生物制药的优点和缺点范文

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第1篇

关键词：膜；分离；制药

膜分离是在20世纪初出现，20世纪60年代后迅速崛起的一门分离新技术。膜分离技术由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，目前已广泛应用于电子、医药用纯水、饮用蒸流水、生物、环保、化工等领域，成为当今分离科学中最重要的手段之一。膜分离技术具有在常温下进行、无化学变化、选择性好、无相态变化、适应性强、能耗低等特点。由发酵法生产的微生物药物的分离和纯化正面临着含量低、易失活、收率低等问题，膜分离过程作为一种新型的分离技术得到了广泛的发展。本文对膜分离技术在生物制药中的应用进行综述。

1 膜分离技术在抗生素、氨基酸和酶类分离纯化中的应用

1.1 膜分离技术的特点

相对于传统工艺，膜分离具有简化工艺流程、产品质量高、操作简单、能耗低、收率高、环保、运行费用低等优点。

1.2 分离原理

根据截留组分的不同，可以将膜过程分为微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗透蒸发、渗析、电渗析、气体分离等。用于发酵液后处理的膜技术主要是超滤，其次是纳滤、微滤、反渗透以及液膜分离等。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜。抗生素、氨基酸和酶类分离纯化主要应用超滤膜。

1.2.1 微滤膜又称微孔过滤，它属于精密过滤，分离截留直径0.01～10？滋m以上的粒子。液固分离等方面，常作超滤的预处理过程，如发酵液中的菌体、细胞、不溶物等。

1.2.2 超滤膜属于非对称多孔膜，是介于微滤和纳滤之间的一种膜过程，孔径在2～50nm。超滤膜以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当水流过膜表面时，只允许水及比膜孔径小的小分子物质通过，达到溶液的净化、分离、浓缩的目的。超滤膜常用于处理发酵液可以截留病毒、蛋白质、酶、多糖等大分子物质。

1.2.3 反渗透的分离基本原理是溶解扩散学说，主要应用于水处理和热敏感性物质的浓缩，主要应用领域包括以下：生物医药、生物发酵、医药行业工艺用水、制剂用水、注射用水、无菌无热源纯水等。

1.2.4 纳滤膜平均孔径2nm左右，是介于超滤与反渗透之间的一种膜分离技术，其截留分子量在80～1000的范围内，处理发酵液时截留组分可小到抗生素，合成药、染料、双糖等，具有对小分子有机物有较高的截留性等特点。

1.3 膜分离技术在抗生素、氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用

膜分离技术主要用于B一内酰胺类、大环内酯类、四环素类等抗生素以及氨基酸和酶类微生物药物分离纯化中的应用。李春艳、方富林等采用Ultra-flo超滤系统提纯未经任何预处理的头孢菌素 C发酵液，过滤收率由原工艺的 78%提高到 83.8%[1]。梁万秋、何建勇等比较连续板式超滤与间歇板式超滤在头孢菌素C发酵液过滤提纯中的效果，结果连续板式超滤适应头孢菌素C的过滤分离及与后续提取工艺的整合[2]。冯建立，许振良，王学军等采用自制的三种中空纤维超滤膜（U F-1、U F-2和U F-3）对红霉素发酵液去除乳化现象进行了试验，结果表明超滤法可达到去除乳化的目的，同时提高了萃取的收率和质量[3]。张治国，王世展等采用蓬莱反渗透设备厂生产的NFB系列板式反渗透装置已成功地应用于济宁抗生素厂的链霉素生产中，收率明显提高，能耗和物耗大幅度降低[4]。叶榕等采用超滤-纳滤集成膜分离技术代替传统的薄膜蒸发法提纯浓缩卡那霉素树脂解吸液，实验结果表明浓缩倍数、浓缩收率、损失率、平均膜通量等指标均优化[5]。

