超滤技术生物

❶ 不同膜分离技术存在哪些不同的原理

在生物化工过程中常用的膜分离技术有微滤(MF)、超滤(UF)、反渗透(RO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)、液膜(LM)等。
微滤
微滤是以多孔细小的薄膜作为过滤的介质，以筛分原理为根据的薄膜过滤。在压力作为推动力的作用下，溶剂、水、盐类及大分子物质均能透过薄膜，而微细颗粒和超大分子等颗粒直径大于膜孔径的物质均被滞留下来，以达到分离的目的，进一步使溶液净化。微滤是目前膜分离技术中应用最广且经济价值最大的技术，主要应用于生物化工中的制药行业。
超滤
超滤是根据筛分原理，以一定的压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的操作。同微滤过程相比，超滤过程受膜表面孔的化学性质影响较大，在一定的压力差下溶剂或小分子量的物质可以透过膜孔，而大分子物质及微细颗粒却被截留，以达到分离目的。超滤膜通常为不对称膜，膜孔径的大小和膜表面的性质分别起着不同的截留作用。超滤主要应用于浓缩大分子溶液的净化等.在生物化工过程中应用最广。
反渗透
反渗透过程主要是根据溶液的溶解、扩散原理，以压力差为推动力的膜分离过程。它与自然的渗透过程刚好相反。渗透和反渗透均是通过半透膜来完成的。在浓溶液一侧，当施加压力高于自然渗透压力时，就会迫使溶液中溶剂反向透过膜层，流向稀溶液一侧，从而达到分离提纯的目的。反渗透过程主要应用于低分子量组分的浓缩，如氨基酸浓缩(甘氨酸HGB
3075—79)、乙醇浓缩(GB 679-65)等。其渗透压的大小与膜的种类无关，而与溶液的性质有关。
纳滤
纳滤也是根据吸附、扩散原理，以压力差为推动力的膜分离过程。它除了有本身的工作原理外，还具有反渗透和超滤的工作原理。纳滤又可以称为低压反渗透，是一种新型的膜分离技术，这种膜过程，拓宽了液相膜分离的应用，分离性能介于超滤和反渗透之间，其截断分子量约为200～2000。纳米膜属于复合膜，允许一些无机盐和某些溶剂透过膜。纳滤过程所需压力比反渗透低得多，具有节约动力的优点。它能截断易透过超滤膜的那部分溶质，同时又可能被反渗透膜所截断的溶质透过，其特有功能是反渗透和超滤无法取代的。纳滤膜具有良好的热稳定性、pH
稳定性和对有机溶剂的稳定性，因此现已广泛应用于各个工业领域，尤其是医药、生物化工行业的分离提纯过程。纳滤膜是现今最先进的膜分离技术。微滤、超滤、反渗透、纳滤4种分离技术没有太明显的分界线，均是以压力作为推动力，被截断的溶质的直径大小在某些范围内相互重叠。
电渗析
电渗析是以电位差为推动力，在直流电作用下利用离子交换膜的选择透过性，把电解质从溶液中分离出来，从而实现溶液的淡化、精制或纯化目的。
液膜
液膜是悬浮在液体中的一层乳液微粒，形成液相膜。依据溶解、扩散原理，通过这层液相膜可以将两个组成不同而又互溶的溶液分开，并通过渗透的现象起到分离、提纯的效果，它克服了固体膜存在的选择性低和通量小的特点。液膜一般由溶剂、表面活性剂和添加剂构成。

