、热处理冷藏等,配液,浓缩干燥成型,2019/4/5,膜分离技术,27,四、膜分离技术应用,2、影响超滤应用的因素,蒸煮液的粘度、含固量、植物油含量、蛋白质含量、温度（影响过滤通量，以至影响经济性考虑）。,2019/4/5,膜分离技术,28,五、膜分离技术的应用实例,(一) 超滤技术在中药注射剂中的应用 提高澄明度、减少主成分损失率 五味消毒饮的超滤法产品与水醇法产品比较，君药中主成分绿原酸的平均含量分别为33.81和30.97mg/ml，超滤产品的含量提高近10% 丹参和复方丹参注射液的超滤工艺产品的主要成分的保留率比原工艺高19.44%，澄明度和粒子数均优于原工艺产品,2019/4/5,膜分离技术,29,改善注射液的药效 丹参和复方丹参注射液的超滤产品使小鼠耐缺氧能力从原工艺的49.62.3min提高到60.74.4min,五、膜分离技术的应用实例,2019/4/5,膜分离技术,30,去除热原、增加稳定性 中药复方植物多糖营养输液 超滤技术工艺产品，稳定性好，室温下保存一年半未出现沉淀物，热原检查每批均符合规定 常规方法产品，稳定性差，室温下27天就出现浑浊，热原检查均为阳性反应,五、膜分离技术的应用实例,2019/4/5,膜分离技术,31,缩短生产周期、降低生产成本 超滤法节省了原料和溶剂、缩短了生产周期、 降低了能耗，成本较水醇法明显下降,五、膜分离技术的应用实例,2019/4/5,膜分离技术,32,(二) 在普通液体制剂中的应用 提高液体制剂的澄明度、增加稳定性 减少有机溶剂的使用、降低能耗、缩短生产周期、减少生产成本,四逆汤口服液 海龙蛤蚧精口服液 人参蜂王浆,五、膜分离技术的应用实例,2019/4/5,膜分离技术,33,贝母止咳液不同工艺样品对小鼠的镇咳作用（序贯法）,2019/4/5,膜分离技术,34,(三) 在固体制剂中的应用 减少固形物量 浓缩有效成分 减少服用量 使固体制剂的剂型选择灵活度增大,五、膜分离技术的应用实例,2019/4/5,膜分离技术,35,(四) 在中药有效成分提取中的应用 去除杂质，提高产品纯度 避免有机溶剂的应用，减化工艺，缩短生产周期,五、膜分离技术的应用实例,2019/4/5,膜分离技术,36,六、膜分离技术的设备实例,2019/4/5,膜分离技术,37,六、膜分离技术的设备实例,2019/4/5,膜分离技术,38,六、膜分离技术的设备实例,2019/4/5,膜分离技术,39,六、膜分离技术的设备实例,2019/4/5,膜分离技术,40,2019/4/5,膜分离技术,41,2019/4/5,膜分离技术,42,六、膜分离技术的设备实例,2019/4/5,膜分离技术,43,七、膜分离技术在中药中应用存在的问题,膜污染 附生污垢的形成堵塞膜孔 悬浊物质会形成固结层 溶解性高分子物质会形成凝胶层和吸附层 一些难溶性物质会形成水垢或析出结晶 膜本身对pH值、温度、压力等均有一定的耐受范围,2019/4/5,膜分离技术,44,膜污染 解决办法 加强药液的前处理 研究适宜中药超滤用膜的清洗方法 开发适宜中药提取液超滤、耐老化和耐附生污垢的专用膜,七、膜分离技术在中药中应用存在的问题,2019/4/5,膜分离技术,45,（一）清洗的方法 物理方法 使用供给液间歇冲洗膜件内部，利用其产生的剪切力来洗涤膜表面的附着层 对于平膜或管膜还可将海绵球通到膜件中通过摩擦直接除去附着物 清洗剂法 中空纤维超滤柱适用,八、膜的清洗,2019/4/5,膜分离技术,46,(二) 常用清洗剂 0.3N0.5N氢氧化钠溶液 含200400ppm次氯酸钠的0.5N NaOH溶液 0.1M0.5M硝酸、柠檬酸或磷酸溶液 100400ppm过氧乙酸溶液 去垢剂和表面活性剂：Triton X-100、SDS 酶,八、膜的清洗,2019/4/5,膜分离技术,47,保存3天以内：可将膜用碱液清洗干净后，充满水，封