郭立瑋，王永香，鐘文蔚，李 鵬，曾浩然

基于膜科技創(chuàng)新中藥制藥分離工程原理的“低碳流程再造”

郭立瑋1*，王永香2, 3*，鐘文蔚4，李 鵬2, 3，曾浩然1

1. 廣州百奧格林生物科技有限公司，廣東 廣州 511455 2. 江蘇揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 225321 3. 南京海陵中藥制藥工藝技術(shù)研究有限公司，江蘇 南京 218085 4. 廣東藥科大學(xué)中藥資源學(xué)院，廣東 廣州 510006

膜分離技術(shù)對(duì)中藥制藥工藝的創(chuàng)新來源于多學(xué)科交叉研究。中藥膜分離科技是材料化學(xué)工程學(xué)科先進(jìn)的分離科學(xué)技術(shù)與中藥制藥學(xué)跨學(xué)科結(jié)合的產(chǎn)物，其技術(shù)原理是對(duì)傳統(tǒng)中藥制藥分離各主要操作單元技術(shù)原理的創(chuàng)新。逐一論述了中藥制藥分離過程各主要操作單元的本質(zhì)特征、技術(shù)原理及膜科學(xué)技術(shù)對(duì)中藥制藥分離過程工程原理的創(chuàng)新作用。并指出基于膜“綠色制造”技術(shù)的中藥制藥分離過程“低碳流程再造”的工程原理與工藝基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了膜科學(xué)技術(shù)的多尺度效應(yīng)、“膜一體化”系統(tǒng)與中藥制藥分離工藝流程的全面兼容；而中藥行業(yè)膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)零的突破則為該“低碳流程再造”的規(guī)模應(yīng)用及可復(fù)制提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，展示出巨大的市場應(yīng)用前景。

膜分離技術(shù)；中藥制藥分離過程；綠色制造；低碳流程再造；跨學(xué)科交叉

根據(jù)《中國科協(xié)辦公廳關(guān)于征集2020重大科學(xué)問題和工程技術(shù)難題的通知》（科協(xié)辦函字[2020]18號(hào)），中華中醫(yī)藥學(xué)會(huì)開展了有關(guān)遴選工作，共征集建議18項(xiàng)，其中前沿科學(xué)問題10項(xiàng)，工程技術(shù)難題8項(xiàng)。經(jīng)專家推薦委員會(huì)審定，最終遴選前沿科學(xué)問題及工程技術(shù)難題各3項(xiàng)[1]。其中名列工程技術(shù)難題第1位的是“如何加強(qiáng)中藥制造高質(zhì)量發(fā)展的中藥制藥工程技術(shù)裝備創(chuàng)新關(guān)鍵工程技術(shù)”。

中藥現(xiàn)代化的核心是質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)代化，而中藥制藥工藝又是影響中藥質(zhì)量最為關(guān)鍵的因素之一，要保證制藥工藝合理規(guī)范，最重要的因素是制藥裝備。中藥提取、分離、濃縮、干燥、滅菌等制劑技術(shù)及裝備水平是衡量中藥制造業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)桿。目前，中藥制藥過程中普遍存在能耗高、效率低、成分損失多、活性成分轉(zhuǎn)移率低、所得中間體性狀不佳等一系列問題。開展中藥高效節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)及裝備研究不僅契合了“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的時(shí)代背景，而且也關(guān)系到中藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，這也是國務(wù)院《中醫(yī)藥創(chuàng)新發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確的優(yōu)先突破方向。

根據(jù)專家意見，該工程技術(shù)難題所面臨的關(guān)鍵難點(diǎn)與挑戰(zhàn)有3方面。本文擬就位列首位的難題——中藥制造缺乏制藥過程工程原理研究、符合中藥特點(diǎn)的高效節(jié)能制藥裝備研發(fā)等進(jìn)行分析，并試圖借助膜科學(xué)技術(shù)給予破解。

1 顛覆性技術(shù)創(chuàng)新與膜科學(xué)技術(shù)

1.1 顛覆性技術(shù)創(chuàng)新及其本質(zhì)特征和基本要求

十八屆五中全會(huì)提出，深入實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，鼓勵(lì)企業(yè)開展基礎(chǔ)性前沿性創(chuàng)新研究，重視顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。所謂顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，主要指那些具有前沿性和突破性創(chuàng)新，比如重大原始創(chuàng)新及跨學(xué)科或跨領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用。顛覆性科技創(chuàng)新是創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)發(fā)展突破口，抓準(zhǔn)和抓住了顛覆性技術(shù)創(chuàng)新，將贏得創(chuàng)新型經(jīng)濟(jì)發(fā)展先機(jī)。

有關(guān)“顛覆性技術(shù)”（disruptive technology）的若干典型觀點(diǎn)、本質(zhì)特征和基本要求，著名膜科學(xué)家徐南平院士[2]在第10屆全國膜與膜過程學(xué)術(shù)會(huì)議上的報(bào)告“顛覆性創(chuàng)新——以膜技術(shù)為例”，引經(jīng)據(jù)典，進(jìn)行了精辟的論述，主要觀點(diǎn)如下。

顛覆性技術(shù)是能夠顛覆某一個(gè)行業(yè)的主流產(chǎn)品和市場格局，或者改變某一領(lǐng)域游戲規(guī)則和操作方式的技術(shù)；顛覆性技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，在性能或者功能上有重大突破，其未來發(fā)展將逐步取代已有技術(shù)；顛覆性技術(shù)是“可改變游戲規(guī)則”的前沿技術(shù)，通過原始概念創(chuàng)新，引領(lǐng)武器裝備發(fā)展，在未來戰(zhàn)爭中創(chuàng)造決定性的顛覆效果。顛覆性技術(shù)創(chuàng)新的本質(zhì)特征和基本要求在于：突破的是技術(shù)，顛覆的是市場；不能顛覆市場的技術(shù)不是顛覆性技術(shù)；不以技術(shù)突破為核心的市場顛覆也不能稱為顛覆性技術(shù)創(chuàng)新。技術(shù)是廣義的，創(chuàng)新是特指的。

1.2 膜科學(xué)技術(shù)

徐南平院士[2]指出：“顛覆性創(chuàng)新是膜科技與生俱來的基因使然”。那么“膜”是什么呢？著名科學(xué)家霍金在其著作中廣義地描述了膜及其構(gòu)成的世界模型。他認(rèn)為人類生活在一張大“膜”上，這是一個(gè)四維空間，除了三維之外，另一維即為時(shí)空（space time）。目前最通用的廣義定義是把“膜”定義為兩相之間的一個(gè)不連續(xù)區(qū)間，其中一維的尺度大大地小于其他二維，極薄。膜可以為氣相、液相和固相，或是三者的組合。狹義“膜”是指分隔兩相界面，并以特定的形式限制和傳遞各種化學(xué)物質(zhì)，有選擇性，其厚度可以從幾微米到幾百微米。膜涉及多種物質(zhì)和多種結(jié)構(gòu)，也涉及各種不同的用途。

