膜技術在生物酶氨基酸轉化中分離純化的應用

張玉鋒++何連順++米造吉++李斌水++馬靜++張慶斌

摘 要：現代膜分離技術過程無相變，低能耗，操作簡便，易控制，自動化程度高，應用于生物合成分離的生產有很高的開發價值。通過實驗進行了膜分離技術的應用，結果表明在處理硫酸胍料液中，采用陶瓷復合膜可以提升料液透光度至98.5%以上，效果明顯，采用納濾復合膜應用技術處理精氨酸料液、丙氨酸料液，收率均在96.5%以上，物料總物恒均在99.5%以上。

關鍵詞：氨基酸純化 膜技術 生產應用

中圖分類號：TS190.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）05（a）-0068-02

該文綜合研究了膜分離技術在氨基酸行業生物合成分離生產中的分級、純化及濃縮效果，從操作過程看，膜分離應用技術優勢明顯。

1 陶瓷復合膜

1.1 處理過程

陶瓷膜又稱無機陶瓷膜，膜管壁密布微孔，在一定的壓力作用下，原料液在膜管內或膜外側流動，小分子物質（或液體）透過膜，大分子物質（或固體）被膜截留，從而達到分離、濃縮、純化和環保等目的[1]。酶促合成硫酸胍反應結束，用管式離心機、活性炭分離和陶瓷膜進行處理，對比透光度數據下表1～3所示。

1.2 分析結論

通過以上數據對比，可以看出，氨基酸生物酶轉化結束后，通過離心、活性炭處理和陶瓷復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、酯類物質等雜質后，在收率方面也能很好地滿足生產的需求，總收率可以達到98%以上。采用離心機安全操作注意事項較多，設備維護、放料過程控制繁瑣，采用活性炭處理會產生大量的固體廢棄物，不利于節能環保的生產。綜合考慮，陶瓷復合膜更適應該產品的使用。

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或低價離子透過[2]，以下是精氨酸和丙氨酸在生物酶制備中通過卷式膜的實驗數據應用。

2.1 處理過程

篩選小于溶質分子量的納濾膜，無機鹽分滲透出，膜內物料用清水洗滌，將無機鹽分充分濾出，精氨酸利用150 nm納濾膜分離鹽分，數據見表4所示。篩選大于溶質分子量的納濾膜，分子量較大的雜質攔截在膜內，膜內含料液用清水洗滌，溶質有效成分的料液濾出，同時納濾膜對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，數據如表5所示：

2.2 分析結論

不同分子量的物質，根據分子量的大小進行膜孔徑的篩選，分子量小的物質用孔徑大的納濾膜會滲透通過卷式膜，膜內有效成分會透出膜孔，造成物料損失，所以，在進行納濾處理時，選擇膜孔徑、材質、膜模式是必須要考慮的問題[3]。

通過以上數據可以看出，精氨酸滲透清液收率為98%以上，同時納濾膜對將物料起到濃縮的作用，鹽分去除效果明顯，電導由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，同時納濾膜對將物料起到脫色的作用，滲透清液為無色透明。

3 復合膜應用優勢

與傳統分離方法相比，復合膜應用技術具有以下特點：（1）操作過程是在常溫下進行，條件溫和無成分破壞，因而特別適宜對熱敏感的料液。（2）過程不發生相變化，無需加熱，能耗低，無需添加化學試劑，無污染，是一種節能環保的分離技術。（3）膜應用技術分離效率高，過程幾乎無物料損失，濃相一般占比≤3%，可進行工序前置處理或噴霧干燥進行后處理，做成動物飼料或添加劑，實現經濟效益。（4）過程僅采用壓力差作為膜分離的動力，因此，分離裝置簡單、流程短、操作簡便、易于控制和維護。

綜上，高分子膜技術將會越來越廣泛地應用到生物酶合成、轉化等生產中，其特有的分離純化性能將發揮出其獨特的優勢，并將產生更高的經濟價值和社會效益。。

參考文獻

[1] 陳建行，劉鷺，孫顏君，等.酪蛋白膠束粉的陶瓷膜分離生產工藝[J].農業工程學報，2013（9）：256-266.

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

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