超濾技術生物

❶ 不同膜分離技術存在哪些不同的原理

在生物化工過程中常用的膜分離技術有微濾(MF)、超濾(UF)、反滲透(RO)、納濾(NF)、電滲析(ED)、液膜(LM)等。
微濾
微濾是以多孔細小的薄膜作為過濾的介質，以篩分原理為根據的薄膜過濾。在壓力作為推動力的作用下，溶劑、水、鹽類及大分子物質均能透過薄膜，而微細顆粒和超大分子等顆粒直徑大於膜孔徑的物質均被滯留下來，以達到分離的目的，進一步使溶液凈化。微濾是目前膜分離技術中應用最廣且經濟價值最大的技術，主要應用於生物化工中的制葯行業。
超濾
超濾是根據篩分原理，以一定的壓力差為推動力，從溶液中分離出溶劑的操作。同微濾過程相比，超濾過程受膜表面孔的化學性質影響較大，在一定的壓力差下溶劑或小分子量的物質可以透過膜孔，而大分子物質及微細顆粒卻被截留，以達到分離目的。超濾膜通常為不對稱膜，膜孔徑的大小和膜表面的性質分別起著不同的截留作用。超濾主要應用於濃縮大分子溶液的凈化等.在生物化工過程中應用最廣。
反滲透
反滲透過程主要是根據溶液的溶解、擴散原理，以壓力差為推動力的膜分離過程。它與自然的滲透過程剛好相反。滲透和反滲透均是通過半透膜來完成的。在濃溶液一側，當施加壓力高於自然滲透壓力時，就會迫使溶液中溶劑反向透過膜層，流向稀溶液一側，從而達到分離提純的目的。反滲透過程主要應用於低分子量組分的濃縮，如氨基酸濃縮(甘氨酸HGB
3075—79)、乙醇濃縮(GB 679-65)等。其滲透壓的大小與膜的種類無關，而與溶液的性質有關。
納濾
納濾也是根據吸附、擴散原理，以壓力差為推動力的膜分離過程。它除了有本身的工作原理外，還具有反滲透和超濾的工作原理。納濾又可以稱為低壓反滲透，是一種新型的膜分離技術，這種膜過程，拓寬了液相膜分離的應用，分離性能介於超濾和反滲透之間，其截斷分子量約為200～2000。納米膜屬於復合膜，允許一些無機鹽和某些溶劑透過膜。納濾過程所需壓力比反滲透低得多，具有節約動力的優點。它能截斷易透過超濾膜的那部分溶質，同時又可能被反滲透膜所截斷的溶質透過，其特有功能是反滲透和超濾無法取代的。納濾膜具有良好的熱穩定性、pH
穩定性和對有機溶劑的穩定性，因此現已廣泛應用於各個工業領域，尤其是醫葯、生物化工行業的分離提純過程。納濾膜是現今最先進的膜分離技術。微濾、超濾、反滲透、納濾4種分離技術沒有太明顯的分界線，均是以壓力作為推動力，被截斷的溶質的直徑大小在某些范圍內相互重疊。
電滲析
電滲析是以電位差為推動力，在直流電作用下利用離子交換膜的選擇透過性，把電解質從溶液中分離出來，從而實現溶液的淡化、精製或純化目的。
液膜
液膜是懸浮在液體中的一層乳液微粒，形成液相膜。依據溶解、擴散原理，通過這層液相膜可以將兩個組成不同而又互溶的溶液分開，並通過滲透的現象起到分離、提純的效果，它克服了固體膜存在的選擇性低和通量小的特點。液膜一般由溶劑、表面活性劑和添加劑構成。

