论文部分内容阅读
【摘 要】 本文主要论述了膜分离技术在氨基酸、抗生素及酶纯化分离中的运用、目前膜分离技术存在的问题及解决方法。
【关键词】 膜分离技术 微生物制药 应用
【中图分类号】 R945 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-5160（2014）10-0376-01
1 引言
膜分离技术综合了分离技术、浓缩技术、提纯技术和净化技术，具有良好的节能效果，膜分离过程操作十分简单，也不会对产品结构产生破坏租用，在常温条件里能够连续操作。不同种膜分离机制的使用对象及要求也有所不同，因为膜分离技术十分适合分离热敏性的物质。所以，其在医药领域、食品加工领域都得到了广泛应用。用于纯化的膜分离技术与微生物药物分离技术设计超滤、微滤、纳滤、反渗透及液膜分离。
2 膜分离技术在氨基酸、抗生素及酶纯化分离中的运用
2.1 膜分离技术的特征
以往传统的抗生素提炼过程可以分为几步：发酵—离心或过滤或吸附树脂—萃取—浓缩—去色—加热—产品。运用膜分离技术可以简化成：发酵液—超滤—反渗透—去色—干燥—成品。和以往传统技术工艺相比，膜分离技术具有显著优点，它能够简化提炼工艺，减少一次性的投资金额、操作过程中的维护工作较简单、使用成本较低，有效节约资源，分离效率高，有效提升产品质量与收益，分离过程中，不会破坏产品结构，也不需要添加大量的溶剂，所以，分离产生的废水也容易处理。
2.2 膜分离技术的分离原理
按照截留组分不同，膜分离过程可以分成超滤、微滤、纳滤、渗析、电渗析、渗透蒸发、反渗透及气体分离。超滤主要用来处理发酵液。微滤膜是运用筛分原理来进行分离，分离的粒子主要有发酵液里的细胞、菌体及不溶物。微溶常用在分离液固体、收集细胞方面，在进行超滤前，常常会进行微溶。反渗透分离原理运用了溶解扩散的学说，多数用来浓缩小分子有机物，反渗透分离过程中只有溶剂分子可以通过，氨基酸、盐等小分子都会被截留。液膜萃取是把膜展开为膜相，再分别隔开其他两个液相，运用液膜选择透过性分离物质。液膜萃取也可以理解为反萃取和萃取技术的结合。液膜法有很多优点，浓缩与分离可以一起进行，操作十分简单。但膜流动的载体也存有单一性、原料复杂、稳定性、堵塞和膜溶胀都存有一些问题。液膜质地较均匀，液膜中存有一种乳状液膜，该液膜的传质速度特别快、具有良好选择性，能用气表面活性稳定薄膜，在分离和提取生物活性物质方面得到了广泛应用。纳滤膜的孔径多数在2nm左右，运用纳滤膜处理发酵液中截留组分能够小至合成要、双糖、抗生素及燃料等，并可以有无机盐、水等小分子的物质经过，纳滤膜截留性在反渗透与超滤之间，它能够对产品起到浓缩作用。但是因为操作压力较低，它对一价离子与二价离子的选择性会有所不同，对小分子有机物具有很高截留性。与此同时，膜表面带负电，可以抵抗水垢的污染，所以，纳滤膜技术会发展的很快。
3 目前膜分离技术存在的问题及解决方法
3.1 膜分离技术存有的问题
现阶段，我国的膜分离技术存有膜污染、浓差极化的问题。膜污染指處理物理的胶体粒子、微粒或溶质分子和膜互相作用，发生化学物理反应，或是由于浓度极化严重导致膜表面浓度的溶质会远远超过其机械作用或溶解度而引发的膜孔及膜表面内吸附、沉积导致孔径堵塞或者变小，最终使膜产生分离特性和透过流量的不可逆现象。浓差极化指分离目的物过程中，物料液受压力作用透过膜，截住溶质，在膜界面区域或本体溶液面和膜的浓度会逐渐提高，导致渗透压不断增大，进而在膜外表面形成凝胶层或发生沉积，透过阻力增加，大大改变了膜分离特性，最后引起膜发生恶化膜性能或溶胀性能，致使结晶洗出，流道阻塞。
3.2 膜分离技术存有问题的解决方法