❷ 超滤的应用

超滤膜的最小截留分子量为500道尔顿，在生物制药中可用来分离蛋白质、酶、核酸、多糖、多肽、抗生素、病毒等。超滤的优点是没有相转移，无需添加任何强烈化学物质，可以在低温下操作，过滤速率较快，便于做无菌处理等。所有这些都能使分离操作简化，避免了生物活性物质的活力损失和变性。
由于超滤技术有以上诸多优点，故常被用作：
(1)大分子物质的脱盐和浓缩，以及大分子物质溶剂系统的交换平衡。
(2)大分子物质的分级分离。
(3)生化制剂或其他制剂的去热原处理。
超滤技术已成为制药工业、食品工业、电子工业以及环境保护诸领域中不可缺少的有力工具 。 超滤技术的关键是膜。膜有各种不同的类型和规格，可根据工作的需要来选用。早期的膜是各向同性的均匀膜，即常用的微孔薄膜，其孔径通常是0.05mm 和0.025mm。近几年来生产了一些各向异性的不对称超滤膜，其中一种各向异性扩散膜是由一层非常薄的、具有一定孔径的多孔皮肤层（厚约0.1mm～1.0mm），和一层相对厚得多的（约1mm）更易通渗的、作为支撑用的海绵层组成。皮肤层决定了膜的选择性，而海绵层增加了机械强度。由于皮肤层非常薄，因此高效、通透性好、流量大，且不易被溶质阻塞而导致流速下降。常用的膜一般是由乙酸纤维或硝酸纤维或此二者的混合物制成。近来为适应制药和食品工业上灭菌的需要，发展了非纤维型的各向膜，例如聚砜膜、聚砜酰胺膜和聚丙烯腈膜等。这种膜在pH 1～14都是稳定的，且能在90℃下正常工作。超滤膜通常是比较稳定的，若使用恰当，能连续用1～2年。暂时不用，可浸在1%甲醛溶液或0.2%NaN3中保存。超滤膜的基本性能指标主要有：水通量[cm3/(cm2?h)]；截留率（以百分率%表示）；化学物理稳定性（包括机械强度）等。
超滤装置一般由若干超滤组件构成。通常可分为板框式、管式、螺旋卷式和中空纤维式四种主要类型。由于超滤法处理的液体多数是含有水溶性生物大分子、有机胶体、多糖及微生物等。这些物质极易粘附和沉积于膜表面上，造成严重的浓差极化和堵塞，这是超滤法最关键的问题，要克服浓差极化，通常可加大液体流量，加强湍流和加强搅拌。
在生物制品中应用超滤法有很高的经济效益，例如供静脉注射的25%人胎盘血白蛋白（即胎白）通常是用硫酸铵盐析法、透析脱盐、真空浓缩等工艺制备的，该工艺流程硫酸铵耗量大，能源消耗多，操作时间长，透析过程易产生污染。改用超滤工艺后，平均回收率可达97.18%；吸附损失为1.69%；透过损失为1.23%；截留率为98.77%。大幅度提高了白蛋白的产量和质量，每年可节省硫酸铵6.2吨，自来水16000吨。目前国外生产超滤膜和超滤装置最有名的厂家是美国的Milipore公司和德国的Sartorius公司。国内的知名厂家有立升。
超滤在废水处理中的应用
（1）还原性染料废水处理；
（2）电泳涂漆废水处理；
（3）含乳化油废水处理；
（4）生活污水处理 一种孔径规格一致，额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。采用超滤膜以压力差为推动力的膜过
滤方法为超滤膜过滤。超滤膜大多由醋酯纤维或与其性能类似的高分子材料制得。最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，也常用于其他分离技术难以完成的胶状悬浮液的分离，其应用领域在不断扩大。以压力差为推动力的膜过滤可区分为超滤膜过滤、微孔膜过滤和逆渗透膜过滤三类。它们的区分是根据膜层所能截留的最小粒子尺寸或分子量大小。以膜的额定孔径范围作为区分标准时，则微孔膜(MF)的额定孔径范围为0.02～10μm；超滤膜(UF)为0.001～0.02μm；逆渗透膜(RO)为0.0001～0.001μm。由此可知，超滤膜最适于处理溶液中溶质的分离和增浓，或采用其他分离技术所难以完成的胶状悬浮液的分离。超滤膜的制膜技术，即获得预期尺寸和窄分布微孔的技术是极其重要的。孔的控制因素较多，如根据制膜时溶液的种类和浓度、蒸发及凝聚条件等不同可得到不同孔径及孔径分布的超滤膜。超滤膜一般为高分子分离膜，用作超滤膜的高分子材料主要有纤维素衍生物、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺及聚碳酸酯等。超滤膜可被做成平面膜、卷式膜、管式膜或中空纤维膜等形式，广泛用于如医药工业、食品工业、环境工程等。我们都知道筛子是用来筛东西的，它能将细小物体放行，而将个头较大的截留下来。可是，您听说过能筛分子的筛子吗？