解析膜分离技术在生物化工方面的应用现状

解析膜分离技术在生物化工方面的应用现状

贾颖640221199011171220

摘要：膜分离技术被誉为21世纪最有前途的高科技技术之一，该技术已在许多领域得到广泛应用。介绍了膜分离技术的主要类型和优势，并综述了其在生化工业中的应用现状，应用方法表明，膜分离技术能够实际解决加工条件高、工艺复杂、周期长、能耗高等问题，有利于产品分离过程中的二次污染，显著提高生化产品的收率和质量。同时，针对膜分离技术在生化行业应用中存在的问题，也提出了一些优化方案。

关键词：生物化工；膜分离技术；优势

引言

生物技术与化学工程结合形成的生物化工技术已成为21世纪高新技术的重要核心。分离技术处于生物化工产品制备流程末端，直接影响产品生产的速率及产品的纯度、性状等，在整个生产过程中占有极为重要的地位。与常规化工产品的分离相比，生物化工产品的分离具有一定的特殊性，往往对纯度、生物活性要求更高，生物分离过程要求在低温、洁净的条件下进行川，并保证整个过程不改变生物的活性，加之相关的分离技术过程较为复杂、周期较长，难免存在能源消耗大、易造成二次污染的情况，对周边生态环境造成损害，甚至导致生物活性降低、失活。膜分离技术与传统分离技术相比具有明显的优势，其设备及操作相对简单，分离效率更高、周期更短，并能很好地保持生物活性，因此膜分离技术可有效替代传统分离技术，并且具备以其独有的技术优势抢占市场份额的能力。但是，在膜分离技术推广的过程中，由于其自身的一些不足，在生产实践中还没有得到广泛应用。以下就膜分离技术在生物化工中应用存在的问题进行简要分析，并提出改进建议，以期为膜分离技术在生物化工中的应用和发展提供参考。

1膜分离技术的主要类型

膜分离技术主要是将选择性透过膜作为分离介质，在膜的两侧分别施以某种推力，如压力差、浓度差、化学位差等，通过这样的方式迫使选择性透过膜一侧的化学原料通过膜，从而实现化学原料的分离、提纯。根据膜分离的过程以及分离对象的不同，可以将其分为微滤、超滤、反渗透等多种类型。

2膜分离技术在生物化工方面的应用现状

2.1膜分离技术在大分子产品分离方面的应用

国内外采用膜分离技术分离大分子物质已较为普遍，涉及食品加工、医疗以及生化分析等多种行业。我国早在20世纪80年代初期就开始采用各种膜分离技术，对糖化酶、淀粉酶等大分子酶物质进行了分离浓缩，在产品回收率、提纯率上有了较大的提升。   

蛋白质属于大分子物质，其分子结构较为复杂，在传统生产制造中，企业一般采用萃取、沉淀等方法进行分离。然而，实践证明，这些分离技术往往需要耗费大量的时间，且操作过程十分繁琐，非常容易导致蛋白质在分离过程中被污染和破坏；此外，最终的产品分离效率也十分低下，还会伴随不可避免的二次污染问题。膜分离技术则以其优势弥补了传统分离技术存在的缺陷，可有效分离包含蛋白质在内的大分子物质。实际应用中，膜分离技术提升了大分子物质的回收率，且缩短了分离周期，最终得到的产品质量也更高。美国农业部将膜分离技术运用到工业生产领域，对霍巴榨油的残渣运用膜分离技术从中有效提取出蛋白质、纤维素等大分子物质，在分离之后，并没有对其进行灭活，因此还可以将分离后的残渣制作成动物饲料或者调节剂等产品，提升料液的利用率，获取更高的经济效益。

2.2膜分离技术在低分子量生物产品分离方面的应用

膜分离技术在低分子量生物产品分离中也被广泛地应用，它可以成功地将氨基酸、乳酸以及低聚糖等低分子量物质进行分离和提纯。上述的物质通常通过发酵工程得到，这些产物中含有较多的杂质，为了满足生物化工生产的需要，可以采用膜分离技术，通过分离和精制生产出符合生产需要的产品。先使用微滤或者超滤技术对发酵工程产物进行预处理，去除发酵液中的残渣等可见物质以及菌体，再借助纳滤、反渗透等技术对渗透液进行分离和浓缩，最后进入提纯阶段。这样做不仅能够有效地提升产品质量，更好地满足化工生产的需要，同时还能够极大地提升回收率，降低企业的操作难度和投入成本。如高浓度抗生素产品就可通过纳滤、反渗透等方式从发酵液中通过分离和提纯获得。

