【正文】 。 ? 微生物發(fā)酵法生產(chǎn)大豆蛋白活性肽其傳統(tǒng)工藝為： ? 豆粕 ——發(fā)酵 ——離心分離 —濃縮 —— 噴粉 — — 包裝。同時(shí)還具有 免疫復(fù)活功能 、能 緩沖血液中血糖 的上升 、 降低血壓 及 膽固醇 、促進(jìn) 脂肪代謝 、增強(qiáng)體能和 恢復(fù)疲勞及抗衰老 等。 ? 肽混合物 含有少量游離氨基酸、糖類(lèi)和無(wú)機(jī)鹽等成分。 外循環(huán)式膜生物反應(yīng)器適用于連續(xù)微生物發(fā)酵和連續(xù)酶反應(yīng)過(guò)程。是工業(yè)培養(yǎng)雜交瘤細(xì)胞生產(chǎn)單克隆抗體的主要方法之一。 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 145 中空纖維膜生物反應(yīng)器 ? 培養(yǎng)基 循環(huán)液 高分子產(chǎn)物（單抗） 細(xì)胞 膜 高分子產(chǎn)物（單抗）細(xì)胞膜小分子產(chǎn)物 ? 用于動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)，動(dòng)物細(xì)胞生長(zhǎng)于中空纖維膜組件的殼內(nèi)，小分子產(chǎn)物（廢棄物）不斷排出，新鮮的培養(yǎng)基連續(xù)灌注，可保證細(xì)胞長(zhǎng)期穩(wěn)定并且高速度生產(chǎn)有用物質(zhì)。 ?用超濾法除去熱源，如產(chǎn)品分子量 1000以下，可用截留分子量 1萬(wàn)左右的膜比較合適。 ?熱源的致熱效能很強(qiáng)，人比動(dòng)物對(duì)熱源要敏感，在靜脈注射藥液時(shí)，如果將熱源帶進(jìn)血液，會(huì)對(duì)人體造成相當(dāng)大的危害。 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 142 超濾 納濾 抗生素 稀溶液 H 2 O 無(wú)機(jī)鹽 1）抗生素：慶大霉素濃縮和純化 原工藝： 發(fā)酵液 ?過(guò)濾 ?離子交換 ?稀溶液 ?減壓濃縮 ?去熱源（活性碳） ?噴霧干燥（結(jié)晶） 該工藝缺點(diǎn)：抗生素為熱敏性物質(zhì)，濃縮時(shí)，部分破壞，色澤加深；濃縮耗能大。 ? 生產(chǎn)高蛋白含量（ 35％ ～ 85％）的脫鹽、脫乳糖的 乳清粉 ： 并將其用于生產(chǎn)冰淇淋和酸奶和其他乳制品。通過(guò)透析過(guò)濾即不斷地在截留液中加水重復(fù)過(guò)濾， 可最大程度地去除乳糖和灰分，從而制取高蛋白含量的 脫乳糖奶粉 。 ?利用超濾法純化蛋白質(zhì)，其分子量、濃度、帶電性質(zhì)等與通量有很大關(guān)系，必要時(shí)須對(duì)料液進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)減少膜對(duì)蛋白的吸附。 膜分離技術(shù)的應(yīng)用 1 微生物菌體分離 139 2 大分子的純化與濃縮 ?根據(jù)大分子如酶的相對(duì)分子質(zhì)量，選擇適當(dāng)?shù)某瑸V膜，可進(jìn)行酶的濃縮和除去小分子物質(zhì)。 ? 3. 掌握膜過(guò)濾的影響因素 。連續(xù)操作中，級(jí)數(shù)愈多，則所需的總膜面積就愈小 在整個(gè)操作時(shí)間內(nèi)的平均濃度要低得多，平均通量較高，所需膜面積較小，裝置簡(jiǎn)單，成本較低，但需要較大的儲(chǔ)槽，適用于 規(guī)模較小，藥物和生物制品 中。 