❷ 超濾的應用

超濾膜的最小截留分子量為500道爾頓，在生物制葯中可用來分離蛋白質、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超濾的優點是沒有相轉移，無需添加任何強烈化學物質，可以在低溫下操作，過濾速率較快，便於做無菌處理等。所有這些都能使分離操作簡化，避免了生物活性物質的活力損失和變性。
由於超濾技術有以上諸多優點，故常被用作：
(1)大分子物質的脫鹽和濃縮，以及大分子物質溶劑系統的交換平衡。
(2)大分子物質的分級分離。
(3)生化制劑或其他制劑的去熱原處理。
超濾技術已成為制葯工業、食品工業、電子工業以及環境保護諸領域中不可缺少的有力工具 。 超濾技術的關鍵是膜。膜有各種不同的類型和規格，可根據工作的需要來選用。早期的膜是各向同性的均勻膜，即常用的微孔薄膜，其孔徑通常是0.05mm 和0.025mm。近幾年來生產了一些各向異性的不對稱超濾膜，其中一種各向異性擴散膜是由一層非常薄的、具有一定孔徑的多孔皮膚層（厚約0.1mm～1.0mm），和一層相對厚得多的（約1mm）更易通滲的、作為支撐用的海綿層組成。皮膚層決定了膜的選擇性，而海綿層增加了機械強度。由於皮膚層非常薄，因此高效、通透性好、流量大，且不易被溶質阻塞而導致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纖維或硝酸纖維或此二者的混合物製成。近來為適應制葯和食品工業上滅菌的需要，發展了非纖維型的各向膜，例如聚碸膜、聚碸醯胺膜和聚丙烯腈膜等。這種膜在pH 1～14都是穩定的，且能在90℃下正常工作。超濾膜通常是比較穩定的，若使用恰當，能連續用1～2年。暫時不用，可浸在1%甲醛溶液或0.2%NaN3中保存。超濾膜的基本性能指標主要有：水通量[cm3/(cm2?h)]；截留率（以百分率%表示）；化學物理穩定性（包括機械強度）等。
超濾裝置一般由若干超濾組件構成。通常可分為板框式、管式、螺旋卷式和中空纖維式四種主要類型。由於超濾法處理的液體多數是含有水溶性生物大分子、有機膠體、多糖及微生物等。這些物質極易粘附和沉積於膜表面上，造成嚴重的濃差極化和堵塞，這是超濾法最關鍵的問題，要克服濃差極化，通常可加大液體流量，加強湍流和加強攪拌。
在生物製品中應用超濾法有很高的經濟效益，例如供靜脈注射的25%人胎盤血白蛋白（即胎白）通常是用硫酸銨鹽析法、透析脫鹽、真空濃縮等工藝制備的，該工藝流程硫酸銨耗量大，能源消耗多，操作時間長，透析過程易產生污染。改用超濾工藝後，平均回收率可達97.18%；吸附損失為1.69%；透過損失為1.23%；截留率為98.77%。大幅度提高了白蛋白的產量和質量，每年可節省硫酸銨6.2噸，自來水16000噸。目前國外生產超濾膜和超濾裝置最有名的廠家是美國的Milipore公司和德國的Sartorius公司。國內的知名廠家有立升。
超濾在廢水處理中的應用
（1）還原性染料廢水處理；
（2）電泳塗漆廢水處理；
（3）含乳化油廢水處理；
（4）生活污水處理 一種孔徑規格一致，額定孔徑范圍為0.001-0.02微米的微孔過濾膜。採用超濾膜以壓力差為推動力的膜過
濾方法為超濾膜過濾。超濾膜大多由醋酯纖維或與其性能類似的高分子材料製得。最適於處理溶液中溶質的分離和增濃，也常用於其他分離技術難以完成的膠狀懸浮液的分離，其應用領域在不斷擴大。以壓力差為推動力的膜過濾可區分為超濾膜過濾、微孔膜過濾和逆滲透膜過濾三類。它們的區分是根據膜層所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的額定孔徑范圍作為區分標准時，則微孔膜(MF)的額定孔徑范圍為0.02～10μm；超濾膜(UF)為0.001～0.02μm；逆滲透膜(RO)為0.0001～0.001μm。由此可知，超濾膜最適於處理溶液中溶質的分離和增濃，或採用其他分離技術所難以完成的膠狀懸浮液的分離。超濾膜的制膜技術，即獲得預期尺寸和窄分布微孔的技術是極其重要的。孔的控制因素較多，如根據制膜時溶液的種類和濃度、蒸發及凝聚條件等不同可得到不同孔徑及孔徑分布的超濾膜。超濾膜一般為高分子分離膜，用作超濾膜的高分子材料主要有纖維素衍生物、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺及聚碳酸酯等。超濾膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纖維膜等形式，廣泛用於如醫葯工業、食品工業、環境工程等。我們都知道篩子是用來篩東西的，它能將細小物體放行，而將個頭較大的截留下來。