生物化工及膜分離技術研究

李元媛

（長江職業學院，湖北武漢 430074）

生物化工領域對技術的要求很高，科學技術和高新產業的不斷發展，帶動了生物化工領域的不斷發展，膜分離技術應用在生物化工領域的范圍和深度也在逐漸拓寬和加深。在生物化工領域如何更好地應用膜分離技術來提高生物產品的純度和質量是值得重視的問題。基于此，本文從生物化工技術的發展及意義出發，具體分析了生物化工分離過程的重要性及一般步驟，然后對膜分離技術中的滲析式膜分離、過濾式膜分離和液膜分離具體應用進行細致分析，結合液膜分離技術在生物化工應用過程中存在的問題，對膜分離技術在生物化工中的應用進展進行分析。

1 生物化工分離過程的重要性及一般步驟

1.1 生物化工分離過程的重要性

生物化工分離過程在生物化學工程中具有重要意義。所謂生物化工分離，指的是從發酵液或者相關的酶反應液中分離出相應的生物產品，是有效地將技術轉變化生產力是十分重要的環節。一般來說，生物產品指的是借助相應的生物化工技術，從一些雜質較高的發酵液中分離出一定的生物產品，以此來獲得更高純度的生物產品。在分離生物產品的過程中，必須借助相應的生物化工技術才能夠得到符合質量和要求的生物產品。由此可見，生物化工技術是生物化工工業化的重要方式。部分產物原料的分離過程往往存在一定難度，這是由相應原料液的含量較低導致的，其分離技術的要求與實際的生物產品質量間的差距過大不利于分離出高質量的生物產品[4]，所以為了更好地提高生物產業的經濟效益，需要注重開發出新的分離工藝和技術。

1.2 生物化工分離過程的一般步驟

第一，對發酵液或酶反應液進行預處理，然后對其原料液進行分離，在產物原料液的過濾過程中，需要做好過濾和離心操作。同時為了減少相關過濾介質的阻力，需要有針對性的采用膜分離技術進行操作，以達到改善產物含量的效果。

第二，進一步分離。這一步驟是為了提高生物產品的含量，所采用的分離方法往往包括吸附、萃取等方式，借助相應的活性產品來吸收一定的雜質，以此來提高生物產品的純度。比如在進行ATP產品合成中，可以借助顆粒活性炭來作為吸附劑，提高生物產品的純度。

第三，高度分離。這一步驟中使用分離技術對生物產品的要求較高，同時需要做好相應的技術應用，一般來說，可以采用一定的層析和電泳等方式，以此來達到提高生物產品純度的效果[6]。

第四。精制。精制這一分離技術往往是先進行結晶析出，然后進行干燥。比如在ATP合成時，可以借助離子來交換樹脂，并進行濃縮，然后采用五氧化二磷干燥器進行減壓干燥，最終會得到一定的ATP成品。

2 膜分離技術的應用特點

2.1 在常溫下進行

膜分離技術在實際的分離過程中，造成的有效成分損失較少，所以特別適用于熱敏性物質，在抗生素等醫藥、果汁、酶、蛋白的分離與濃縮中具有較好的分離應用效果。

2.2 無相態變化

應用膜分離技術能夠保持原有的生物產品特性，所產生的能耗較低，而且整個費用僅占蒸發濃縮或冷凍濃縮的1/3～1/8，能夠有效降低成本。

2.3 無化學變化

膜分離技術是典型的物理分離過程，整個分離過程不需要使用到化學試劑和添加劑，不會造成生物產品的污染。

2.4 選擇性好

在生物產品分離過程中，能夠在分子級進行物質分離，所以能夠有效提高分離的質量和效果，具有優秀的性能。

2.5 適應性強

膜分離技術的處理范圍廣泛，一般來說，可以進行連續的分離操作，也能夠間隙進行，分離工藝簡單，操作較為方便，能夠有效實現自動化操作。

3 膜分離技術的具體應用

3.1 滲析式膜分離

滲析式膜分離技術是在操作過程中，對被處理溶液進行預先處理，將被處理溶液放在固體膜一側，然后將接納滲析組分的溶劑或者是溶液置于膜的另一側，并將一些料液中的溶質或者是離子借助濃度和電位差推動穿透膜進入到相應的接受液中，以此來達到分離的目的。