膜分離技術(shù)是以先進(jìn)分離材料為“膜”載體，可借其篩分及擴(kuò)散作用，依分子大小或親和性質(zhì)將物質(zhì)進(jìn)行分離的一種新型分離技術(shù)。其利用經(jīng)特殊制造的具有選擇透過性的薄膜，在外力（如膜兩側(cè)的）壓力差、濃度差、電位差等推動(dòng)下對(duì)混合物進(jìn)行分離、分級(jí)、提純、濃縮而獲得目標(biāo)產(chǎn)品。因具有節(jié)能、環(huán)保、高效等“綠色制造”特征，是國際公認(rèn)的21世紀(jì)最有發(fā)展前途、具戰(zhàn)略意義的高新技術(shù)。

對(duì)膜科學(xué)技術(shù)的“顛覆性”特征，著名膜科學(xué)家高從堦院士從發(fā)展歷程與應(yīng)用前景2方面做了簡扼而準(zhǔn)確的闡述：膜科學(xué)與技術(shù)引起人們的高度重視，僅有半個(gè)世紀(jì)的歷史。短短的50年中，其從實(shí)驗(yàn)室的珍品快速地形成了大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的新產(chǎn)業(yè)[3]。已經(jīng)成熟和不斷研究開發(fā)的膜過程有微濾、超濾、納濾、反滲透、滲析、膜反應(yīng)器和生物膜等，已廣泛應(yīng)用于信息、能源、石油、化工、重工、輕工、食品、飲料、醫(yī)藥、生物工程、軍事和環(huán)保等各領(lǐng)域，對(duì)社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人民生活水平的提高和環(huán)境保護(hù)等產(chǎn)生了顯著的促進(jìn)作用，可以看出，膜技術(shù)將繼續(xù)深入地發(fā)展，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，為各個(gè)領(lǐng)域提供更具創(chuàng)新性的技術(shù)，保持其可持續(xù)發(fā)展的態(tài)勢。

2 中藥制藥分離過程主要操作單元的本質(zhì)特征、常規(guī)工藝技術(shù)原理及膜技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新作用

2.1 中藥制藥分離過程的內(nèi)涵

中藥制藥過程包括“原料藥生產(chǎn)”和“制劑生產(chǎn)”2個(gè)階段。原料藥屬于制藥工業(yè)的中間產(chǎn)品，是藥品生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，須經(jīng)后續(xù)加工制成適于服用的藥物制劑，才能成為制藥工業(yè)的終端產(chǎn)品。中藥制藥過程“原料藥生產(chǎn)”階段的目標(biāo)是從中藥材（植物、動(dòng)物或礦物藥等）中去粗取精、去偽存真，從而獲取藥效物質(zhì)。該階段的每個(gè)操作單元都包括一個(gè)或若干個(gè)混合物的分離操作。因此中藥制藥流程的“原料藥生產(chǎn)”階段，可被稱為“中藥制藥分離過程”，其本質(zhì)特征就是將混合物轉(zhuǎn)變成不相同的兩種或幾種產(chǎn)物的操作，其目的是最大限度地保留有效物質(zhì)，去除無效和有害物質(zhì)[4]。

中藥制藥分離過程包括通過“提取”等工序?qū)⑺幮镔|(zhì)從藥用動(dòng)、植物組織器官中分離出來；通過“過濾”等工序?qū)⑺幰号c藥渣進(jìn)行分離；通過“澄清”等工序?qū)崿F(xiàn)細(xì)微粒子及某些大分子非藥效物質(zhì)與溶解于水或乙醇等溶劑中的其他成分分離；通過“濃縮”“干燥”等工序?qū)崿F(xiàn)溶劑與溶質(zhì)的分離等（圖1）[5]，其中，“過濾”與“澄清”常稱為“精制”，而“過濾”與“澄清”的技術(shù)原理本質(zhì)為“固液分離”，故在圖1中以“固液分離”替代“過濾”與“澄清”?！敖帷惫ば蚴遣捎盟魵庹麴s工藝獲取揮發(fā)油的操作，該操作過程采用膜分離技術(shù)從水蒸氣蒸餾工藝所獲取的“芳香水”中分離、富集揮發(fā)油。其技術(shù)原理是利用具有篩分機(jī)制的微濾或超濾膜的孔徑，截留“芳香水”中粒徑為微米、亞微米級(jí)的揮發(fā)油顆粒；也可利用具有“親和-擴(kuò)散”機(jī)制的蒸汽滲透膜吸附、富集“芳香水”中的“溶解油”[6]。此外，本團(tuán)隊(duì)受傳統(tǒng)“中藥煮散”啟發(fā)，在多年實(shí)踐基礎(chǔ)上創(chuàng)制的“濕法超微粉碎-膜耦合”提取、精制中藥技術(shù)與設(shè)備，具有快捷高效、常溫運(yùn)行、低能耗等優(yōu)勢，可廣泛用于各種來源（植物、動(dòng)物與礦物）中藥藥效物質(zhì)在微納米尺度狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)提取和分離，尤適于熱敏性藥物成分的提取，各自提取平衡過程一般在5～15 min內(nèi)可完成，大大簡化了中藥藥效物質(zhì)提取過程，顯著降低能耗與經(jīng)濟(jì)成本[7-9]。該技術(shù)是中醫(yī)藥科研“守正創(chuàng)新”的產(chǎn)物，無疑代表了中藥提取工序技術(shù)改造的方向。

如上所述，圖1可視為以膜分離過程為核心所組成的科學(xué)技術(shù)平臺(tái)，即把微濾、超濾、納濾、反滲透等多種膜分離過程優(yōu)化組合，組成一個(gè)膜分離系統(tǒng)，用于中藥生產(chǎn)流程，可稱為“膜一體化”。該工藝流程可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)中藥生產(chǎn)“提取、分離、純化、濃縮、除病原體”各操作單元相關(guān)的功能，與中藥制藥分離工藝流程全面兼容，實(shí)現(xiàn)基于特種膜綠色制造技術(shù)的中藥制藥分離的“低碳流程再造”。

2.2 精制操作單元

2.2.1 精制操作單元的本質(zhì)特征與常規(guī)工藝技術(shù)原理 中藥“精制”操作單元的本質(zhì)是經(jīng)固液分離后的中藥提取液實(shí)現(xiàn)細(xì)微粒子及某些大分子非藥效物質(zhì)與溶解于水或乙醇等溶劑中的其他成分的分離。