可是，您聽說過能篩分子的篩子嗎？超膜－－這種超級篩子能將尺寸不等的分子篩分開來！那麼，到底什麼是超濾膜呢？ 超濾膜是一種具有超級「篩分」分離功能的多孔膜。它的孔徑只有幾納米到幾十納米，也就是說只有一根頭發絲的1‰！在膜的一側施以適當壓力，就能篩出大於孔徑的溶質分子，以分離分子量大於500道爾頓、粒徑大於2～20納米的顆粒。超濾膜的結構有對稱和非對稱之分。前者是各向同性的，沒有皮層，所有方向上的孔隙都是一樣的，屬於深層過濾；後者具有較緻密的表層和以指狀結構為主的底層，表層厚度為0.1微米或更小，並具有排列有序的微孔，底層厚度為200～250微米，屬於表層過濾。工業使用的超濾膜一般為非對稱膜。超濾膜的膜材料主要有纖維素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碸、聚丙烯腈、聚醯胺、聚碸醯胺、磺化聚碸、交鏈的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
超濾廚飲用兩用機：①PP棉濾芯、②活性碳、③納米膜表超濾膜濾芯、④復合濾芯，五級過濾設備多加了一個後置活性炭，六級的多加了一個礦化濾芯就成立市場上見到的直飲水機。更多級的就加更多針對性的濾芯。 (1)增壓泵超濾膜以力差為推動力進行過濾，當原水的水壓不能滿足過濾需求時，系統需要增加泵加壓，以實現超濾膜分離作用，由於超濾膜的工作壓力較低，一般小於O·7MPa，故在系統設計時，一般選用離心泵，選擇離心泵的主要依據是揚程、流量、泵體材質，其次是泵的體積大小、外觀造型和價格等。
①揚程和流量的選擇根據超濾系統設計中所需要的進水工作壓力，跨膜壓差和通水流量，來選擇泵的揚程和流量。一般選擇水泵的揚程和流量應當等於或略大於設計供水量和工作壓力，以滿足超濾系統的正常運行。
②泵體材質的選擇根據原水水質的情況來選擇合適的泵體材質以減少投資成本，其材質不能與原水中的成分產生任何反應，也不能有溶解現象。當原水的pH值為6．5～8．5時可選用鑄鐵泵體；當原水為海水時，應選耐海水腐蝕的塑料泵體；醫葯和食品工業水處理卻一般選擇使用不銹鋼泵體。
化學清洗泵一般選擇耐化學葯劑的泵體。
(2)減壓閥 當原水水壓大於系統設計水壓時，要對原水進行減壓。一般採用可減靜壓的減壓閥來實現，減壓閥減壓的精度視超濾系統而定。另根據原水的水質選擇適合材質的減壓閥，一般可選的材質為銅、不銹鋼、鐵、塑膠。
(3)物理清洗和化學清洗系統 清洗系統主要由配葯箱、凈水箱、循環泵組成，採用氣水混合清洗的還包括空壓機，一般物理清洗分為等壓沖洗和反沖洗。等壓沖洗時是關閉產水閥，全開濃水閥，使原水以快於正常工作狀態時的流速沖刷膜表面，去除污垢。反沖洗是關閉原水閥採用循環泵，將凈水箱中的水從產水口打入膜組件。使凈水按正常過濾的反方向透過膜，沖刷掉膜表面的污染物，並使其從濃水口排出，反沖洗後，馬上進行等壓沖洗。能更有效地將被截留的污染物排出，為了加強清洗效果，順沖時，可採用氣水混合液進行沖洗。
化學清洗系統是用循環泵將配葯箱內的清洗液送入超濾系統，進行循環清洗和浸泡，靠化學葯品的作用去除膜表面的污垢，以恢復膜的產水能力，維持設計流量要求。
(4)消毒滅菌系統超濾的消毒滅菌系統所用設備和操作程序與化學清洗系統相同，僅需要將清洗液換成滅菌液即可，一般使用的滅菌劑為次氯酸鈉和過氧化氫，在選擇滅菌劑時要考慮劑膜的材質和滅菌劑濃度。例如Ps材質膜不能採用含有陰離子表面活性劑的滅菌劑，否則會對膜造成不可逆的通量損失。
(5)自動化計量、監控和儀表
①計量水流量採用流量表來計量，流量計有轉子流量計、浮子流量計、電磁流量計、掙針式流量計等。在超濾系統中大多採用玻璃浮子(轉子)流量計，主要是顯示直觀，價格低，一台超濾系統最少需要設置兩個流量計以便觀察，一個是產水流量計，一個是濃水流量計或原水進水流量計。 流量計規格的選擇是根據系統的流量大小而定，浮子流量計的選擇通常選用的量程為1．5～2倍的實際最大測量流量。
②監控系統及儀表超濾系統在運行時，必須嚴格按照設計參數進行操作，這需要系統的相關參數進行監控，其中主要的監控項目是水質、流量、壓力，可以手動操作，也可採用儀表和可編程式控制制器對系統進行自動控制。
對水質的監控可採用水質監測儀進行，對水壓的監控可採用壓力開關和壓力表進行，對流量的控制可採用電子流量計進行監測，並將監測信號反饋到PLC中，然後來控制泵，閥門及清洗系統，從而實現系統的自動化。
壓力是超濾系統的一個重要參數，故在壓力表選擇時，要注意其精度和耐用性。壓力表量程的選擇，以使用壓力能使指針處於刻度盤的1/2～2/3位置為宜，並要考慮水錘對壓力表的沖擊。