3.2 過濾式膜分離

過濾式膜分離技術是指將被處理液放在分離器的一側，然后借助其分離器自身的壓力和另外形成的額外壓力來推動處理液，更好地幫助處理液進行膜分離，這一過程最終形成一定的滲濾液，在此過程中，部分處理液沒有經過膜分離，所形成的是濾余液。然后借助一定形式的混合氣體，滲濾液和濾余液能夠形成一定的滲濾氣和相應的濾余氣。這種由于混合物質間的差異產生的部分分子差異會在膜分離技術的應用方面存在差異，也會導致部分濾液經過液膜時出現不同的效果和組分。現階段所應用的過濾式膜分離技術主要是基于滲濾和氣體滲透和微濾及超濾等，對于后續的膜分離技術應用范圍的拓寬有一定示范作用。

3.3 液膜分離

結合實際的膜分離技術的應用，液膜分離對于實際的料液會產生很大影響，在液膜分離過程中，主要包含料液和接受液以及液膜等部分，其中這三種液相在膜分離技術的應用過程中相互獨立不受影響[8]。液膜分離主要是應用萃取和反萃取的方式來實現的。在具體的操作過程中，由于操作方式的差異，可以將其分為支撐液膜技術和乳化液膜技術，兩種技術都能夠很好地應用在液膜分離中。

4 液膜分離技術在生物化工應用中存在的問題

膜分離技術具有多種優勢，能夠有效提高生物產品的純度，提高分離質量，但在膜分離技術的實際應用過程中，仍然存在很多問題，從而影響生物產品的分離質量。在膜分離技術的應用過程中，膜面很容易受到相關污染，在膜面形成一定的附著層，附著層的產生會降低膜面的透水率[9]，影響膜面使用性能的發揮，也容易出現相應的濃度差異。為了有效降低濃度差的影響，往往是采用錯流流程對膜面進行優化，整個錯流流程是將其過濾液主體水平流過膜面，這種濾液處理方式較為復雜，往往需要一定的技術水平。

在膜分離技術應用過程中，往往容易出現膜污染問題，而且隨著運行時間的增加，膜面的透水率在逐漸下降，所以就需要及時清洗膜內和膜面的污染物，以此來提高透水率。針對膜面和膜內的清洗，可以采用化學清洗劑和高速水流，以此來達到提高清洗效果。膜分離原理較為簡單，在實際的生物化工領域的應用范圍較廣，不同的生物化工產品在實際的性能和性質以及相應的種類方面存在眾多差異，不同的膜分離技術會對生物產品產生不同的影響[10]。比如，一些膜面很容易受到膜孔堵塞，影響實際的生物產品的分離質量，為了提高生物產品的分離質量，就需要借助更加科學合理的膜分離技術來對分離技術進行優化和改進，以此來提高膜分離技術的應用質量。

5 結語

科學技術和高新產業的不斷發展，帶動了生物化工領域的不斷發展。生物化工領域對高新技術的要求不斷增加。在生物化工領域應用科學合理的膜分離技術可以有效提高生物產品純度和質量。結合生物化工技術的發展及意義，應該明確生物化工分離過程的重要性，同時要深刻理解膜分離技術中對發酵液或酶反應液進行預處理和進一步分離以及高度分離、精制等步驟，并做好對膜分離技術中的滲析式膜分離、過濾式膜分離和液膜分離具體應用，針對液膜分離技術在生物化工的實際應用過程中出現的膜污染和膜面很容易受到膜孔堵塞等問題，應該做好清洗和疏通，從而更好地將膜分離技術應用于生物化工領域。