膜技術(shù)在生物酶氨基酸轉(zhuǎn)化中分離純化的應(yīng)用

張玉鋒++何連順++米造吉++李斌水++馬靜++張慶斌

摘 要：現(xiàn)代膜分離技術(shù)過(guò)程無(wú)相變，低能耗，操作簡(jiǎn)便，易控制，自動(dòng)化程度高，應(yīng)用于生物合成分離的生產(chǎn)有很高的開(kāi)發(fā)價(jià)值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了膜分離技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)果表明在處理硫酸胍料液中，采用陶瓷復(fù)合膜可以提升料液透光度至98.5%以上，效果明顯，采用納濾復(fù)合膜應(yīng)用技術(shù)處理精氨酸料液、丙氨酸料液，收率均在96.5%以上，物料總物恒均在99.5%以上。

關(guān)鍵詞：氨基酸純化 膜技術(shù) 生產(chǎn)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TS190.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）05（a）-0068-02

該文綜合研究了膜分離技術(shù)在氨基酸行業(yè)生物合成分離生產(chǎn)中的分級(jí)、純化及濃縮效果，從操作過(guò)程看，膜分離應(yīng)用技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。

1 陶瓷復(fù)合膜

1.1 處理過(guò)程

陶瓷膜又稱無(wú)機(jī)陶瓷膜，膜管壁密布微孔，在一定的壓力作用下，原料液在膜管內(nèi)或膜外側(cè)流動(dòng)，小分子物質(zhì)（或液體）透過(guò)膜，大分子物質(zhì)（或固體）被膜截留，從而達(dá)到分離、濃縮、純化和環(huán)保等目的[1]。酶促合成硫酸胍反應(yīng)結(jié)束，用管式離心機(jī)、活性炭分離和陶瓷膜進(jìn)行處理，對(duì)比透光度數(shù)據(jù)下表1～3所示。

1.2 分析結(jié)論

通過(guò)以上數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出，氨基酸生物酶轉(zhuǎn)化結(jié)束后，通過(guò)離心、活性炭處理和陶瓷復(fù)合膜處理均能提高料液的透光率，其中離心最高可以提高到90%，活性炭提高透光率到93%，陶瓷復(fù)合膜可以提高到98.5%以上，利用陶瓷膜分離菌體殘片、糖蛋白、酯類物質(zhì)等雜質(zhì)后，在收率方面也能很好地滿足生產(chǎn)的需求，總收率可以達(dá)到98%以上。采用離心機(jī)安全操作注意事項(xiàng)較多，設(shè)備維護(hù)、放料過(guò)程控制繁瑣，采用活性炭處理會(huì)產(chǎn)生大量的固體廢棄物，不利于節(jié)能環(huán)保的生產(chǎn)。綜合考慮，陶瓷復(fù)合膜更適應(yīng)該產(chǎn)品的使用。

2 納濾膜

納濾膜一般孔徑在1～2 nm之間，主要使溶劑分子或某些低分子量溶質(zhì)或低價(jià)離子透過(guò)[2]，以下是精氨酸和丙氨酸在生物酶制備中通過(guò)卷式膜的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2.1 處理過(guò)程

篩選小于溶質(zhì)分子量的納濾膜，無(wú)機(jī)鹽分滲透出，膜內(nèi)物料用清水洗滌，將無(wú)機(jī)鹽分充分濾出，精氨酸利用150 nm納濾膜分離鹽分，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4所示。篩選大于溶質(zhì)分子量的納濾膜，分子量較大的雜質(zhì)攔截在膜內(nèi)，膜內(nèi)含料液用清水洗滌，溶質(zhì)有效成分的料液濾出，同時(shí)納濾膜對(duì)將物料起到脫色的作用，丙氨酸利用300 nm納濾膜脫色分離雜質(zhì)，數(shù)據(jù)如表5所示：

2.2 分析結(jié)論

不同分子量的物質(zhì)，根據(jù)分子量的大小進(jìn)行膜孔徑的篩選，分子量小的物質(zhì)用孔徑大的納濾膜會(huì)滲透通過(guò)卷式膜，膜內(nèi)有效成分會(huì)透出膜孔，造成物料損失，所以，在進(jìn)行納濾處理時(shí)，選擇膜孔徑、材質(zhì)、膜模式是必須要考慮的問(wèn)題[3]。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，精氨酸滲透清液收率為98%以上，同時(shí)納濾膜對(duì)將物料起到濃縮的作用，鹽分去除效果明顯，電導(dǎo)由10.21 ms/cm降到了5.4 ms/cm；丙氨酸滲透清液收率為96.5%以上，同時(shí)納濾膜對(duì)將物料起到脫色的作用，滲透清液為無(wú)色透明。

3 復(fù)合膜應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)分離方法相比，復(fù)合膜應(yīng)用技術(shù)具有以下特點(diǎn)：（1）操作過(guò)程是在常溫下進(jìn)行，條件溫和無(wú)成分破壞，因而特別適宜對(duì)熱敏感的料液。（2）過(guò)程不發(fā)生相變化，無(wú)需加熱，能耗低，無(wú)需添加化學(xué)試劑，無(wú)污染，是一種節(jié)能環(huán)保的分離技術(shù)。（3）膜應(yīng)用技術(shù)分離效率高，過(guò)程幾乎無(wú)物料損失，濃相一般占比≤3%，可進(jìn)行工序前置處理或噴霧干燥進(jìn)行后處理，做成動(dòng)物飼料或添加劑，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。（4）過(guò)程僅采用壓力差作為膜分離的動(dòng)力，因此，分離裝置簡(jiǎn)單、流程短、操作簡(jiǎn)便、易于控制和維護(hù)。

綜上，高分子膜技術(shù)將會(huì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用到生物酶合成、轉(zhuǎn)化等生產(chǎn)中，其特有的分離純化性能將發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，并將產(chǎn)生更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳建行，劉鷺，孫顏君，等.酪蛋白膠束粉的陶瓷膜分離生產(chǎn)工藝[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013（9）：256-266.

[2] 陳歡林，戴興國(guó)，吳禮光.反滲透、納濾膜技術(shù)脫除小分子有機(jī)物的研究進(jìn)展[J].膜科學(xué)與技術(shù)，2009（3）：1-10.

[3] 管萍，胡小玲，范曉東，等.納濾膜分離技術(shù)分離純化多肽和氨基酸[J].化學(xué)通報(bào)，2006（2）：91-94.