2 分离纯化的方式方法

根据近年来国内外应用膜分离纯化微生物药物的方式方法，大致有以下几类。

2.1 分离方式

对于纳滤，可以将萃取液用疏水性纳滤膜处理进行浓缩或用亲水性纳滤膜对未经萃取的抗生素发酵滤液进行浓缩，减少萃取剂的用量。

2.2 多层液膜分离

例如红霉素在水/油乳状液滴中的渗透，乳状液滴中一旦形成的浓团，会使分离性能降低。为防止这种情况发生，料液和乳状液应分别为分散相和连续相进行分离。

2.3 组合分离

抗生素发酵液的分离有时候需要多个膜分离操作。通常先采用微滤或超滤，去除盐和水，再采用纳滤浓缩。

2.3.1 超滤和纳滤膜组合分离。何旭敏等用超滤膜处理6-APA的钾盐，经反应罐中裂解后，再经纳滤膜浓缩，裂解率为97.5%[6]。

2.3.2 超滤和反渗透膜组合分离。李十中等先用截留分子量5万的超滤膜处理土霉素结晶母液，除去母液中的悬浮物和大分子物质，得到土霉素的纯度82.9%[7]。

2.3.3 膜分离技术与传统的分离技术相结合。膜分离技术与传统的分离技术相结合，在不同程上吸取了膜分离和传统分离方法的优点而避免了两者原有的缺点。李十中等利用超滤/萃取法提取青霉素G、红霉素和麦迪霉素，发现新工艺收率高，静置分层快，不需要离心分离或活性炭脱色。

结束语

目前的膜分离技术在生物制药应用研究非常活跃，广泛用于生物发酵液过滤除菌及下游分离纯化精制、结晶母液回收、氨基酸发酵液过滤澄清及精制、生物蛋白、多肽、酶制剂等酵液过滤澄清及精制等。膜分离技术突出的优点和其广阔的潜在市场使膜分离技术将在微生物制药中发挥更为重要的作用。

参考文献

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[2]梁万秋，何建勇，陈晓强.连续板式超滤系统在头孢菌素C发酵液过滤提纯中的应用[J].沈阳药科大学学报，2007（12）.

[3]冯建立，许振良，王学军，杨志和.超滤去除红霉素发酵液乳化现象的研究[J].中国抗生素杂志，2007，3，25.

[4]张治国，王世展，姜作禹，景玉钧，林永斌，褚庆国.板式反渗透装置在链霉素生产工艺中的应用[J].水处理技术，1994，12.

[5]叶榕，李春艳.超滤-纳滤集成技术提纯浓缩卡那霉素[J].福建医科大学学报，2002，9，30.

第2篇

关键词：高考复习；单倍体；多倍体；基因工程

中图分类号：G633.91 文献标识码：B 文章编号：1672-1578（2012）09-0216-02

物种是指分布在一定的自然区域内，具有一定形态结构和生理功能，能够在自然状态下相互并且产生可育后代的一群生物，简称“种”。也就是说，不同物种之间一般是不能的，即使成功，也不能产生可育的后代。育种方法是遗传和变异知识在现实生活中应用的实例，也是生物课堂与当今科技知识相结合的例子，是高考中的热点。由于育种方法内容在教材中分散，将它们集中在一起作为一个专题来复习，能起到事半功倍的效果。各种育种方法的概念、原理、过程归纳如下：

1.杂交育种

1.1 概念：将两个或多个品种的优良性状通过集中在一起，再经过选择和培育，获得新品种的方法。

1.2 原理：基因重组，能将两亲本的优良性状集中在同一个个体，或者将两亲本控制同一性状的不同微效基因积累起来，产生在该性状上超过亲本的类型。正确选择亲本并合理组配是杂交育种成败的关键。

1.3 过程：用具有相对性状的纯合体作为亲本杂交获得子一代，子一代自交获得子二代，从子二代中选择符合要求的表现型个体。如果需要的表现型是隐性性状育种就此结束，如果需要的表现型是显性性状则用子二代中选出的个体进行连续自交，直至获得能稳定遗传的类型为止。

1.4 原则：根据育种目标要求，按下列原则进行：①亲本应有较多优点和较少缺点，亲本间优缺点力求达到互补；②亲本中至少有一个是适应当地条件的优良品种，在条件严酷的地区，双亲最好都是适应的品种;③亲本之一的目标性状应有足够的遗传强度，并无难以克服的不良性状;④生态类型、亲缘关系上存在一定差异，或在地理上相距较远。