紅色字體表示可以膜過程升級(jí)換代的工序

常用于精制中藥水提液的方法主要有醇沉法、絮凝澄清法及大孔樹脂吸附法等，其目的都是除去非藥效高分子物質(zhì)。其中醇沉法的主要技術(shù)原理是利用大、小分子物質(zhì)在乙醇中溶解度不同，而使高分子物質(zhì)形成沉淀析出除去；絮凝澄清法是通過加入澄清劑以吸附架橋和電中和方式，除去溶液中的粗粒子；大孔吸附樹脂法則是利用大孔樹脂對(duì)不同分子的篩孔性和范德華力的差異，而將物質(zhì)進(jìn)行分離。

上述方法可達(dá)到不同程度的精制效果，但都無一例外地存在著藥效成分的損失、精制程度不高等共性問題，且還存在著各自的缺陷。如醇沉法時(shí)間長、成本高、對(duì)后續(xù)工藝與臨床療效均有不良影響；絮凝法、大孔樹脂法因采用了化學(xué)分離介質(zhì)，存在絮凝劑或樹脂殘留的問題等。總而言之，上述精制技術(shù)在安全性、有效性及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面均不如人意。

本課題組對(duì)中藥復(fù)方骨痹顆粒的陶瓷微濾膜、醇沉、樹脂3種不同精制液在高、中、低劑量下的藥效學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[10-11]，陶瓷膜組產(chǎn)物總體抗炎效果較好。3種不同方法精制產(chǎn)物的藥效學(xué)差異可能與各種方法的分離機(jī)制相關(guān)。其中，乙醇沉淀工藝因與所用乙醇濃度的極性兼容問題，除作為優(yōu)選工藝考察指標(biāo)的指標(biāo)性成分外，其他極性的藥效物質(zhì)并未被有效保留，中藥復(fù)方的整體性受到一定影響。大孔吸附樹脂法選擇性較高，雖然可富集某些母核相同的大類成分，但因所用樹脂的極性（功能基）和空間結(jié)構(gòu)（孔徑、比表面、孔容）與復(fù)方中某些成分（吸附質(zhì)）的相對(duì)分子質(zhì)量和構(gòu)型的不相容，不可避免會(huì)損失部分藥效物質(zhì)。而所用0.2 μm陶瓷膜可有效去除亞微米以上的各種非藥效性顆粒物及大分子無效物質(zhì)，避免原方中對(duì)軟骨細(xì)胞具有促增殖作用的藥效成分的損失，充分體現(xiàn)中藥復(fù)方藥效物質(zhì)的整體性。

2.2.2 膜技術(shù)對(duì)中藥制藥常規(guī)精制技術(shù)原理的顛覆性創(chuàng)新作用 既然包括上述3種方法在內(nèi)的常用精制技術(shù)的目的都是除去大分子雜質(zhì)，那么借助膜的篩分作用可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

現(xiàn)代研究表明，中藥的治療作用主要通過中藥天然組合化合庫中相對(duì)分子質(zhì)量小于1000的藥效物質(zhì)，借助“多靶作用機(jī)制”而實(shí)現(xiàn)[12]。由此，本團(tuán)隊(duì)提出基于篩分機(jī)制的膜分離“精制”技術(shù)原理：在以水為基本溶媒提取的傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上，依據(jù)中藥有效成分的相對(duì)分子質(zhì)量分布特征，借助膜的“篩分”作用，除去高分子物質(zhì)。將中藥（單、復(fù)方）的小分子藥效物質(zhì)主體進(jìn)行“集群篩選”，以獲取作為“天然組合化合庫”的一組特殊藥物整體[6]，成為創(chuàng)新中藥的基本組成。該技術(shù)的顛覆性創(chuàng)新作用體現(xiàn)在以先進(jìn)膜材料為分離介質(zhì)，工藝過程一過性完成，純屬物理過程，簡便、高效、省時(shí)，不必使用化學(xué)分離劑，在防止藥效成分結(jié)構(gòu)變化及環(huán)境保護(hù)等方面，相對(duì)其他精制方法具有獨(dú)特的優(yōu)勢。

2.3 濃縮操作單元

中藥提取液的濃縮是中藥制藥的重要工序之一。目前大多數(shù)中藥生產(chǎn)過程中所采用的是蒸發(fā)濃縮，濃縮工段對(duì)大多數(shù)廠家來說是能耗（蒸汽）的重頭（一般占全廠總蒸汽耗量的60%左右，甚至更多）。

2.3.1 濃縮操作單元的本質(zhì)特征與常規(guī)工藝技術(shù)原理 濃縮是溶質(zhì)與溶劑分離的過程，其科學(xué)本質(zhì)是將溶劑分子從溶液（液體物料）中驅(qū)離；對(duì)中藥水提液而言，即除去水分子。中藥水提液濃縮的機(jī)制是凡可把水分子除去的方法都可構(gòu)成濃縮技術(shù)，如利用水與溶質(zhì)分子物理化學(xué)性質(zhì)沸點(diǎn)、冰點(diǎn)、相對(duì)分子質(zhì)量等。中藥提取液常規(guī)濃縮工藝及其作用機(jī)制如下。

（1）蒸發(fā)：蒸發(fā)是濃縮原料液最常用的方法，這種溶質(zhì)富集過程主要是通過改變溫度和壓力使溶劑汽化而實(shí)現(xiàn)。蒸發(fā)濃縮法就是使組分從液相向氣相轉(zhuǎn)移的分離技術(shù)。溶劑汽化需要加熱，消耗大量的能量，如三效真空蒸發(fā)濃縮，其操作溫度在60～90 ℃。由于存在減壓操作，所以一些中藥的芳香成分以及一些易揮發(fā)性有效成分會(huì)被真空泵抽除。同時(shí)，由于長時(shí)間受熱，一些有效成分有可能聚合變性。

蒸發(fā)濃縮的技術(shù)原理是利用“氣液平衡”，使組分從氣相向液相轉(zhuǎn)移。蒸發(fā)過程中單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量與相關(guān)工藝條件的關(guān)系可由下式表示[13]。

()

為單位時(shí)間內(nèi)的蒸發(fā)量，為液體暴露面積，為大氣壓力，為在一定溫度時(shí)液體的蒸汽壓，為在一定溫度下液體的實(shí)際蒸汽壓

在中藥濃縮過程中，溶液相關(guān)的物理化學(xué)參數(shù)會(huì)隨其溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而發(fā)生改變。其中沸點(diǎn)和飽和蒸汽壓這2個(gè)參數(shù)直接制約了中藥產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和生產(chǎn)過程的能耗控制，它們之間的函數(shù)關(guān)系是中藥濃縮工藝過程中的重點(diǎn)研究對(duì)象[14-17]。