料液 濾液 料液 濃縮液 132 三級(jí)連續(xù)操作示意圖 料液 濃縮液 多級(jí)操作中，每一級(jí)各有一循環(huán)泵將液體進(jìn)行循環(huán)，各級(jí)都有一定量濃縮液進(jìn)入下一級(jí)，最后一級(jí)的循環(huán)液即為成品， 第 1級(jí)處理量大，所以膜面積也大，以后各級(jí)依次減小。 ? 通常的操作方式為連續(xù)地 加入水，其量與透過(guò)液 相等，保留液體積始終保 持不變。 130 2 透析過(guò)濾 U F透 過(guò) 液泵貯 槽水 或 緩 沖 液透析過(guò)濾模式 : 料液中不斷加入水或緩沖液， 如虛線(xiàn)所示，即成為透析過(guò)濾模式） ? 在分批操作中，小分子和溶劑透過(guò)膜，而大分子在保留液留中，濃度逐漸增大，而通量逐漸降低，最后操作無(wú)法進(jìn)行。 ?一般循環(huán)液的體積流速應(yīng)為透過(guò)液的 10倍以上，以便其以高速流過(guò)膜面。 優(yōu)點(diǎn) :設(shè)備緊湊，單位設(shè)備體積內(nèi)的膜面積大 (高達(dá)16000～ 30000 ) 缺點(diǎn) :中空纖維內(nèi)徑小，阻力大，易堵塞，膜污染難除去，因此對(duì)料液處理要求高。 前者耐壓，常用于反滲透。 缺點(diǎn) : 管式膜組件的缺點(diǎn)是單位體積膜組件的膜面積少 ,一般僅為 33～ 330 ，保留體積大，壓力降大，除特殊場(chǎng)合外，一般不被使用。 3) 管式膜組件 119 組件的進(jìn)出料示意圖 多通道組件 組件外殼 滲透液 原料液 滲透液 滲余液 滲透液 墊圈 120 3) 管式膜組件 管式膜組件由管式膜制成，管內(nèi)與管外分別走料液與透過(guò)液， 管式膜的排列形式有列管、排管或盤(pán)管等。 優(yōu)點(diǎn) : 目前卷式膜組件應(yīng)用比較廣泛、與板框式相比，卷式組件的設(shè)備比較緊湊、單位體積內(nèi)的膜面積大，湍流狀況好，適用于反滲透； 缺點(diǎn) :清洗不方便，尤其是易堵塞，因而限制了其發(fā)展。 缺點(diǎn) : 需密封的邊界線(xiàn)長(zhǎng) 111 板式膜實(shí)驗(yàn)室設(shè)備圖 (millipore公司 )： 112 板式反滲透 (納濾 )膜裝置 (生產(chǎn)型 ) 113 板式膜超濾工業(yè)設(shè)備圖 : 114 2) 卷式膜組件 115 2) 卷式膜組件 將膜、支撐材料、膜間隔材料依次疊好，圍繞一中心管卷緊即成一個(gè)膜組。濃縮液從另一孔道流出收集。 濾膜復(fù)合在剛性多孔支撐板上，料液從膜面流過(guò)時(shí)，透過(guò)液從支撐板的下部孔道中匯集排出。 一個(gè)良好的模件應(yīng)具備下列條件： ，有高剪切率，以減少濃差極化 2.膜的裝載密度，即單位體積中所含膜面積比較大； ， ，且無(wú)死角。 2050％乙醇可用于膜裝置的滅菌和去除油脂或硅氧烷消泡劑，但使用時(shí)系統(tǒng)必須符合防爆要求。但如要去除多糖時(shí)，淀粉酶有一定作用的。當(dāng) NaOH或表面活性劑不起作用時(shí)，可以用氯，其用量為 106mg/L活性氯，其最適 pH為 10～ 11。常用的 SDS和 Triton X100，有較好的去蛋白質(zhì)和油脂等作用。檸檬酸對(duì)含鐵污染物有效。用于去除無(wú)機(jī)污染物，如鈣和鎂鹽。它能水解蛋白質(zhì)，皂化脂肪和對(duì)某些生物高分子起溶解作用。 102 膜污染的清洗方法 化學(xué)法 ：選擇清洗劑要注意三點(diǎn)： ? 1．要盡量判別是何種物質(zhì)引起污染； ? 2．清洗劑要不致于對(duì)膜或裝置有損害， ? 3．要符合產(chǎn)品要求。老化生物膜主要分解成蛋白質(zhì)、核酸、多糖酯等，強(qiáng)烈吸附在膜面上引起膜表面改性。 膜的污染 (fouling) 100 3 生物污染 ? 