1.5 优缺点

①优点：使双亲的基因重新组合，将优良性状集中在同一个个体，还能形成各种不同的类型，为选择提供丰富的材料。

②缺点：只能利用已有基因的重组，按需选择，并不能创造新的基因，育种年限长，且需年年制种。

1.6 举例：高产不抗病小麦与低产抗病小麦培育出高产抗病小麦。

2.诱变育种

2.1 概念：用人工方法诱发基因突变，从而产生新性状，创造新品种的育种方法。

2.2 原理：基因突变。用物理、化学方法诱发基因发生突变。

2.3 过程：利用物理因素（X射线、紫外线、激光等）、化学因素（硫酸二乙脂、 亚硝酸等）来处理生物，使生物发生基因突变，再筛选。

2.4 原则：所处理的生物材料必须是正在进行细胞分裂的细胞、组织、器官或生物，处理时期是细胞分裂的间期。经处理的生物材料经选择、培育才能获得需要的生物新品种。

2.5 优缺点：①优点：提高变异率，大幅度改良某些性状，加快育种进程;②缺点：有利变异个体少，需处理大量的实验材料（有很大盲目性）。

2.6 举例：①黑龙江省农科院用辐射方法处理培育成的“黑农五号”大豆品种；②高产量青霉菌的形成。

3.单倍体育种

3.1 概念：利用花药离体培养技术获得单倍体植株，再人工诱导其染色体加倍，从而获得所需要的纯系植株的育种方法。

3.2 原理：染色体变异。诱导配子直接发育成植株，再用秋水仙素加倍成纯合体。

3.3 过程：先将花药离体培养形成单倍体幼苗，再用一定浓度的秋水仙素处理单倍体幼苗获得纯合子，然后从中选择优良植株。

3.4 优缺点：①优点是可以明显缩短育种年限，子代均为纯合子，加速育种进程；②缺点是技术复杂且需与杂交育种配合，成活率较低。

3.5 举例：抗病植株的育成

4.多倍体育种

4.1 概念：人工诱导染色体加倍，形成多倍体植株。

4.2 原理：染色体变异。秋水仙素能抑制处于分裂期细胞的纺锤体的形成，导致染色体不能移向细胞两极，从而引起细胞内染色体数目加倍。

4.3 方法：用一定浓度的秋水仙素处理萌发的种子、幼苗。

4.4 优缺点: ①优点是操作简单，能较快获得器官大、营养高的品种;②缺点是所获品种发育延迟，结实率低，一般只适用于植物。

4.5 举例：三倍体无籽西瓜、八倍体小黑麦。

5.基因工程育种

5.1 概念：按照人们的意愿，把一种生物的某种基因提取出来，加以修饰改造，然后放到另一种生物的细胞里，定向地改造生物的遗传性状，从而获得高产、稳产、具有各种抗逆性的作物新品种。

5.2 原理：基因重组。

5.3 方法：提取目的基因、目的基因与运载体结合、将目的基因导入受体细胞、目的基因的检测与鉴定。

5.4 优缺点：①优点是目的性强、育种周期短，克服远缘杂交不亲和障碍；②缺点是技术复杂、安全性问题多，可能引发生态危机。

5.5 举例：转基因抗虫棉

6.细胞工程育种

6.1 植物体细胞杂交

6.1.1 概念：用两个来自于不同植物的体细胞融合成一个杂种细胞，并且把杂种细胞培育成新植物体的方法。

6.1.2 原理：细胞的全能性

6.1.3 过程：先用酶解法去掉细胞壁分离出有活力的原生质体，再将不同的原生质体放在一起，用离心、振动、电刺激、或聚乙二醇试剂使得原生质体融合从而得到杂种细胞，然后用植物组织培养的方法进行培育，得到杂种植株。

6.1.4 优缺点：①优点是克服远缘杂交不亲和障碍；②缺点是应用范围小，许多理论技术还不成熟。

6.1.5 举例：白菜——甘蓝、胡萝卜——羊角芹

6.2 动物体细胞克隆育种

6.2.1 概念：应用克隆技术，繁殖优良物种

6.2.2 原理：细胞的全能性

6.2.3 过程：将含有遗传物质的供体细胞的核移植到去除细胞核的卵母细胞中，利用微电流刺激等融合技术使两者融合为一体，经过一系列培养，然后再植入母体子宫中，使其最终发育成一个新个体。

6.2.4 优缺点：①优点是繁育优良动物、拯救濒危动物等，保护生态平衡；②缺点是成功率低

6.2.5 举例：“多莉羊”的培育

7.有关育种要注意的问题

7.1 育种的根本目的是培育具有优良性状(抗逆性好、品质优良、产量高)的新品种，以便更好地为人类服务。

第3篇

【Abstract】Antibiotic is one of the most common used drugs in the word. It is widely used in agriculture for food storage， animal husbandry， agricultural production and so on. Although they have short half-life period， the quality of antibiotic used is large. The illusion of persistence of antibiotics in the environment can induce resistance to natural bacteria in the environment. Traditional water treatment processes have much problem to degrade antibiotic. Photocatalysis has the advantage of non-selective oxidation， which makes it suits for treating waste water containing antibiotic. Recently， there are many reaches about degrading antibiotic by photocatalysis. However， there are still some defects in photocatalytic technology， which limits its application in industry and needs further study.