❸ 超濾膜控制水中的微生物是怎麼做到的

超濾膜控制水中微生物辦法：
1、混凝。微生物可視為膠體，帶負電荷，用常版規預處理方法如混凝權、澄清和過濾可去除大部分，但要徹底除去，則十分困難。
2、活性炭吸附。用活性炭吸附水中有機物，減少微生物的營養源。但吸附有機物的活性炭又成為營養充足的微生物理想的與繁殖場所。
3、殺菌。常用的殺菌劑為具有氧化能力的化合物，殺菌劑的加葯點盡可能安排在靠前工序中，以便有足夠的接觸時間，使水在進入膜裝置之前完成消毒過程。

❹ 超濾和反滲透有什麼區別

1、使用膜清洗不同

超濾：超濾用的膜可以通過反洗來有效的清洗膜面，以保持其高流速。

反滲透：反滲透用的膜不能反洗。

2、原理不同

超濾：超濾是一種加壓膜分離技術，即在一定的壓力下，使小分子溶質和溶劑穿過一定孔徑的特製的薄膜，而使大分子溶質不能透過，留在膜的一邊，從而使大分子物質得到了部分的純化。

超濾原理也是一種膜分離過程原理，超濾利用一種壓力活性膜，在外界推動力(壓力)作用下截留水中膠體、顆粒和分子量相對較高的物質，而水和小的溶質顆粒透過膜的分離過程。

反滲透：把相同體積的稀溶液（如淡水）和濃液（如海水或鹽水）分別置於一容器的兩側，中間用半透膜阻隔，稀溶液中的溶劑將自然的穿過半透膜，向濃溶液側流動，濃溶液側的液面會比稀溶液的液面高出一定高度，形成一個壓力差，達到滲透平衡狀態，

