生物化工及膜分离技术研究

李元媛

（长江职业学院，湖北武汉 430074）

生物化工领域对技术的要求很高，科学技术和高新产业的不断发展，带动了生物化工领域的不断发展，膜分离技术应用在生物化工领域的范围和深度也在逐渐拓宽和加深。在生物化工领域如何更好地应用膜分离技术来提高生物产品的纯度和质量是值得重视的问题。基于此，本文从生物化工技术的发展及意义出发，具体分析了生物化工分离过程的重要性及一般步骤，然后对膜分离技术中的渗析式膜分离、过滤式膜分离和液膜分离具体应用进行细致分析，结合液膜分离技术在生物化工应用过程中存在的问题，对膜分离技术在生物化工中的应用进展进行分析。

1 生物化工分离过程的重要性及一般步骤

1.1 生物化工分离过程的重要性

生物化工分离过程在生物化学工程中具有重要意义。所谓生物化工分离，指的是从发酵液或者相关的酶反应液中分离出相应的生物产品，是有效地将技术转变化生产力是十分重要的环节。一般来说，生物产品指的是借助相应的生物化工技术，从一些杂质较高的发酵液中分离出一定的生物产品，以此来获得更高纯度的生物产品。在分离生物产品的过程中，必须借助相应的生物化工技术才能够得到符合质量和要求的生物产品。由此可见，生物化工技术是生物化工工业化的重要方式。部分产物原料的分离过程往往存在一定难度，这是由相应原料液的含量较低导致的，其分离技术的要求与实际的生物产品质量间的差距过大不利于分离出高质量的生物产品[4]，所以为了更好地提高生物产业的经济效益，需要注重开发出新的分离工艺和技术。

1.2 生物化工分离过程的一般步骤

第一，对发酵液或酶反应液进行预处理，然后对其原料液进行分离，在产物原料液的过滤过程中，需要做好过滤和离心操作。同时为了减少相关过滤介质的阻力，需要有针对性的采用膜分离技术进行操作，以达到改善产物含量的效果。

第二，进一步分离。这一步骤是为了提高生物产品的含量，所采用的分离方法往往包括吸附、萃取等方式，借助相应的活性产品来吸收一定的杂质，以此来提高生物产品的纯度。比如在进行ATP产品合成中，可以借助颗粒活性炭来作为吸附剂，提高生物产品的纯度。

第三，高度分离。这一步骤中使用分离技术对生物产品的要求较高，同时需要做好相应的技术应用，一般来说，可以采用一定的层析和电泳等方式，以此来达到提高生物产品纯度的效果[6]。

第四。精制。精制这一分离技术往往是先进行结晶析出，然后进行干燥。比如在ATP合成时，可以借助离子来交换树脂，并进行浓缩，然后采用五氧化二磷干燥器进行减压干燥，最终会得到一定的ATP成品。

2 膜分离技术的应用特点

2.1 在常温下进行

膜分离技术在实际的分离过程中，造成的有效成分损失较少，所以特别适用于热敏性物质，在抗生素等医药、果汁、酶、蛋白的分离与浓缩中具有较好的分离应用效果。

2.2 无相态变化

应用膜分离技术能够保持原有的生物产品特性，所产生的能耗较低，而且整个费用仅占蒸发浓缩或冷冻浓缩的1/3～1/8，能够有效降低成本。

2.3 无化学变化

膜分离技术是典型的物理分离过程，整个分离过程不需要使用到化学试剂和添加剂，不会造成生物产品的污染。

2.4 选择性好

在生物产品分离过程中，能够在分子级进行物质分离，所以能够有效提高分离的质量和效果，具有优秀的性能。

2.5 适应性强

膜分离技术的处理范围广泛，一般来说，可以进行连续的分离操作，也能够间隙进行，分离工艺简单，操作较为方便，能够有效实现自动化操作。

3 膜分离技术的具体应用

3.1 渗析式膜分离

渗析式膜分离技术是在操作过程中，对被处理溶液进行预先处理，将被处理溶液放在固体膜一侧，然后将接纳渗析组分的溶剂或者是溶液置于膜的另一侧，并将一些料液中的溶质或者是离子借助浓度和电位差推动穿透膜进入到相应的接受液中，以此来达到分离的目的。