【关键词】抗生素；光催化；废水处理

【Keywords】 antibiotic；photocatalysis； waste water treatment

【中图分类号】X703 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）05-0138-03

1 引言

抗生素是一种低分子量的微生物代谢产物，在低浓度时（一般低于1g/L）即能抑制或杀死其他微生物，是世界上用量最大、使用最广泛的药物之一，农业上广泛应用于粮食储藏、动物饲养、农业增产等方面。

2011年加拿大和美国的抗生素使用总量分别为250吨、3290吨；2013年英国抗生素的使用总量为640吨；同年中国的抗生素使用量为77760吨。在中国抗生素药物主要用于人体医疗和畜禽养殖。因抗生素类药物分子结构的稳定性，其在生物体内一般不会完全代谢，以代谢活性产物甚至原结构形式排出生物体。抗生素制药废水、城市污水、畜禽、水产养殖废水都是潜在的抗生素污染源。有文献报道发现[1]，国内主要河流中深圳河和珠江（广州段）抗生素污染最为严重，枯水期浓度达1340 ng/L。

目前，国内300多家药企共生产70多种的抗生素，年产量占全世界产量的一半。抗生素类药物分子结构中通常含有氮元素和环状结构，这些分子进入环境后，经过一系列的硝基化反应，可形成含亚硝基的化合物，特别是N-亚硝基化合物，具有较大的生物毒性、致突变和致癌性。抗生素生产过程中产生的高浓度废水一直是污水治理领域的一个难题。对于这种成分复杂、色度高、生物毒性大、难降解高浓度有机废水处理至今尚未找到适宜的解决方法，是目前国内外水处理的难点和热点。根据《生物制药行业污染物排放标准》（DB31/373-2006）生物制药行业新污染源一级排放要求为：COD≤100mg/L，BOD5≤20mg/L，总氮≤10mg/L，SS≤60mg/L。τ诟吲ǘ瓤股素生产废水，这无疑是一艰巨的任务。因此，围绕抗生素生产废水的处理，国内外均开展了大量的研究，并取得了一定的技术成果。

2 抗生素在环境中的吸附与迁移

环境中的抗生素主要分布在土壤、地表水和气溶胶中。环境介质中的抗生素可通过吸附、水解、光解和生物降解等作用转化。一般易被水体沉积物或土壤吸附的抗生素，可在环境介质中稳定存在，迁移转换效率较小，对环境的风险也较小。当抗生素分子及其代谢产物具有极性时，就不宜与固相物质吸附结合，易于迁移扩散到水环境中，影响地表水、地下水，最终影响海洋生态系统。因不同种类抗生素的性质、代谢途径、降解方式、使用量不同，其在环境中的迁移转化规律也不相同。迁移转化效率受抗生素分子结构的稳定性、官能团特性、光稳定性、淋洗和降解速度等因素影响。一般来说，具有弱酸、弱碱性官能团和亲脂性类抗生素与固相介质有较好的结合力，而不易扩散迁移。

3 抗生素废水的传统处理工艺

抗生素废水的处理方法可分为三种：物理化学法、厌氧生物处理和好氧生物处理。

物理化学法处理包括混凝、沉淀、气浮、吸附、反渗透、吹脱氨氮法等。物理化学法常作为高浓度有机废水生物处理单元的前处理或后处理工序。需根据抗生素废水类型、处理要求选择不同的物化处理方法。其中絮凝-气浮法CODCr去除率约>30%。混凝沉淀法[2]CODCr去除率>80%。反渗透[3]CODCr去除率较高>90%，但反渗透产生浓水和反冲洗水处理难度更大。

好氧生物处理工艺包括传统活性污泥法及其改进工艺，如生物流化床、接触氧化、氧化沟、缺氧-好氧-厌氧工艺、好氧生物膜法等。抗生素废水进水有机负荷很高，好氧工艺难以承受CODCr浓度大于1000g/L以上的废水，需回流出水对原水进行大量稀释，因此增大了反应池容积、造价高、动力消耗大，处理费用高。且单独采用好氧生物处理难以保证出水水质达标。厌氧生物处理工艺中常用的工艺有升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧流化床、厌氧生物滤床等。厌氧生物工艺降解抗生素废水的研究较多，但工程应用较少，这主要是因为厌氧处理工艺稳定运行控制困难。高浓度抗生素废水经厌氧处理后，出水CODCr仍有1000-4000mg/L，需经进一步处理。