在實(shí)際蒸發(fā)濃縮操作中，加大液體的蒸發(fā)面，進(jìn)行減壓蒸發(fā)（可降低值，增大蒸發(fā)量，并能降低沸點(diǎn)，防止成分受熱破壞及改善傳熱狀況）是強(qiáng)化蒸發(fā)的有效辦法。目前，中藥蒸發(fā)濃縮工藝普遍存在濃縮溫度高、濃縮時(shí)間長、有效成分及揮發(fā)性成分易損失、一步濃縮難以實(shí)現(xiàn)高相對(duì)密度的質(zhì)量要求、設(shè)備易結(jié)垢、廢液排放等問題。

（2）冷凍濃縮：冷凍濃縮技術(shù)是基于結(jié)晶原理，通過將稀溶液降溫，直至溶液中的水部分凍結(jié)成冰晶，并將冰晶分離出來，從而使得溶液變濃。溶劑體積減少，溶質(zhì)得到濃縮。低溫操作可將微生物繁殖、溶質(zhì)的變性及揮發(fā)性成分的損失控制在極低的水平，但因存在與生產(chǎn)條件適應(yīng)性不強(qiáng)等問題，目前應(yīng)用于工業(yè)化階段的范例很少。

2.3.2 膜技術(shù)對(duì)中藥制藥常規(guī)濃縮技術(shù)原理的顛覆性創(chuàng)新作用 與傳統(tǒng)的蒸發(fā)濃縮相比，膜濃縮過程中無相變，可在常溫及低壓下進(jìn)行因而能耗低；物質(zhì)在濃縮分離過程中不發(fā)生質(zhì)的變化，適合熱敏物質(zhì)的處理；能將不同相對(duì)分子質(zhì)量的物質(zhì)分級(jí)分離；在使用過程中膜無雜質(zhì)脫落，保證料液的純凈，且膜濃縮過程操作簡便、成本低廉，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。膜濃縮的技術(shù)原理是以膜為過濾介質(zhì)，在一定的操作條件（如壓力）下，當(dāng)原液流過膜表面時(shí)，膜表面只允許水及小分子物質(zhì)通過而形成透過液，而原液中體積大于膜微孔徑或與膜材料不具親和性的物質(zhì)則被截留在膜的進(jìn)液側(cè)，成為濃縮液，因而實(shí)現(xiàn)對(duì)原液的分離、濃縮的目的。常見的膜濃縮技術(shù)主要有超濾、反滲透、納濾、膜蒸餾等，其技術(shù)原理雖均以膜材料為分離介質(zhì)，但動(dòng)力學(xué)過程各異。

（1）超濾：該技術(shù)用于濃縮一般是從含小分子溶液中分離出相對(duì)分子質(zhì)量大的組分，即分離含相對(duì)分子質(zhì)量數(shù)千到數(shù)百萬組分、微粒直徑為1×10?3～10μm的混合物。

（2）反滲透：可去除絕大部分離子、質(zhì)量分?jǐn)?shù)90%～95%的溶解固形物、95%以上的溶解有機(jī)物和膠體。該技術(shù)可有效地從胡蘆巴提取液中獲取4-羥基異亮氨酸（具有顯著刺激B胰島細(xì)胞、分泌胰島素作用，但受熱易與糖分子發(fā)生美拉德反應(yīng)而遭破壞）[6]。

（3）納濾：是一種介于反滲透和超濾之間的壓力驅(qū)動(dòng)膜分離過程，納濾膜大多荷電，其分離行為受化學(xué)勢與電勢梯度的雙重影響。納濾膜分子截留量在200～1000，孔徑為幾納米，其操作壓力比反滲透低。納濾能使“濃縮”與脫鹽同步進(jìn)行。用納濾代替反滲透，濃縮過程更有效、快速，并達(dá)到較大的濃縮倍數(shù)。據(jù)報(bào)道，濃縮中藥乙醇提取液及水提取液，三效蒸餾法酒精消耗量大（損失20%～30%）、蒸汽消耗量大、溫度波動(dòng)大，導(dǎo)致藥品質(zhì)量波動(dòng)。而常溫納濾技術(shù)每天節(jié)約乙醇約1.5 t，價(jià)值1萬元，能耗顯著降低。因無相變，產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，對(duì)三七皂苷截留率達(dá)到99.5%，生產(chǎn)周期縮短到原來的1/3～1/5[6]。

（4）膜蒸餾：是將膜與蒸餾過程相結(jié)合的分離方法[6]。與傳統(tǒng)蒸餾相比，膜蒸餾不需復(fù)雜的蒸餾系統(tǒng)，且能得到更純凈的餾出液；與一般的蒸發(fā)過程比，其單位體積的蒸發(fā)面積大；與反滲透比較，其對(duì)設(shè)備的要求低且蒸餾過程中溶液濃度變化的影響小。

2.4 揮發(fā)油富集操作單元

2.4.1 揮發(fā)油富集操作單元的本質(zhì)特征與常規(guī)工藝技術(shù)原理 目前中藥制藥企業(yè)提取揮發(fā)油的工藝普遍采用《中國藥典》所載中藥揮發(fā)油檢測法中的水蒸氣蒸餾法。該法傳承了千百年來以水煎服為主的中藥傳統(tǒng)用藥方式，較完美地表達(dá)了中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)的“整體多元”觀，臨床應(yīng)用安全有效。但因多種因素，該法在大生產(chǎn)中揮發(fā)油收率常常僅為實(shí)驗(yàn)室收率的40%～60%，有時(shí)甚至收集不到油。該工藝所得餾出物多俗稱為“芳香水液”的油水混合體，后續(xù)的油、水分離操作還需借助液液相平衡技術(shù)原理，采用醋酸乙酯等有機(jī)溶劑萃取、加鹽冷藏、重蒸餾等工藝技術(shù)[6]。而經(jīng)再處理后，揮發(fā)油的得率偏低、油中揮發(fā)性藥效成分含量也不穩(wěn)定。因此，提取分離工藝一直是含揮發(fā)油制劑的技術(shù)瓶頸。

2.4.2 膜技術(shù)對(duì)中藥制藥常規(guī)揮發(fā)油富集技術(shù)原理的顛覆性創(chuàng)新作用 針對(duì)上述常規(guī)揮發(fā)油富集工藝需采用醋酸乙酯等有機(jī)溶劑萃取，收油率低、環(huán)境污染等問題，本團(tuán)隊(duì)開展了“水蒸氣蒸餾-膜過程”耦合富集中藥揮發(fā)油技術(shù)體系的構(gòu)建研究，主要包括2種技術(shù)原理的工藝方案：其一，基于膜篩分效應(yīng)技術(shù)原理的中藥揮發(fā)油分離工藝及其裝置；其二，基于膜擴(kuò)散效應(yīng)技術(shù)原理的中藥揮發(fā)油分離工藝及其裝置。