3.2 过滤式膜分离

过滤式膜分离技术是指将被处理液放在分离器的一侧，然后借助其分离器自身的压力和另外形成的额外压力来推动处理液，更好地帮助处理液进行膜分离，这一过程最终形成一定的渗滤液，在此过程中，部分处理液没有经过膜分离，所形成的是滤余液。然后借助一定形式的混合气体，渗滤液和滤余液能够形成一定的渗滤气和相应的滤余气。这种由于混合物质间的差异产生的部分分子差异会在膜分离技术的应用方面存在差异，也会导致部分滤液经过液膜时出现不同的效果和组分。现阶段所应用的过滤式膜分离技术主要是基于渗滤和气体渗透和微滤及超滤等，对于后续的膜分离技术应用范围的拓宽有一定示范作用。

3.3 液膜分离

结合实际的膜分离技术的应用，液膜分离对于实际的料液会产生很大影响，在液膜分离过程中，主要包含料液和接受液以及液膜等部分，其中这三种液相在膜分离技术的应用过程中相互独立不受影响[8]。液膜分离主要是应用萃取和反萃取的方式来实现的。在具体的操作过程中，由于操作方式的差异，可以将其分为支撑液膜技术和乳化液膜技术，两种技术都能够很好地应用在液膜分离中。

4 液膜分离技术在生物化工应用中存在的问题

膜分离技术具有多种优势，能够有效提高生物产品的纯度，提高分离质量，但在膜分离技术的实际应用过程中，仍然存在很多问题，从而影响生物产品的分离质量。在膜分离技术的应用过程中，膜面很容易受到相关污染，在膜面形成一定的附着层，附着层的产生会降低膜面的透水率[9]，影响膜面使用性能的发挥，也容易出现相应的浓度差异。为了有效降低浓度差的影响，往往是采用错流流程对膜面进行优化，整个错流流程是将其过滤液主体水平流过膜面，这种滤液处理方式较为复杂，往往需要一定的技术水平。

在膜分离技术应用过程中，往往容易出现膜污染问题，而且随着运行时间的增加，膜面的透水率在逐渐下降，所以就需要及时清洗膜内和膜面的污染物，以此来提高透水率。针对膜面和膜内的清洗，可以采用化学清洗剂和高速水流，以此来达到提高清洗效果。膜分离原理较为简单，在实际的生物化工领域的应用范围较广，不同的生物化工产品在实际的性能和性质以及相应的种类方面存在众多差异，不同的膜分离技术会对生物产品产生不同的影响[10]。比如，一些膜面很容易受到膜孔堵塞，影响实际的生物产品的分离质量，为了提高生物产品的分离质量，就需要借助更加科学合理的膜分离技术来对分离技术进行优化和改进，以此来提高膜分离技术的应用质量。

5 结语

科学技术和高新产业的不断发展，带动了生物化工领域的不断发展。生物化工领域对高新技术的要求不断增加。在生物化工领域应用科学合理的膜分离技术可以有效提高生物产品纯度和质量。结合生物化工技术的发展及意义，应该明确生物化工分离过程的重要性，同时要深刻理解膜分离技术中对发酵液或酶反应液进行预处理和进一步分离以及高度分离、精制等步骤，并做好对膜分离技术中的渗析式膜分离、过滤式膜分离和液膜分离具体应用，针对液膜分离技术在生物化工的实际应用过程中出现的膜污染和膜面很容易受到膜孔堵塞等问题，应该做好清洗和疏通，从而更好地将膜分离技术应用于生物化工领域。