4 TiO2光催化降解抗生素废水的机理

光催化技术研究始于1972年，日本学者Fujshhima和Honda在Nature杂志上第一次发表了相关论文。他们发现在光辐射下，半导体TiO2电极和金属电极组成的原电池中，可连续发生水的氧化还原反应生成H2。TiO2是一种N型半导体，具有较大的禁带宽度，离子的能带结构由填满电子的价带（Valence band， VB）和空的导带（Conduction band， CB）构成，价带和导带之间为禁带，带隙能为3.2eV，其能量相当于波长为387.5nm的紫外光。当二氧化钛受到能量大于其禁带宽度的光照射时，价带的电子（e-）被激发，跃迁到导带，在价带上留下空穴（h+），形成电子-空穴对。并与吸附在催化剂表面的H2O和O2反应，形成活性很强的自由基和超氧离子等活性氧，诱发光化学反应。生成的自由基具有很强的氧化分解能力，可以破坏C-C、C-H、C-N、C-O、N-H等化学键，具有很高的降解有机物能力。

抗生素分子结构中一般包含不饱和键光敏基团[4、5]，有助于半导体带中电子跃迁。发色基团吸收的光波越长，自身电子越易激发，跃迁后具有高能量的电子传到半导体TiO2后形成电子空穴对。抗生素分子的协同作用使TiO2可被较长波长的光激发，吸收光谱的范围由紫外光区延伸至可见光，不仅有效地提高了催化性能，亦可充分利用自然光谱降解抗生素废水。

5 光催化技术处理抗生素废水的研究

光催化技术在常温常压下即可彻底破坏有机物分子结构，用于降解含抗生素类废水，具有处理效率高、反应温和、使用范围广、反应迅速等特点，因而具有良好的应用前景。目前内外学者针对光催化剂性能的改进、催化剂固液分离技术、以及降解工艺条件的优化等方面进行了大量的研究。李耀中等[6]以二氧化钛为催化剂，设计了新型流化床光催化反应器用于处理制药废水，讨论了不同工艺条件下的光催化效果。当光照15min时，废水COD去除率在80～85%之间。郭佳等[7]以TiO2为催化剂，在紫外光激发下催化降解废水中头孢曲松，总处理效率>93.4%。肖明威[8]等分别用TiO2、ZnO、Fe2O3半导体催化剂催化降解四环素类抗生素废水，结果表明光催化反应1h后，COD去除率分别为66%、61.2%、54.2%。C.Reyes等[9]利用TiO2和金黄色葡萄球菌研究光催化过程对四环素的抗菌活性作用，认为50～75min的光催化反应能极大地降解水中的四环素残留物，四环素分子结构矿化效果明显，出水的抗菌性能大大降低，BOD5/COD约0.8左右，适于进一步生化处理。目前，青霉素、头孢类、阿奇霉素、土霉素、丝裂霉素、红霉素等[10-15]多种抗生素类药物废水均有文献报道了对其的光催化反应研究。

6 现存问题

光催化技术从问世起就因其明显的优点而受到了广泛的研究，国内外学者在催化改性、元素掺杂、半导体材料复合等方面做了大量的研究，但光催化技术离工业化应用还有很长道路。这主要是因为，光催化半导体材料的吸收光波长范围较狭窄，且主要集中在紫外光区，不能充分利用自然光；半导体受激发产生的载流子复合率很高，因此量子效率较低；催化剂中毒现象严重重复利用困难；处理后催化剂材料固液分离困难。

另外，文献中多讨论光催化技术降解抗生素废水的去除率，对抗生素残留物的降解途径、中间产物的种类，降解物毒性的研究较少。有文献报道过某些抗生素的降解中间产物比其本身的危害还要大。

光催化处理高浓度有机废水技术要实现工业化应用，需要合理设计大型光催化反应器。该类处理机械装置尚处于实验研究阶段，如何合理高效利用光能、优化控制工艺参数、有效分离失活光催化剂等问题目前尚处在理论研究和实验研究阶段。

7 发展方向

光催化技术虽然有着显著的优点，但催化的活性、稳定性、可重复性等依然限制该工艺的发展。光催化降解有机污染物工艺分为悬浮态和固定态两种，各有优缺点。悬浮态法与有机物接触充分、光照均匀、催化效率高，但固液分离困难。纳米尺度的光催化剂进入环境将引起“纳米污染”，将产生更严重的后果。固定态法较好地解决了催化剂的分离问题，但其与污染物接触不均匀，限制了处理效率。如何将两者的优点结合将是环境工作的研究方向。

此外，研究优化光催化剂性能、实现催化剂的固定回收、研究设计大型光催化反应器，提高处理效率降低运行成本、开发光催化与其他降解处理工艺的组合，也将是光催化技术未来发展的重要方向。

【参考文献】

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