超膜－－这种超级筛子能将尺寸不等的分子筛分开来！那么，到底什么是超滤膜呢？ 超滤膜是一种具有超级“筛分”分离功能的多孔膜。它的孔径只有几纳米到几十纳米，也就是说只有一根头发丝的1‰！在膜的一侧施以适当压力，就能筛出大于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。超滤膜的结构有对称和非对称之分。前者是各向同性的，没有皮层，所有方向上的孔隙都是一样的，属于深层过滤；后者具有较致密的表层和以指状结构为主的底层，表层厚度为0.1微米或更小，并具有排列有序的微孔，底层厚度为200～250微米，属于表层过滤。工业使用的超滤膜一般为非对称膜。超滤膜的膜材料主要有纤维素及其衍生物、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚砜酰胺、磺化聚砜、交链的聚乙烯醇、改性丙烯酸聚合物等等。
超滤厨饮用两用机：①PP棉滤芯、②活性碳、③纳米膜表超滤膜滤芯、④复合滤芯，五级过滤设备多加了一个后置活性炭，六级的多加了一个矿化滤芯就成立市场上见到的直饮水机。更多级的就加更多针对性的滤芯。 (1)增压泵超滤膜以力差为推动力进行过滤，当原水的水压不能满足过滤需求时，系统需要增加泵加压，以实现超滤膜分离作用，由于超滤膜的工作压力较低，一般小于O·7MPa，故在系统设计时，一般选用离心泵，选择离心泵的主要依据是扬程、流量、泵体材质，其次是泵的体积大小、外观造型和价格等。
①扬程和流量的选择根据超滤系统设计中所需要的进水工作压力，跨膜压差和通水流量，来选择泵的扬程和流量。一般选择水泵的扬程和流量应当等于或略大于设计供水量和工作压力，以满足超滤系统的正常运行。
②泵体材质的选择根据原水水质的情况来选择合适的泵体材质以减少投资成本，其材质不能与原水中的成分产生任何反应，也不能有溶解现象。当原水的pH值为6．5～8．5时可选用铸铁泵体；当原水为海水时，应选耐海水腐蚀的塑料泵体；医药和食品工业水处理却一般选择使用不锈钢泵体。
化学清洗泵一般选择耐化学药剂的泵体。
(2)减压阀 当原水水压大于系统设计水压时，要对原水进行减压。一般采用可减静压的减压阀来实现，减压阀减压的精度视超滤系统而定。另根据原水的水质选择适合材质的减压阀，一般可选的材质为铜、不锈钢、铁、塑胶。
(3)物理清洗和化学清洗系统 清洗系统主要由配药箱、净水箱、循环泵组成，采用气水混合清洗的还包括空压机，一般物理清洗分为等压冲洗和反冲洗。等压冲洗时是关闭产水阀，全开浓水阀，使原水以快于正常工作状态时的流速冲刷膜表面，去除污垢。反冲洗是关闭原水阀采用循环泵，将净水箱中的水从产水口打入膜组件。使净水按正常过滤的反方向透过膜，冲刷掉膜表面的污染物，并使其从浓水口排出，反冲洗后，马上进行等压冲洗。能更有效地将被截留的污染物排出，为了加强清洗效果，顺冲时，可采用气水混合液进行冲洗。
化学清洗系统是用循环泵将配药箱内的清洗液送入超滤系统，进行循环清洗和浸泡，靠化学药品的作用去除膜表面的污垢，以恢复膜的产水能力，维持设计流量要求。
(4)消毒灭菌系统超滤的消毒灭菌系统所用设备和操作程序与化学清洗系统相同，仅需要将清洗液换成灭菌液即可，一般使用的灭菌剂为次氯酸钠和过氧化氢，在选择灭菌剂时要考虑剂膜的材质和灭菌剂浓度。例如Ps材质膜不能采用含有阴离子表面活性剂的灭菌剂，否则会对膜造成不可逆的通量损失。
(5)自动化计量、监控和仪表
①计量水流量采用流量表来计量，流量计有转子流量计、浮子流量计、电磁流量计、挣针式流量计等。在超滤系统中大多采用玻璃浮子(转子)流量计，主要是显示直观，价格低，一台超滤系统最少需要设置两个流量计以便观察，一个是产水流量计，一个是浓水流量计或原水进水流量计。 流量计规格的选择是根据系统的流量大小而定，浮子流量计的选择通常选用的量程为1．5～2倍的实际最大测量流量。
②监控系统及仪表超滤系统在运行时，必须严格按照设计参数进行操作，这需要系统的相关参数进行监控，其中主要的监控项目是水质、流量、压力，可以手动操作，也可采用仪表和可编程控制器对系统进行自动控制。
对水质的监控可采用水质监测仪进行，对水压的监控可采用压力开关和压力表进行，对流量的控制可采用电子流量计进行监测，并将监测信号反馈到PLC中，然后来控制泵，阀门及清洗系统，从而实现系统的自动化。
压力是超滤系统的一个重要参数，故在压力表选择时，要注意其精度和耐用性。压力表量程的选择，以使用压力能使指针处于刻度盘的1/2～2/3位置为宜，并要考虑水锤对压力表的冲击。