2.3应用场景

2.3.1膜分离技术在食品领域的应用

膜分离技术在20世纪60年代就被应用在食品领域之中，它可以被应用到除菌和产品分离方面。众所周知，细菌是影响食品安全的主要因素，在以往的食品加工过程中，工人常常采用巴氏杀菌法或者高温杀菌法来延长食品的保质期，但是这些方法的操作过程异常繁琐，不仅容易残留大量细菌，而且还会使物质失活，对产品口味、营养造成破坏。而如今，可以利用微滤技术达到给食品除菌的目的。此外，膜分离技术还可以应用在食品产品的分离过程中，这样做不仅能够提升食品品质，而且还能够有效降低生产成本。例如，在乳品加工领域，可以运用膜分离技术制造浓缩牛奶、软干酪以及实现乳清分离，以获取高品质的乳制品；在饮料生产领域，膜分离技术也被广泛地运用，在制造浓缩果汁和浓缩蔬菜汁时，可以运用这项技术，以获取高质量的产品；在食品发酵领域，膜分离技术也被运用其中，例如在制作酱油时，由于大豆在发酵过程中会产生大量的杂质和细菌，为了获取高品质的酱油并完成灭菌，企业可以将膜分离技术运用其中，通过微滤的方式获取高质量酱油并有效杀灭多种细菌。

2.3.2膜分离技术在生物医药领域的应用

膜分离技术在生物医药领域也被广泛地运用，并且运用历史已经超过30年，为生物医药领域的发展贡献了重要力量。在药物分离纯化方面，药物合成过程中往往会产生大量的杂质，需要有效的分离纯化才能得到高纯度的药物，而膜超滤技术可以有效去除药物合成过程中产生的颗粒、微生物以及大分子物质，从而实现分离纯化。药物浓缩方面，在制药过程中，利用渗透膜对溶液成分进行有效分离，再将溶剂从溶液中蒸发掉，从而使药物成分得到浓缩。除此之外，膜分离技术还可以运用于制药废水的处理方面一制药废水中通常含有大量的药物残留，如将其直接排放，会对环境造成严重影响，因而可以利用渗透膜对废水进行分离和浓缩，最终得到清洁的水。

3存在的问题以及优化建议

尽管膜分离技术有着诸多优点，但在其具体应用过程中也存在如下一些问题。     

（1）当前市场中膜材料种类非常少，价格较高，并且膜孔径分布比较宽，性能非常不稳定。生物化工产品种类较多，分离效果也会因为膜材料种类不同而产生较大的差异，不同的膜材料的吸附量也存在着明显的不同，对此，有必要加大人力和物力方面的投入，对膜材料以及膜组件进行不断的创新和研发，增加膜材料种类，为生物化工产品生产提供更多的选择。

（2）膜分离技术实际应用过程中，会因料液固含量较高而极易发生浓差极化现象，导致膜通量显著降低，因此，有必要采用错流模式提升膜表面料液的流速，以减轻或消除浓差极化现象，提高膜过滤性能。

4结语

膜分离技术是21世纪最具发展前景的高新技术之一，已被广泛地运用到石油、环保、食品等多个行业，并且产生了明显的经济和社会效益，对生物化工领域生产技术的发展也有着重要的推动作用。但目前膜分离技术在实际运用过程中还存在一些问题，比如，膜材料、种类较少，膜价格较高，以及易发生浓差极化现象等，若能够有效解决这些问题，膜分离技术将会在国民经济发展中扮演更为重要的角色，在人类社会发展进程中发挥更大的作用。

参考文献

[1]李继香.膜分离技术在生物化工领域的应用[J].上海化工，2012, 37(3):21-23.

[2]周胜，吴勇.膜分离技术在化工废水处理中的研究与应用[J].炼油与化工, 2023 , 34 ( 4):10-14.