（1）基于膜篩分效應(yīng)技術(shù)原理[18-26]：中藥揮發(fā)油主要以浮油（粒徑較大，一般大于100 μm，以連續(xù)相的形式漂浮于水面，形成油膜或油層）、分散油（粒徑在25～100 μm，以微小油滴懸浮于水中，不穩(wěn)定，經(jīng)一定時(shí)間后可能形成浮油）、乳化油（粒徑一般在0.l～25 μm，油粒之間難以合并，由于水中有表面活性物質(zhì)使油滴乳化成穩(wěn)定的乳化液分散于水中，表面形成一層界膜，荷電，難以相互黏結(jié)，長期保持穩(wěn)定，不易分離）、溶解油（粒徑在0.1 μm以下，甚至可小到幾納米，以化學(xué)方式溶解于水中）4種形態(tài)存在。依中藥（單方或復(fù)方）品種不同，其揮發(fā)油的存在形態(tài)可以兼有上述4種形態(tài)，也可只有其中若干形態(tài)。

絕大多數(shù)中藥揮發(fā)油的表面張力小于水，常以細(xì)微顆粒狀分散于水相。利用油相的粒徑可利用一定截留相對(duì)分子質(zhì)量的膜使油與水分離。如丁香含油芳香水的粒徑分布在0.05～130 μm，平均粒徑為38 μm；而其超濾透過液的粒徑范圍在65～1300 nm，平均粒徑為278 nm。從而說明含油水體經(jīng)超濾后，油顆粒絕大部分被膜截留富集，透過液澄清透明，粒徑分布在納米級(jí)。

（2）基于膜擴(kuò)散效應(yīng)技術(shù)原理：鑒于揮發(fā)油在“芳香水液”中存在形態(tài)的多樣性，采用篩分機(jī)制難以將乳化油和溶解油與水成功分離。因此，尋找油與水在表面張力、密度等常規(guī)理化性質(zhì)之外的差異，探索油與水在新型分離材料及其微結(jié)構(gòu)之間因分子間相互作用而形成的傳遞關(guān)系勢在必行。揮發(fā)油的主要藥效成分是萜烯類化合物，因?qū)ζつw（生物膜）具有較強(qiáng)的穿透能力，而常被用作透皮吸收促進(jìn)劑。從天然藥物化學(xué)極性特點(diǎn)角度可以看出，揮發(fā)油多元成分對(duì)生物膜的穿透作用與其脂溶性密切相關(guān)，那么油與水是否可利用各自對(duì)某些特定材料的穿透、擴(kuò)散作用差異來實(shí)現(xiàn)分離，這正是蒸汽滲透技術(shù)的作用機(jī)制[27]。

蒸汽滲透作為膜技術(shù)家族滲透汽化的一個(gè)分支，其基本原理是以蒸汽進(jìn)料，混合物中各組分在蒸汽分壓差的推動(dòng)下，利用其在膜內(nèi)溶解和擴(kuò)散性能的差異，實(shí)現(xiàn)組分間的選擇性分離。蒸汽滲透技術(shù)應(yīng)用于近沸點(diǎn)、恒沸點(diǎn)以及同分異構(gòu)體的分離有其獨(dú)特的優(yōu)勢，還可以同生物及化學(xué)反應(yīng)耦合，將反應(yīng)生成物不斷脫除，使反應(yīng)轉(zhuǎn)化率明顯提高，其技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢明顯，在石油化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等工業(yè)領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景[28-30]。

本課題組通過與清華大學(xué)北京市膜材料與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李繼定教授團(tuán)隊(duì)的合作，選擇柴胡、當(dāng)歸等典型的乳化油和溶解油體系，利用疏水性高分子膜材料，將水蒸汽蒸餾所得汽態(tài)餾出物直接進(jìn)行分離，得到了不含水的中藥揮發(fā)油。經(jīng)GC-MS分析表明，揮發(fā)油在膜分離前后化學(xué)成分保持一致。其中，經(jīng)中藥色譜相似系統(tǒng)軟件評(píng)價(jià)，柴胡揮發(fā)油蒸汽滲透的滲透物與原揮發(fā)油的相似度為100%。本團(tuán)隊(duì)選用有機(jī)物優(yōu)先透過膜PDMS/PVDF，以柴胡、川芎等27種富含揮發(fā)油的中藥為實(shí)驗(yàn)體系，驗(yàn)證上述蒸汽滲透技術(shù)分離揮發(fā)油的效果。結(jié)果表明，蒸汽滲透耦合水蒸汽蒸餾用于分離、富集中藥揮發(fā)油切實(shí)、可行，為建立工業(yè)化高效分離揮發(fā)油的新工藝技術(shù)走出了關(guān)鍵一步[6,21,31]。

2.5 除病原體操作單元

2.5.1 除病原體操作單元的本質(zhì)特征與常規(guī)工藝技術(shù)原理[32]除病原體是采用物理或化學(xué)的方法將所有致病和非致病的微生物、細(xì)菌的芽孢及“熱原”全部滅殺、清除的過程。物理滅菌主要采用溫度、射線、過濾等方法除去微生物。其主要機(jī)制：①利用干熱或濕熱使蛋白質(zhì)變性或凝固，破壞核酸、酶失活，而導(dǎo)致微生物死亡；②紫外線、電磁波、放射線使核酸、蛋白質(zhì)變性；③采用孔徑小于細(xì)菌空間尺寸的過濾器材，濾除細(xì)菌病原體。

化學(xué)除病原體法則主要使用化學(xué)藥品直接作用于微生物進(jìn)行除病原體的方法。其主要作用機(jī)制：①使病原體蛋白質(zhì)變性而死亡；②通過與細(xì)菌體內(nèi)酶系統(tǒng)的結(jié)合，影響細(xì)菌的代謝功能；③降低細(xì)菌的表面張力，增加細(xì)菌胞漿酶的通透性，溶解細(xì)胞或使細(xì)胞破裂。

上述除病原體技術(shù)各有利弊，可選擇適用于不同中藥物料體系。但普遍都存在若干共同問題：①不同程度地破壞或者降解有效成分，影響療效，嚴(yán)重的可引起不良反應(yīng)，甚至危及生命；②某些中藥在滅菌過程中可能產(chǎn)生一些毒性物質(zhì)，殘留于中藥材或中成藥產(chǎn)品中。