近年来，人们研究出了无机材料膜，它是新型制模原材料，例如：玻璃、陶瓷及金属。我国对新制膜材料的研究还处在实验研究阶段，无机材料膜最大的优点是可以耐得住高温，具有良好的溶剂性，不容易发生老化，耐细菌、可再生能力强。在氧化铝复合膜在外面形成硅烷层，能够改进膜截留性能。经过长时间的发展，无机陶瓷膜已经被人们广泛用于各个领域，并成为膜领域里最有发展前景的品种之一。另外，制备膜过程中，还可以改变膜的电荷与表面极性，进而减轻污染，同时，也可以用吸附力强的溶质吸附膜，例如：运用乙醇溶液对聚砜膜进行预处理，运用阳离子表面活性剂处理醋酸纤维膜。改变膜表面特性也可以利用辐射嫁接法，可以用射线辐射把甲基丙烯酸嫁接到聚丙烯超滤膜的外表面，运用性能得到改善的聚丙烯膜超滤处理牛血清蛋白溶液，当溶液通量有所增加，膜抗污染能力就会提高，随之膜外表面亲水性就越好。膜在长期运行以后，不可避免的出现膜污染问题，所以，一定要利用有效的清洗方式对膜进行清洗，去除膜孔或膜面的污染物，恢复膜的原有透水量，进而实现延长膜使用寿命的目标。膜清洗过程中用到了化学法、物理法或化学法与物理法的有效结合。进行物理清洗过程中主要凭借高流速的液体带来的机械力冲洗膜面污染物或者机械反洗海棉球，其最大的特征就是操作简单，不会引入很多新的污染物。常见的化学清洗剂有酶、碱、酸、过氧化氢、螯合剂、磷酸盐、表面活性剂及次氯酸盐。
4 结束语
以往传统分离技术和膜分离技术的充分结合，出现了部分全新膜分离过程：膜萃取、膜反应、膜蒸馏。这些膜过程不仅吸取了传统分离与膜分离法的优点还有效避免了两种分离方法的原有缺点，膜分离技术是膜技术未来发展的主要方向。目前，膜技术主要重视高分辨的运用，具体包含蛋白质切线流的分离，病毒-蛋白质的分离与膜色谱。膜技术研究工作的注意力应该放在保持膜分离高通量上，进而让分离有良好的选择性，因此，我们需要留意膜材料的选择和膜技术的设计过程。
参考文献
[1] 张畅斌.膜分离技术文献计量学研究[J]. 江苏科技信息. 2014（19）
[2] 胡书红，李孟璐，李秀娟，崔跃男，陈伊克.膜分离技术及应用[J]. 山东化工. 2014（08）
【关键词】 膜分离技术 微生物制药 应用
【中图分类号】 R945 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-5160（2014）10-0376-01
1 引言
膜分离技术综合了分离技术、浓缩技术、提纯技术和净化技术，具有良好的节能效果，膜分离过程操作十分简单，也不会对产品结构产生破坏租用，在常温条件里能够连续操作。不同种膜分离机制的使用对象及要求也有所不同，因为膜分离技术十分适合分离热敏性的物质。所以，其在医药领域、食品加工领域都得到了广泛应用。用于纯化的膜分离技术与微生物药物分离技术设计超滤、微滤、纳滤、反渗透及液膜分离。
2 膜分离技术在氨基酸、抗生素及酶纯化分离中的运用
2.1 膜分离技术的特征
以往传统的抗生素提炼过程可以分为几步：发酵—离心或过滤或吸附树脂—萃取—浓缩—去色—加热—产品。运用膜分离技术可以简化成：发酵液—超滤—反渗透—去色—干燥—成品。和以往传统技术工艺相比，膜分离技术具有显著优点，它能够简化提炼工艺，减少一次性的投资金额、操作过程中的维护工作较简单、使用成本较低，有效节约资源，分离效率高，有效提升产品质量与收益，分离过程中，不会破坏产品结构，也不需要添加大量的溶剂，所以，分离产生的废水也容易处理。
2.2 膜分离技术的分离原理