此種壓力差即為滲透壓，滲透壓的大小決定於濃液的種類，濃度和溫度，與半透膜的性質無關。若在濃溶液側施加一個大於滲透壓的壓力時，濃溶液中的溶劑會向稀溶液流動，此種溶劑的流動方向與原來滲透的方向相反，這一過程稱為反滲透。

3、優點不同

超濾：超濾技術的優點是操作簡便，成本低廉，不需增加任何化學試劑，尤其是超濾技術的實驗條件溫和，與蒸發、冷凍乾燥相比沒有相的變化，而且不引起溫度、pH的變化，因而可以防止生物大分子的變性、失活和自溶。

反滲透：壓力是反滲透分離過程的主動力，不經過能量密集交換的相變，能耗低；反滲透不需要大量的沉澱劑和吸附劑，運行成本低；反滲透分離工程設計和操作簡單，建設周期短；反滲透凈化效率高，環境友好。

❺ 生物分離技術在食品工業中的應用

食品工業中用發酵和煮制的話，常常用離心技術。此外層析和膜分離也很常用。
下面介紹下生物分離技術和生物技術在食品工業中的應用進展。
生物分離技術最常見的分離純化方法包括鹽析和有機溶劑分級沉澱、超濾技術、層析技術、電泳技術、離心技術。
(1)鹽析或有機溶劑分級沉澱：向反應產物溶液中加入大量易溶解的鹽如氯化鈉、硫酸銨，這些鹽的離子能結合大量的水，產物因此被鹽沉澱出來。產物溶液中加入能和水互溶的有機溶劑如乙醇、丙酮，常常能降低產物溶解度，而使產物沉澱。選擇適當條件可使產物和雜質分開。
(2) 超濾技術：選擇適當孔徑的超濾膜或超濾中空纖維柱，通過抽濾加壓使一定大小的分子能水一起穿過孔徑，更大的分子則被擋住，以此將產物分離出來。
(3)層析技術：使用濾紙、纖維素、樹脂、凝膠顆粒、多空玻璃珠等填充支持物或者不同於溶劑的另一種液相作為固定的介質對溶劑中的不同物質的結合力不一樣，當溶劑向前推進時，溶劑中的不同溶質便可彼此分開。此外還有按分子大小分開的分子篩層析，按解離能力和離子性質分開的離子交換層析，按生物分子間親和力大小分開的親和層析，以及按兩相溶液間分配系數差異而分開的逆流分溶。
(4)電泳技術：帶有電荷的離子或顆粒在電場作用下向一個電擊方向移動，離子或顆粒因其所帶電荷和質量的不同，在電場中的移動速度不同，因而彼此被分開。被廣泛使用的是凝膠電泳，而毛細管電泳具有最靈敏的分析效果。
(5)細胞、細胞碎片和生物大分子在離心力場作用下能被沉澱下來。離心機在每分鍾旋轉10000次以下的低速是就能使細胞沉澱，細胞碎片要在每分鍾旋轉20000到30000次的高速下才能被沉降，生物大分子則需要在每分鍾旋轉30000次以上的超速離心方能克服分子熱運動而被沉降。
生物技術在食品工業中的應用進展
益生菌：隨著益生菌多項保健功能的不斷發現，如平衡腸道菌群，改善腸道功能、調節免疫、增強消化功能，促進營養物質吸收、抗誘變和防癌特性、抗氧化與延緩衰老以及改善心血管系統等。目前，國際上對益生菌的研究顯得非常活躍，特別是在日本、法國、美國等國家已形成了系統化專業性科研隊伍。
世界各國益生菌研究主要集中在益生菌促進人體健康的機理、益生菌的工業化與產業化應用技術、更高質量或帶多功能性益生菌的高效篩選與定向設計等前沿領域，其研究成果應用於食品工業生產大大提高了人體健康水平並帶來了客觀的經濟效益。在我國，特別是在奶
製品和一些功能性的食品中益生菌已廣為運用。