❸ 超滤膜控制水中的微生物是怎么做到的

超滤膜控制水中微生物办法：
1、混凝。微生物可视为胶体，带负电荷，用常版规预处理方法如混凝权、澄清和过滤可去除大部分，但要彻底除去，则十分困难。
2、活性炭吸附。用活性炭吸附水中有机物，减少微生物的营养源。但吸附有机物的活性炭又成为营养充足的微生物理想的与繁殖场所。
3、杀菌。常用的杀菌剂为具有氧化能力的化合物，杀菌剂的加药点尽可能安排在靠前工序中，以便有足够的接触时间，使水在进入膜装置之前完成消毒过程。

❹ 超滤和反渗透有什么区别

1、使用膜清洗不同

超滤：超滤用的膜可以通过反洗来有效的清洗膜面，以保持其高流速。

反渗透：反渗透用的膜不能反洗。

2、原理不同

超滤：超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。

超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程。

反渗透：把相同体积的稀溶液（如淡水）和浓液（如海水或盐水）分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，

此种压力差即为渗透压，渗透压的大小决定于浓液的种类，浓度和温度，与半透膜的性质无关。若在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透。

3、优点不同

超滤：超滤技术的优点是操作简便，成本低廉，不需增加任何化学试剂，尤其是超滤技术的实验条件温和，与蒸发、冷冻干燥相比没有相的变化，而且不引起温度、pH的变化，因而可以防止生物大分子的变性、失活和自溶。

反渗透：压力是反渗透分离过程的主动力，不经过能量密集交换的相变，能耗低；反渗透不需要大量的沉淀剂和吸附剂，运行成本低；反渗透分离工程设计和操作简单，建设周期短；反渗透净化效率高，环境友好。

