膜分离技术在生物化工领域的应用

膜分离技术在生物化工领域的应用第 37卷有机体系分离等三方面。相比于传统的分离技术，膜分离技术具有如下优点： (1)膜分离过程一般不涉及相变 (渗透气化除外)，能耗较低； (2)可在常温或低温下进行，特别适用于热敏性物质如酶、蛋白、酵母、生化制剂等的分离与浓缩； (3)选择性高，可以实现目标产品的精确分离、分级及富集； (4)适用对象广泛，可以实现肉眼看得见的颗粒物分离，也可以实现溶解性离子和气体的分离； (5)设备简单、易操作、自控程度高、检修方便； (6)无二次污染； (7)设备可...

第 37卷有机体系分离等三方面。相比于传统的分离技术，膜分离技术具有如下优点： (1)膜分离过程一般不涉及相变 (渗透气化除外)，能耗较低； (2)可在常温或低温下进行，特别适用于热敏性物质如酶、蛋白、酵母、生化制剂等的分离与浓缩； (3)选择性高，可以实现目标产品的精确分离、分级及富集； (4)适用对象广泛，可以实现肉眼看得见的颗粒物分离，也可以实现溶解性离子和气体的分离； (5)设备简单、易操作、自控程度高、检修方便； (6)无二次污染； (7)设备可以实现模块化，容易放大，操作灵活； (8)可以连续操作，设备利用率高； (9)可以和生化反应过程相耦合，降低产物抑制，提高反应速率，缩短反应时问，提高产能； (10)可以在密闭系统中循环进行，可以防止外界的污染，分离过程中不用添加任何外来的化学物质，透过液可以循环使用，降低运行成本，同时减少环境污染。由于膜分离技术具有上述优点，其在现代生物化工分离过程中越来越重要，应用也越来越广泛。但是，作为一种新兴的分离技术，膜技术也存在诸多问题，如膜材料品种少、价格贵、应用案例少、膜污染严重等，有待更深入的研究。 2 膜分离技术在生物化工方面的应用现状由于膜分离技术的诸多优点，尤其是可以防止热敏性物质失活、回收率高，其在生物化工领域的应用越来越广泛，诸如蛋白质的浓缩和精制、低分子量物质的分离与浓缩、酶的纯化和浓缩、热原去除等。蛋白质是一类以复杂的混合物形式存在的生物大分子，传统的蛋白质分离方法主要有萃取法、沉淀法等，这些工艺往往操作繁杂、耗时长、蛋白质易变质，且产品的回收率低、二次污染严重。膜分离技术则可以很好地克服传统蛋白质分离技术的缺点，有效改善产品质量，还可以大大提高蛋白质的回收率，实现蛋白质的分离和纯化。美国农业部利用膜技术分离精制了霍霍巴榨油后残渣中的蛋白质、纤维素等成分，分离后各组分分别作为动物饲料及调节剂，获得了很好的经济效益161。Muller等采用ZrO2／A1 0 无机超滤膜从酸性酪蛋白乳清中分离仅一乳清蛋白，显著提高了一乳清蛋白的纯度和产量。膜分离技术在低分子量生物产品如氨基酸、多肽、抗生素、乳酸及低聚糖等的分离纯化中也已有些较成功的应用案例。上述物质大多采用生物发酵工艺得到，相对分子质量低于 2 000。膜分离技术用于这类物质的分离和精制，一般先用微滤或超滤预处理，去除发酵液中的菌体、残渣、胶体等杂物，透过液进一步采用纳滤或反渗透浓缩，最后通过等电点结晶、真空蒸发等获得高纯度产品，既提高产品的质量和得率，又降低了操作难度和运行成本。武汉华清膜分离技术工程有限公司采用微滤一超滤工艺对大豆多肽酶解液的分离浓缩进行了系统研究，利用微滤去除大分子杂质及少量悬浮物，透过液进一步采用超滤膜浓缩，实验结果得出大豆多肽的回收率在 60％左右，浓缩倍数达4倍以上嘲。膜分离技术也常用来分离和纯化粗酶液，通常首先用微滤膜去除容易引起超滤／纳滤膜污染的颗粒物、胶体等，然后用超滤／纳滤膜将透过液进一步浓缩·，从而浓缩和纯化酶，由于是全物理过程，酶活性不受影响，同时酶纯度高、回收率高、溶剂消耗少、操作简单。超滤或者反渗透技术还常被用于生物医药制剂中除菌或者去热原。近年来，将膜分离过程和生化反应过程耦合成膜反应器，也成为生物工程研究中的热点领域 [91，膜耦合技术既解决了产物抑制问题，提高反应速率，又能回收利用酶等有用物质，降低运行成本 3 膜分离技术应用中存在的问题及对策膜分离技术虽然有诸多优点，但是作为一种新兴的技术，在应用过程中仍然存在一些问题： (1)膜材料种类偏少、膜孑L径分布宽、性能不稳定。生物化工产品复杂多样、种类繁多，分离效果因产品不同差异很大，而且不同膜材料对产品的吸附量差异也很大，膜选择不合适，会造成产品回收率低。因此，多样化的膜材料及膜组件的开发非常必要，可以较好地避免上述问题。 (2)料液中固含量高，操作过程中，膜面易产生浓差极化现象，显著降低膜通量。针对浓差极化现象，可以采用错流模式运行，提高膜面流速，减轻或消除膜面浓差极化现象，改善膜过滤性能。

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