2.5.2 膜技術(shù)對(duì)中藥制藥常規(guī)“除熱原”技術(shù)原理的顛覆性創(chuàng)新作用 “除熱原”是中藥注射劑生產(chǎn)過程的關(guān)鍵工序。熱原又稱內(nèi)毒素，是一種脂多糖物質(zhì)，相對(duì)分子質(zhì)量介于幾千至幾十萬，對(duì)人體的危害很大。目前常規(guī)除熱原的高溫消毒法與吸附法成本都較高，且前者耗費(fèi)能源，可造成中藥成分的破壞；后者效能低，吸附劑的再生也較困難。

膜分離法是近年發(fā)展起來的除熱原新技術(shù)，其基本技術(shù)原理是“篩分截留”，一般可用截留相對(duì)分子質(zhì)量5000～10 000的超濾膜攔截有效成分為低相對(duì)分子質(zhì)量物質(zhì)的中藥注射液中的熱原。如果注射液中的熱原形成較大相對(duì)分子質(zhì)量締合體，可采用截留相對(duì)分子質(zhì)量較大的超濾膜；若藥液中熱原濃度很高，則應(yīng)采用超濾加吸附法二級(jí)工藝。由于藥物中熱原存在的性狀比較復(fù)雜，一般應(yīng)經(jīng)過充分的預(yù)實(shí)驗(yàn)，以確定最合適的超濾膜及其處理運(yùn)行工藝。文獻(xiàn)報(bào)道[6,33-34]，超濾技術(shù)用于去除川參通注射液、冠舒注射液、松梅樂注射液及大輸液中的熱原，截除率可達(dá)到《中國藥典》2020年版的規(guī)定，1×104截留超濾對(duì)細(xì)菌內(nèi)毒素去除率為99.6%。

2.6 制藥用水

膜技術(shù)替代常規(guī)水處理工藝是制藥用水及注射劑等液體制劑生產(chǎn)領(lǐng)域的顛覆性創(chuàng)新。自1975年起，《美國藥典》已連續(xù)在7個(gè)版本規(guī)定反滲透法為制取注射用水的法定方法；《中國藥典》2005年版亦開始將反滲透法作為制備純化水的方法，這是我國制藥用水生產(chǎn)發(fā)展史上的一大進(jìn)步。

膜技術(shù)與常規(guī)水處理工藝的對(duì)應(yīng)關(guān)系：反滲透對(duì)應(yīng)于離子交換、吸附法和蒸餾法；超濾法對(duì)應(yīng)于凝聚法、紫外線殺菌法；微濾法對(duì)應(yīng)于固-液分離法。采用膜技術(shù)結(jié)合常規(guī)處理工藝，可以緩沖因原水、樹脂交換能力變化等因素而引起的產(chǎn)品水質(zhì)量的變化，并使常規(guī)處理工藝得以簡化、改善。因樹脂再生所消耗的藥品費(fèi)、人工費(fèi)以及由于樹脂再生而造成的廢水處理的費(fèi)用均可大幅度下降。

3 膜技術(shù)對(duì)中藥產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品市場的顛覆效果

膜技術(shù)顛覆現(xiàn)行中藥制藥“精制”分離原理，在改造中藥傳統(tǒng)工藝、推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步方面發(fā)揮了重要的作用。近年來，我國一批中藥企業(yè)，如神威藥業(yè)、吉林敖東、江蘇康緣、湖北勁牌生物醫(yī)藥等，因率先采用了膜分離技術(shù)而獲得巨大經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，新增產(chǎn)值、銷售額高達(dá)數(shù)十億元之巨，同時(shí)創(chuàng)造了多個(gè)年銷售收入過億甚至數(shù)億元的市場大品種、大品牌。

如中醫(yī)藥抗新型冠狀病毒“三藥三方”之一連花清瘟膠囊就是采用陶瓷膜生產(chǎn)工藝的產(chǎn)品，微濾膜的篩分作用完整地保留了構(gòu)成復(fù)方的各種中藥材中具有抗新型冠狀病毒活性的藥效物質(zhì)——臨床療效產(chǎn)生的基本原理[35]。又如，年產(chǎn)萬噸中藥口服液的陶瓷膜成套裝備，經(jīng)過長期運(yùn)行考核，該裝備的膜滲透通量穩(wěn)定在70 L/(m2·h) 以上，生產(chǎn)周期由原來的15 d縮短為9 d，僅乙醇消耗每年可節(jié)約達(dá)180萬元。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有中藥口服液品種約2000多種，若均采用該技術(shù)，僅乙醇消耗1項(xiàng)，1年可以節(jié)省40億元[36]。再如，膜技術(shù)為從植物中獲取某些大類成分，制備醫(yī)藥工業(yè)中間體/原料藥，提供了新的工業(yè)模式。利用中藥的目標(biāo)成分和非目標(biāo)成分相對(duì)分子質(zhì)量的差異，可用截留相對(duì)分子質(zhì)量適宜的超濾膜將二者分開。文獻(xiàn)報(bào)道[37]，從麻黃中提取麻黃素，分別采用膜分離法取代傳統(tǒng)的活性碳脫色、以及苯提或減壓蒸餾2個(gè)工序，經(jīng)1次處理就可得到麻黃堿98.1%，色素除去除率達(dá)96.7%以上。與傳統(tǒng)工藝相比，收率高、質(zhì)量好、生產(chǎn)安全可靠，成本顯著降低，且也避免了對(duì)環(huán)境的污染。對(duì)1個(gè)年產(chǎn)30 t麻黃堿的企業(yè)，膜分離法可至少增加5 t麻黃堿產(chǎn)量，同時(shí)避免了污水排放。上述典型案例是膜技術(shù)對(duì)中藥產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品市場的顛覆效果的有力佐證。

4 基于膜“綠色制造”技術(shù)的中藥制藥分離過程“低碳流程再造”及其實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵要素

4.1 基于膜“綠色制造”技術(shù)的中藥制藥分離過程“低碳流程再造”的初步實(shí)現(xiàn)

將微濾、超濾、納濾、反滲透等多種膜過程優(yōu)化組合，組成一個(gè)膜分離系統(tǒng)，用于中藥生產(chǎn)循環(huán)，被稱為“膜一體化”。該系統(tǒng)膜分離工藝流程可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工藝流程“提取、分離、純化、濃縮、滅菌”相關(guān)的功能，與中藥制藥分離工藝流程全面兼容，實(shí)現(xiàn)基于膜綠色制造技術(shù)的中藥制藥“低碳流程再造”（圖2）。