按照截留组分不同，膜分离过程可以分成超滤、微滤、纳滤、渗析、电渗析、渗透蒸发、反渗透及气体分离。超滤主要用来处理发酵液。微滤膜是运用筛分原理来进行分离，分离的粒子主要有发酵液里的细胞、菌体及不溶物。微溶常用在分离液固体、收集细胞方面，在进行超滤前，常常会进行微溶。反渗透分离原理运用了溶解扩散的学说，多数用来浓缩小分子有机物，反渗透分离过程中只有溶剂分子可以通过，氨基酸、盐等小分子都会被截留。液膜萃取是把膜展开为膜相，再分别隔开其他两个液相，运用液膜选择透过性分离物质。液膜萃取也可以理解为反萃取和萃取技术的结合。液膜法有很多优点，浓缩与分离可以一起进行，操作十分简单。但膜流动的载体也存有单一性、原料复杂、稳定性、堵塞和膜溶胀都存有一些问题。液膜质地较均匀，液膜中存有一种乳状液膜，该液膜的传质速度特别快、具有良好选择性，能用气表面活性稳定薄膜，在分离和提取生物活性物质方面得到了广泛应用。纳滤膜的孔径多数在2nm左右，运用纳滤膜处理发酵液中截留组分能够小至合成要、双糖、抗生素及燃料等，并可以有无机盐、水等小分子的物质经过，纳滤膜截留性在反渗透与超滤之间，它能够对产品起到浓缩作用。但是因为操作压力较低，它对一价离子与二价离子的选择性会有所不同，对小分子有机物具有很高截留性。与此同时，膜表面带负电，可以抵抗水垢的污染，所以，纳滤膜技术会发展的很快。
3 目前膜分离技术存在的问题及解决方法
3.1 膜分离技术存有的问题
现阶段，我国的膜分离技术存有膜污染、浓差极化的问题。膜污染指處理物理的胶体粒子、微粒或溶质分子和膜互相作用，发生化学物理反应，或是由于浓度极化严重导致膜表面浓度的溶质会远远超过其机械作用或溶解度而引发的膜孔及膜表面内吸附、沉积导致孔径堵塞或者变小，最终使膜产生分离特性和透过流量的不可逆现象。浓差极化指分离目的物过程中，物料液受压力作用透过膜，截住溶质，在膜界面区域或本体溶液面和膜的浓度会逐渐提高，导致渗透压不断增大，进而在膜外表面形成凝胶层或发生沉积，透过阻力增加，大大改变了膜分离特性，最后引起膜发生恶化膜性能或溶胀性能，致使结晶洗出，流道阻塞。
3.2 膜分离技术存有问题的解决方法
近年来，人们研究出了无机材料膜，它是新型制模原材料，例如：玻璃、陶瓷及金属。我国对新制膜材料的研究还处在实验研究阶段，无机材料膜最大的优点是可以耐得住高温，具有良好的溶剂性，不容易发生老化，耐细菌、可再生能力强。在氧化铝复合膜在外面形成硅烷层，能够改进膜截留性能。经过长时间的发展，无机陶瓷膜已经被人们广泛用于各个领域，并成为膜领域里最有发展前景的品种之一。另外，制备膜过程中，还可以改变膜的电荷与表面极性，进而减轻污染，同时，也可以用吸附力强的溶质吸附膜，例如：运用乙醇溶液对聚砜膜进行预处理，运用阳离子表面活性剂处理醋酸纤维膜。改变膜表面特性也可以利用辐射嫁接法，可以用射线辐射把甲基丙烯酸嫁接到聚丙烯超滤膜的外表面，运用性能得到改善的聚丙烯膜超滤处理牛血清蛋白溶液，当溶液通量有所增加，膜抗污染能力就会提高，随之膜外表面亲水性就越好。膜在长期运行以后，不可避免的出现膜污染问题，所以，一定要利用有效的清洗方式对膜进行清洗，去除膜孔或膜面的污染物，恢复膜的原有透水量，进而实现延长膜使用寿命的目标。膜清洗过程中用到了化学法、物理法或化学法与物理法的有效结合。进行物理清洗过程中主要凭借高流速的液体带来的机械力冲洗膜面污染物或者机械反洗海棉球，其最大的特征就是操作简单，不会引入很多新的污染物。常见的化学清洗剂有酶、碱、酸、过氧化氢、螯合剂、磷酸盐、表面活性剂及次氯酸盐。
4 结束语
以往传统分离技术和膜分离技术的充分结合，出现了部分全新膜分离过程：膜萃取、膜反应、膜蒸馏。这些膜过程不仅吸取了传统分离与膜分离法的优点还有效避免了两种分离方法的原有缺点，膜分离技术是膜技术未来发展的主要方向。目前，膜技术主要重视高分辨的运用，具体包含蛋白质切线流的分离，病毒-蛋白质的分离与膜色谱。膜技术研究工作的注意力应该放在保持膜分离高通量上，进而让分离有良好的选择性，因此，我们需要留意膜材料的选择和膜技术的设计过程。
参考文献
[1] 张畅斌.膜分离技术文献计量学研究[J]. 江苏科技信息. 2014（19）
[2] 胡书红，李孟璐，李秀娟，崔跃男，陈伊克.膜分离技术及应用[J]. 山东化工. 2014（08）