❺ 生物分离技术在食品工业中的应用

食品工业中用发酵和煮制的话，常常用离心技术。此外层析和膜分离也很常用。
下面介绍下生物分离技术和生物技术在食品工业中的应用进展。
生物分离技术最常见的分离纯化方法包括盐析和有机溶剂分级沉淀、超滤技术、层析技术、电泳技术、离心技术。
(1)盐析或有机溶剂分级沉淀：向反应产物溶液中加入大量易溶解的盐如氯化钠、硫酸铵，这些盐的离子能结合大量的水，产物因此被盐沉淀出来。产物溶液中加入能和水互溶的有机溶剂如乙醇、丙酮，常常能降低产物溶解度，而使产物沉淀。选择适当条件可使产物和杂质分开。
(2) 超滤技术：选择适当孔径的超滤膜或超滤中空纤维柱，通过抽滤加压使一定大小的分子能水一起穿过孔径，更大的分子则被挡住，以此将产物分离出来。
(3)层析技术：使用滤纸、纤维素、树脂、凝胶颗粒、多空玻璃珠等填充支持物或者不同于溶剂的另一种液相作为固定的介质对溶剂中的不同物质的结合力不一样，当溶剂向前推进时，溶剂中的不同溶质便可彼此分开。此外还有按分子大小分开的分子筛层析，按解离能力和离子性质分开的离子交换层析，按生物分子间亲和力大小分开的亲和层析，以及按两相溶液间分配系数差异而分开的逆流分溶。
(4)电泳技术：带有电荷的离子或颗粒在电场作用下向一个电击方向移动，离子或颗粒因其所带电荷和质量的不同，在电场中的移动速度不同，因而彼此被分开。被广泛使用的是凝胶电泳，而毛细管电泳具有最灵敏的分析效果。
(5)细胞、细胞碎片和生物大分子在离心力场作用下能被沉淀下来。离心机在每分钟旋转10000次以下的低速是就能使细胞沉淀，细胞碎片要在每分钟旋转20000到30000次的高速下才能被沉降，生物大分子则需要在每分钟旋转30000次以上的超速离心方能克服分子热运动而被沉降。
生物技术在食品工业中的应用进展
益生菌：随着益生菌多项保健功能的不断发现，如平衡肠道菌群，改善肠道功能、调节免疫、增强消化功能，促进营养物质吸收、抗诱变和防癌特性、抗氧化与延缓衰老以及改善心血管系统等。目前，国际上对益生菌的研究显得非常活跃，特别是在日本、法国、美国等国家已形成了系统化专业性科研队伍。
世界各国益生菌研究主要集中在益生菌促进人体健康的机理、益生菌的工业化与产业化应用技术、更高质量或带多功能性益生菌的高效筛选与定向设计等前沿领域，其研究成果应用于食品工业生产大大提高了人体健康水平并带来了客观的经济效益。在我国，特别是在奶
制品和一些功能性的食品中益生菌已广为运用。
在基础研究方面，我国科学家取得了丰硕的研究成果。2008年7月，内蒙古农业大学等单位承担的益生菌L．casei Zhang基因组学和蛋白质组学研究项目通过鉴定，项目完成了益生菌L．ca-sei Zhang染色体基因组和质粒基因组plca36序列的测定，从而能够准确地将该菌株的益生功能基因进行定位，为其益生机理进一步深入研究和相关产品的开发应用从基因水平上奠定了基础。该项目的完成标志着我国在乳酸菌基因组学方面的研究达到国际水平。同时，国内围绕乳制品、发酵肉制品工业发酵剂菌株筛选获得重要进展，建立了从多菌相肉品发酵体系中定向筛选特质菌株的高通量技术平台和我国第一个原创性、具有自主知识产权的乳酸菌菌种资源库，筛选得到了几十株具有优良生产性状及益生特性的乳酸菌菌株，为我国益生菌制品的开发奠定了强大的技术和菌源基础。
代谢工程：在代谢工程研究方面，随着研究应用的深入，代谢工程的定义也在不断更新，现在多将其定义为利用基因工程技术，有目的地对细胞代谢途径进行精确地修饰、改造或扩展、构建新的代谢途径，以改变微生物原有代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，提高目的代谢产物活性或产量，合成新的代谢产物的工程技术科学。总体而言，代谢工程是在建立代谢网络理论的基础上，通过对代谢流的定性、定量分析，从而对代谢工程进行设计包括改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径等方法，其核心是在分子水平上对靶基因或基因簇进行遗传操作，所以又称为第三代基因工程。
代谢工程主要包括3个步骤：细胞途径的修饰(合成)，修饰后细胞表型的严格评价(表型表征)，根据评价结果设计进一步的修饰(优化设计)。其中，表现表征的评价即是在获得大量生化反应数据的基础上，采用化学、数学的研究方法并结合先进的信息技术进行高通量分析，进一步研究细胞代谢的动态特征和控制机理，并由此发展了各种数学系统模型用于辅助改善代谢工程设计。
随着后基因组学时代的到来，各种组学技术(基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢物组学、代谢通量组学等)在代谢工程相关研究中被广泛使用，通过组学技术对细胞基因组以及细胞与微观和宏观环境条件关系等特性进行表型表征，代替传统表型表征的方法，使代谢工程的研究从局部通路水平上升到整体水平，从而可以更好地揭示生物复杂代谢网络及调控机理，进行代谢工程的研究。目前，以各层次功能基因组学研究为基础，借助高通量实验技术和生物信息学工具等，通过整合各层次组学研究数据，建立数学模型，或通过比较不同菌株或同一菌株在不同条件下各个层次组学差异以阐明生命活动规律，以此进行代谢工程设计的尺度多层次的系统生物学方法，成为了各国科学家研究的重点方向。
生物反应器：在生物反应器研究方面，自动化、多功能和高效率的新型生物反应器一直是近年来研究的热点。包括人工生物反应器和天然生物反应器，比如微生物、动物和植物表达系统等，研究主要集中在将分离技术和生物反应过程结合开发出高效率的生物反应器，比如超临界反应器和膜反应器等，以及研究生物反应机理、反应过程参数传感器的研制、自动化控制系统和数学模型的建立等，特别是参数控制方面的研究和固体发酵生物反应器的开发是研究的两个重点领域。
安全检测：此外，生物技术，如酶联免疫吸附测定(ELISA)、聚合酶链式反应(PCR)和DNA芯片技术等用于食品微生物、毒素以及残留药物等食品安全检测方面也显示出其灵敏度高、特异性强、简便快捷等优势，逐渐成为食品安全研究的重要方向。