“中藥制藥低碳流程再造”的理念已在湖北勁牌生物醫(yī)藥公司得到實(shí)現(xiàn)。該流程以“微濾-超濾-納濾”膜一體化集成技術(shù)，突破傳統(tǒng)中藥行業(yè)“固液分離、純化、濃縮”多種設(shè)備混雜的通用生產(chǎn)流程，以微濾技術(shù)替代純化水處理的固液分離、超濾技術(shù)完成精制操作、蒸汽濃縮升級(jí)為納濾/反滲透濃縮。其主要技術(shù)參數(shù)：采用Al2O3陶瓷膜（0.05 μm）處理中藥提取液，其指標(biāo)成分轉(zhuǎn)移率大于95%，高于傳統(tǒng)醇沉工藝20%；有機(jī)膜（1～5萬）對(duì)多糖、總黃酮等成分的截留率大于95%；納濾濃縮比則高達(dá)10～15倍。并借助傳感器和過程控制（process analytical technology）技術(shù)，構(gòu)建由384個(gè)在線檢測點(diǎn)和1800多個(gè)控制點(diǎn)組成的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，對(duì)中藥物料主要物理化學(xué)參數(shù)（pH、溫度、密度等）在以數(shù)據(jù)技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息體系支撐下，使生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，再造中藥制藥流程。生產(chǎn)周期顯著縮短，能耗降低10%，資源利用率和勞動(dòng)生產(chǎn)率提高15%和30%[38]。

4.2 “低碳流程再造”的工程原理

“多尺度膜過程”契合制藥分離操作單元多尺度效應(yīng)。中藥制藥工業(yè)作為過程工業(yè)，是中國工業(yè)的重要組成部分。李靜海院士[39]指出，在化學(xué)工程向過程工程擴(kuò)展的過程中，往往涉及同時(shí)發(fā)生在很寬的時(shí)間和空間尺度上的現(xiàn)象，而分子尺度到宏觀過程尺度的多尺度關(guān)聯(lián)勢在必行。中藥制藥生產(chǎn)過程是分子尺度（如中藥的化學(xué)成分生物堿、酚類、酮類、皂苷、甾體和萜類化合物等小分子物質(zhì)和蛋白質(zhì)、多糖、淀粉、纖維素等大分子物質(zhì)，其相對(duì)分子質(zhì)量從幾十到幾百萬）的復(fù)雜藥效組分的傳遞和再分布過程，反映在宏觀過程尺度（如中藥水提液是由粒子尺度＜1×10?9m的分子、離子分散系統(tǒng)，粒子尺度1×10?9～1×10?7m的膠體分散系統(tǒng)以及粒子尺度＞1×10?7m的粗分散系統(tǒng)混合組成；醇沉顆粒粒度分布為20～100 μm，平均粒徑在80 μm左右；而有些品種如枳殼，其粒度分布為0.8～1.3 μm，平均粒徑僅1 μm左右），即是物料（如植物藥用部位提取物及其多種制藥分離工藝產(chǎn)物）在“場-流”條件下的能量交換或物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

圖2 膜科技對(duì)中藥制藥分離過程的“低碳流程再造”

基于膜“篩分”與“親和”機(jī)制的多種膜過程，如微濾、超濾、納濾等橫跨微米至納米眾多尺度，可有效覆蓋中藥制藥分離過程的“精制”“濃縮”“揮發(fā)油富集”“除病原體”等主要操作單元，由此而催生以膜集成過程替代“固液分離、純化、濃縮”多種技術(shù)原理與設(shè)備混雜的通用生產(chǎn)流程，實(shí)現(xiàn)中藥制藥分離領(lǐng)域的“低碳流程再造”；而“膜一體化”系統(tǒng)與中藥制藥分離工藝流程的全面兼容亦構(gòu)成“低碳流程再造”的工藝基礎(chǔ)。綜上所述，基于膜科技的中藥制藥分離過程工程原理及低碳流程再造是材料化學(xué)工程與中藥制藥分離工程跨學(xué)科交叉研究產(chǎn)生的顛覆性創(chuàng)新成果。

4.3 “低碳流程再造”的市場前景保障：中藥行業(yè)膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)零的突破

面向基于膜“綠色制造”技術(shù)的中藥制藥分離過程“低碳流程”大規(guī)模應(yīng)用、可復(fù)制的需求，針對(duì)過程優(yōu)化、污染防治、系統(tǒng)完整性監(jiān)測等膜技術(shù)用于中藥行業(yè)的關(guān)鍵問題，本課題組通過比較傳統(tǒng)工藝與膜工藝制備的中藥產(chǎn)品的質(zhì)量，在工藝流程規(guī)范化、生產(chǎn)設(shè)備系統(tǒng)化層面，開展中藥膜技術(shù)的有效性、安全性、穩(wěn)定性及可控性研究，努力構(gòu)筑中藥膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。經(jīng)過近幾年來的不懈努力，至今已有（1）中藥揮發(fā)油分離用壓力驅(qū)動(dòng)親水膜；（2）中藥液體物料澄清用管式陶瓷濾膜測試方法等多項(xiàng)面向中藥制藥過程的膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過全國分離膜標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的審評(píng)，其中2項(xiàng)已獲國家工信部立項(xiàng)并啟動(dòng)試行，實(shí)現(xiàn)了中藥行業(yè)膜技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)零的突破。

4.4 膜技術(shù)引入的相關(guān)成本問題

膜技術(shù)引入的相關(guān)成本涉及“技術(shù)經(jīng)濟(jì)”問題，其內(nèi)涵包括技術(shù)與經(jīng)濟(jì)2方面的指標(biāo)，既需體現(xiàn)技術(shù)的先進(jìn)性，又需體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)方面的合理性。

就技術(shù)先進(jìn)性而言，如中藥精制工序，膜技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)水醇法的先進(jìn)性顯而易見。關(guān)于經(jīng)濟(jì)方面的合理性問題，目前國際上已形成專門的“生物加工過程經(jīng)濟(jì)學(xué)”，借助該學(xué)科有關(guān)的理論與軟件資源，可以精確估算運(yùn)行成本和設(shè)備投資對(duì)于加工過程的影響及預(yù)估產(chǎn)品價(jià)格，從而利用利潤模型來進(jìn)行詳細(xì)的經(jīng)濟(jì)分析[40]。