是指微生物在膜內(nèi)積累，從而影響系統(tǒng)性能的現(xiàn)象。 99 2 吸附污染 ? 有機(jī)物 在膜表面的吸附通常是影響膜性能的主要因素。當(dāng)過(guò)濾液中鹽的濃度超過(guò)了其溶解度，就會(huì)在膜上形成沉淀或結(jié)垢。 ? 膜污染與濃差極化在概念上不同， 濃差極化加重了污染，但濃差極化是可逆的，即變更操作條件可使之消除，而污染是不可逆的，必須通過(guò)清洗的辦法，才能消除。 ? 是指處理物料中的微粒，膠體或溶質(zhì)大分子與膜存在 物理化學(xué)作用或機(jī)械作用而引起的在膜表面或膜孔內(nèi)吸附 ，沉積造成 膜孔徑變小或堵塞 ，使膜產(chǎn)生透過(guò)流量與分離特性的 不可逆 變化現(xiàn)象。例如在極端 pH下超濾蛋白質(zhì)時(shí)，常使截留率增大，這是由于吸附在膜上蛋白質(zhì)和溶液中蛋白質(zhì)帶相同電荷而互相排斥的緣故。如果含＞ 1μm 的堅(jiān)硬粒子，通常會(huì)使通量增大。當(dāng)有 鹽類(lèi)存在時(shí)，一般使通量降低 。 96 其它因素 ? 在反滲透中特別要注意不要使溶解度小的 溶質(zhì)析出， 膜過(guò)濾含膠體粒子，以免膜堵塞。 ? 在以微濾過(guò)濾菌體時(shí)， 斜率可在 ～ 。 ? 對(duì)于超濾，通常在略低于極限通量的條件下操作。 溫度 94 流速 ? 根據(jù)濃差極化 凝膠層模型 ,流速增大 ,可使通量增大。 ? 所以操作溫度的選擇原則是：在不影響料液和膜的穩(wěn)定性范圍內(nèi)，盡量選擇較高的溫度。 在微濾和超濾中通量與截留率隨壓力的變化 bwmv CCKJ ln?bGmvCCKJ ln?91 在超濾中膜兩側(cè)壓力差△Ｐ t對(duì)通量和截留率的影響 通量 截留率Ｒ 在超濾中，壓力升高引起膜面濃度升高，則透過(guò)膜的溶質(zhì)也增大，因而截留率減小 △ Ｐ a b C H2O 92 當(dāng)以 微濾 過(guò)濾菌體時(shí)，通量與濃度的關(guān)系不同于超濾。 3）形成凝膠層： 符合公式 或 J＝ ?P/(Rm＋ Rg) ?P?時(shí)， Cg不變， Cb和 Km增加；加速溶質(zhì)沉積，導(dǎo)致 Rg? 抵消， ∴ 濾速基本不變。 2）濃差極化： 符合公式 或 J＝ ?P/(Rm＋ Rs) Cw、 Cb同時(shí)增加； Rs隨積聚層濃度增加而增大。 86 ? 橫向移動(dòng)速度 VL和軸向速度 u的平方成正比，而和管徑 r的立方成反比： ? 管狀收縮效應(yīng) 32ruV L ?87 二 、 影響膜過(guò)濾的各種因素 壓力 濃度 溫度 流速 其它因素 88 1 、壓力 p1 p2 P０ 在錯(cuò)流操作中，兩種壓力差。 ? 原因就是－ 管狀收縮效應(yīng) ? 膠體溶液在管中流動(dòng)時(shí)，顆粒有離開(kāi)管壁向中心運(yùn)動(dòng)的趨向，稱(chēng)為管狀收縮效應(yīng)。 ④ 適度提高溫度 。 濃差極化 凝膠層模型 78 濃差極化邊界層中的濃度分布 C pCxＪvCw微 元 薄 層Cb膜濃差極化 凝膠層模型 pbpwmv CCCCKJ??? ln通量與 Cw及 Cb的關(guān)系 79 如果溶質(zhì)完全被截留， Cp=0 上式就可以寫(xiě)成 bwmv CCKJ ln?)/ex p ( mvbw KJCC ? Cw/Cb稱(chēng)為極化模數(shù) （ polarization modulus） 或 濃差極化 凝膠層模型 80 凝膠層的形成 C pCxＪvw凝 膠 層Cb膜C在超濾中，當(dāng)膜面濃度增大到某一值時(shí)，溶質(zhì)成最緊密排列，或析出形成凝膠層，此時(shí)膜面濃度達(dá)到極大值 CG。 75