在基礎研究方面，我國科學家取得了豐碩的研究成果。2008年7月，內蒙古農業大學等單位承擔的益生菌L．casei Zhang基因組學和蛋白質組學研究項目通過鑒定，項目完成了益生菌L．ca-sei Zhang染色體基因組和質粒基因組plca36序列的測定，從而能夠准確地將該菌株的益生功能基因進行定位，為其益生機理進一步深入研究和相關產品的開發應用從基因水平上奠定了基礎。該項目的完成標志著我國在乳酸菌基因組學方面的研究達到國際水平。同時，國內圍繞乳製品、發酵肉製品工業發酵劑菌株篩選獲得重要進展，建立了從多菌相肉品發酵體系中定向篩選特質菌株的高通量技術平台和我國第一個原創性、具有自主知識產權的乳酸菌菌種資源庫，篩選得到了幾十株具有優良生產性狀及益生特性的乳酸菌菌株，為我國益生菌製品的開發奠定了強大的技術和菌源基礎。
代謝工程：在代謝工程研究方面，隨著研究應用的深入，代謝工程的定義也在不斷更新，現在多將其定義為利用基因工程技術，有目的地對細胞代謝途徑進行精確地修飾、改造或擴展、構建新的代謝途徑，以改變微生物原有代謝特性，並與微生物基因調控、代謝調控及生化工程相結合，提高目的代謝產物活性或產量，合成新的代謝產物的工程技術科學。總體而言，代謝工程是在建立代謝網路理論的基礎上，通過對代謝流的定性、定量分析，從而對代謝工程進行設計包括改變代謝流、擴展代謝途徑和構建新的代謝途徑等方法，其核心是在分子水平上對靶基因或基因簇進行遺傳操作，所以又稱為第三代基因工程。
代謝工程主要包括3個步驟：細胞途徑的修飾(合成)，修飾後細胞表型的嚴格評價(表型表徵)，根據評價結果設計進一步的修飾(優化設計)。其中，表現表徵的評價即是在獲得大量生化反應數據的基礎上，採用化學、數學的研究方法並結合先進的信息技術進行高通量分析，進一步研究細胞代謝的動態特徵和控制機理，並由此發展了各種數學系統模型用於輔助改善代謝工程設計。
隨著後基因組學時代的到來，各種組學技術(基因組學、轉錄物組學、蛋白質組學、代謝物組學、代謝通量組學等)在代謝工程相關研究中被廣泛使用，通過組學技術對細胞基因組以及細胞與微觀和宏觀環境條件關系等特性進行表型表徵，代替傳統表型表徵的方法，使代謝工程的研究從局部通路水平上升到整體水平，從而可以更好地揭示生物復雜代謝網路及調控機理，進行代謝工程的研究。目前，以各層次功能基因組學研究為基礎，藉助高通量實驗技術和生物信息學工具等，通過整合各層次組學研究數據，建立數學模型，或通過比較不同菌株或同一菌株在不同條件下各個層次組學差異以闡明生命活動規律，以此進行代謝工程設計的尺度多層次的系統生物學方法，成為了各國科學家研究的重點方向。
生物反應器：在生物反應器研究方面，自動化、多功能和高效率的新型生物反應器一直是近年來研究的熱點。包括人工生物反應器和天然生物反應器，比如微生物、動物和植物表達系統等，研究主要集中在將分離技術和生物反應過程結合開發出高效率的生物反應器，比如超臨界反應器和膜反應器等，以及研究生物反應機理、反應過程參數感測器的研製、自動化控制系統和數學模型的建立等，特別是參數控制方面的研究和固體發酵生物反應器的開發是研究的兩個重點領域。
安全檢測：此外，生物技術，如酶聯免疫吸附測定(ELISA)、聚合酶鏈式反應(PCR)和DNA晶元技術等用於食品微生物、毒素以及殘留葯物等食品安全檢測方面也顯示出其靈敏度高、特異性強、簡便快捷等優勢，逐漸成為食品安全研究的重要方向。