以年產(chǎn)萬噸中藥口服液的陶瓷膜成套裝備[36]為例，采用該套陶瓷膜系統(tǒng)，產(chǎn)品生產(chǎn)周期由原來的15 d縮短為9 d，僅乙醇消耗可節(jié)約達(dá)180萬元/年。該陶瓷膜系統(tǒng)的投資預(yù)算在280萬～350萬元，包括系統(tǒng)中的膜組件、儀表閥門和控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)過程中，廢棄膜材料的費(fèi)用極少，可忽略不計(jì)。膜污染處理費(fèi)用8萬～10萬元/年，關(guān)鍵膜元件的更新費(fèi)用6萬～8萬元/年，膜設(shè)備的維修費(fèi)用0.5萬～1萬元/年。有關(guān)膜技術(shù)引入的費(fèi)用即使按照最高值計(jì)算，投資預(yù)算350萬元，膜污染處理費(fèi)用10萬元/年，關(guān)鍵膜元件的更新費(fèi)用8萬元/年，膜設(shè)備的維修費(fèi)用1萬元/年。采用該膜系統(tǒng)在不計(jì)所節(jié)省的能耗、人工等費(fèi)用的情況下，所產(chǎn)生的運(yùn)行維護(hù)成本合計(jì)為19萬/年，而乙醇消耗可節(jié)約180萬元/年，即僅運(yùn)行維護(hù)加乙醇消耗，就可以節(jié)省160萬元/年。2年零3個(gè)月即可回收膜系統(tǒng)的投資成本350萬年。此外，需要指出的是因采用膜系統(tǒng)使產(chǎn)品質(zhì)量提升而產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，以及因免除乙醇回收、水提醇沉工藝廢棄物處理而產(chǎn)生的費(fèi)用尚未統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。

根據(jù)生物加工過程經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，膜技術(shù)的先進(jìn)性必然帶來經(jīng)濟(jì)方面的合理性，膜產(chǎn)品的價(jià)格與其銷售容量密切相關(guān)，隨著膜技術(shù)的日益成熟，被接受程度的不斷提升，市場規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，膜系統(tǒng)價(jià)格也將逐步下降，從而為企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

中藥制藥技術(shù)主要來源于化學(xué)工程領(lǐng)域，其分離技術(shù)的提升與產(chǎn)業(yè)的升級(jí)主要依賴于化學(xué)工程的發(fā)展?；瘜W(xué)工程學(xué)科歷經(jīng)百年的發(fā)展，已從“單元操作”“傳遞過程與反應(yīng)工程”2個(gè)重要階段進(jìn)入到“材料化學(xué)工程”的第3階段。其主要特征[41]：①從傳統(tǒng)的化學(xué)加工過程轉(zhuǎn)向?yàn)榛瘜W(xué)產(chǎn)品工程，尤其是涉及材料和生物產(chǎn)品生產(chǎn)中的化工過程以及新裝備的研究；②從過去的整體性質(zhì)測量和關(guān)聯(lián)，轉(zhuǎn)向在分子尺度和介觀尺度上的現(xiàn)象觀察、測量和模擬；③從常規(guī)的、現(xiàn)有方法上的附加值改進(jìn)研究，轉(zhuǎn)向?qū)π赂拍詈托麦w系的探索性研究和開拓；④從忽視環(huán)境問題，轉(zhuǎn)向關(guān)注對(duì)環(huán)境友好和循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的研究；⑤從單純的科學(xué)問題研究，轉(zhuǎn)向?qū)W術(shù)界與工業(yè)界的聯(lián)合研究與開發(fā)；⑥從單一領(lǐng)域的研究，轉(zhuǎn)向多學(xué)科的綜合與集成，其典型特征是學(xué)科交叉。通過學(xué)科交叉為新產(chǎn)業(yè)提供更好的服務(wù)。

本文旨在以材料化學(xué)工程學(xué)科的新興分支膜科學(xué)技術(shù)對(duì)中藥制藥分離過程常規(guī)技術(shù)原理的顛覆性創(chuàng)新為例，在多尺度范圍，特別是在介觀尺度揭示中藥物料與先進(jìn)分離介質(zhì)的“結(jié)構(gòu)、性能與制備”的關(guān)系，并引入中藥制藥分離過程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工的工藝流程，致力解決制約我國中藥制藥工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的能源、資源和環(huán)境等工程技術(shù)難題。以中藥生產(chǎn)共性關(guān)鍵技術(shù)突破為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)中藥膜工藝技術(shù)性能優(yōu)化與升級(jí)，促進(jìn)中藥膜技術(shù)理論高性能的充分發(fā)揮，構(gòu)建中藥制藥學(xué)與材料化學(xué)工程交叉研究的學(xué)科新生長點(diǎn)，推動(dòng)我國中醫(yī)藥領(lǐng)域化學(xué)工程基礎(chǔ)研究走向國際前沿。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突

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Engineering principle of traditional Chinese medicine membrane separation technology and “l(fā)ow carbon process re-engineering”

GUO Li-wei1, WANG Yong-xiang2, 3, ZHONG Wen-wei4, LI Peng2, 3, ZENG Hao-ran1

1. Guangzhou Bio-Green Technology Co., Ltd., Guangzhou 511455, China 2. Yangtze River Pharmaceutical (Group) Co., Ltd., Taizhou 225321, China 3. Nanjing Hailing Traditional Chinese Medicine Pharmaceutical Technology Research Co., Ltd., Nanjing 218085, China 4. School of Chinese Medicinal Resource, Guangdong Pharmaceutical University, Guangzhou 510006, China

The innovation of membrane separation technology to traditional Chinese medicine (TCM) pharmaceutical technology comes from multi-disciplinary research. TCM membrane separation technology is the product of the interdisciplinary combination of advanced separation science and technology of material chemical engineering and TCM pharmaceutical science, and its technical principle is the innovation of the technical principle of the main operating units of TCM pharmaceutical separation. The essential characteristics, technical principles of the main operation units and the innovative effect of membrane science and technology on the engineering principles of TCM pharmaceutical separation process were discussed one by one. The engineering principle and technological basis of “l(fā)ow carbon process re-engineering” based on membrane “green manufacturing” technology realize the full compatibility of the multi-scale effect of membrane science and technology, “membrane integration” system and the separation process of traditional Chinese medicine. The breakthrough of membrane technology standard zero in the Chinese medicine industry provides a solid foundation for the scale application and replicability of the “l(fā)ow-carbon process re-engineering”, and shows a huge market application prospect.

membrane separation technology; pharmaceutical separation process of traditional Chinese medicine; green manufacturing; low-carbon re-engineering; cross-disciplinary

R283

A

0253 - 2670(2023)13 - 4385 - 10

10.7501/j.issn.0253-2670.2023.13.032

2023-02-08

通信作者：郭立瑋（1948—），男，教授，研究方向?yàn)橹兴帉W(xué)。E-mail: guoliwei815@126.com

王永香（1980—），女，正高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橹兴帉W(xué)。E-mail: wangyongxiangjslyg@163.com

[責(zé)任編輯 潘明佳]