Chapter_4_生物分离--膜分离

《生物分离技术》教学大纲课程编号：0241005课程性质：专业特色课学时/学分：32/2适用专业：生物工程；生物制药一、课程简介《生物分离技术》是一门研究生物分离过程基本原理及规律的学科，是生物工程专业中的一门重要的技术基础课程。

生物分离技术主要研究生化工程中生物制品的分离和纯化，课程主要讲授传质与生化分离工程的原理和应用，以及生化分离过程中一些主要的分离单元操作和分离工程领域的研究进展及其动态。

《生物分离技术》的教学内容，以不溶物去除、粗分离、纯化和精制的四个阶段来展示生物分离过程的基本原理与应用实践，主要教学内容涉及发酵液的预处理、细胞破碎、萃取法、离子交换法、吸附法、层析分离法、膜分离法、结晶和干燥等单元操作原理及其在生物工程技术领域的应用。

Bioseparation Technology is a course related to the basic principles and rules of bio-separation processes,which is a fundamental course for the students of bioengineering.Bioseparation technology mainly focus on separation and purification of bioproducts from bioprocesses.This course covers theories related to bioseparation engineering and its applications,unit operations, and recent advances in bioseparation engineering area.The content of Bioseparation Technology includes four parties,such as removal of insoluble substances,crude separation,purification and refining.All of them demonstrate the details of bioseparation process and its application practices,including pretreatment of fermentation broth, cell disruption,solvent extraction,ion exchange,adsorption,chromatography,membrane separation,crystallization and drying unit operation.二、教学目的与要求课程的目的通过理论学习，扩大学生对生物分离技术的认识，培养生物提取和分离方面具有一定工程知识的生物工程技术专业人才。

第一章膜分离技术1.1基本概念1.1.1膜（membrane）是什么？膜，是指在一种流体相内或是在两种流体相之间有一层薄的凝聚相，它把流体相分隔为互不相通的两部分，并能使这两部分之间产生传质作用。

1.1.2特性：1)不管膜多薄，它必须有两个界面。

这两个界面分别与两侧的液体相接触。

2)膜传质有选择性，它可以使流体相中的一种或几种物质透过，而不允许其他物质透过。

1.1.3膜分离过程的原理以选择性膜为分离介质，通过在膜两边施加一个推动力（如浓度差、压力差或电位差等）时，使原料侧组分选择性地透过膜，以达到分离提纯的目的。

通常膜原料侧称为膜上游，透过侧称为膜下游。

1.1.4膜分离的特点1)操作在常温下进行；2)能耗较低3)在很多情况下选择性较高；4)浓缩和纯化可在一个步骤内完成；5)设备易放大，可以分批或连续操作；1.1.5膜的分类1)按孔径大小：微滤膜、超滤膜、反渗透膜、纳滤膜2)按膜结构：多孔膜、致密膜、液膜：前者微滤膜、超滤膜、纳滤膜，中者反渗透膜、渗透蒸发3)按材料分：合成有机聚合物膜、无机材料膜4)按截留分子量：微滤（0.02-10um）、超滤（50-100nm）、纳滤（1nm）、反渗透膜（200Dalton）1.1.6膜分离过程的主要推动力1.2膜分离的理论基础1.2.1膜分离的实质1)溶解速率：与膜表面接触的溶质进入膜内的速率2)扩散速率：溶质进入膜后从膜的一侧到达另一侧的速率1.2.2物质透过膜的方式：被动传递、促进传递、主动传递1)被动传递：物质由高化学位相向低化学位相传递，这一化学位差就是膜分离的推动力2)促进传递：膜内有载体，在高化学位一侧，载体同被传递的物质发生反应，而在低化学位一侧又将被传递的物质释放，这种传递过程有很高的选择性。

3)主动传递：膜中的载体同被传递物质在低化学位侧发生反应并释放能量，使被传递物质由低化学位一侧被传递到高化学位一侧，物质的传递方向为逆化学位梯度方向。

推动力：压力差、浓度差、电位差、温度差1.2.3截留率膜对溶质的截留能力以截留率R表示R＝1－Cp／Cr式中Cp和Cr分别表示透过液（Permeate）和截留液（Retentate）的浓度。

生物膜分离技术生物膜分离技术是一种用于分离和提取膜结构的新型技术。

它广泛应用于生物制药、环境工程、食品加工等领域。

本文将介绍生物膜分离技术的原理、应用和前景。

一、生物膜分离技术的原理生物膜分离技术是基于生物界面化学的原理，利用生物膜对物质的选择性吸附和分离进行操作。

主要原理包括渗透压、表面电荷和亲疏水性等因素的相互作用。

通过调整这些因素，可以实现对不同成分的选择性分离。

二、生物膜分离技术的应用2.1 生物制药领域生物膜分离技术在生物制药领域具有重要的应用价值。

通过对菌层的生物膜进行分离和提取，可以获得纯净的菌体和细胞内产物，从而提高生物制药的产量和纯度。

此外，生物膜分离技术还可以用于分离和提纯重组蛋白、抗体和酶等生物制品。

2.2 环境工程领域在环境工程领域，生物膜分离技术可以用于废水处理和污泥处理等方面。

通过将废水通过含有特定菌层的膜进行过滤，可以有效地去除污染物和细菌，实现废水的净化和回收。

此外，生物膜分离技术还可以用于处理污泥中的有机物和重金属等物质。

2.3 食品加工领域在食品加工领域，生物膜分离技术可以用于提取食品中的活性成分和功能性物质。

例如，可以利用生物膜分离技术从葡萄酒中提取多酚类物质，从乳制品中提取乳酸菌等。

这样不仅可以提高食品的品质和保鲜期，还可以开发出更多的新产品。

三、生物膜分离技术的前景生物膜分离技术作为一种新型的分离提取技术，在各个领域都有广阔的应用前景。

首先，生物膜分离技术相比传统的分离技术具有更高的选择性和效率，能够更好地满足人们对纯净产品的需求。

其次，生物膜分离技术具有可持续发展的特点，能够实现资源的循环利用和废物的减少。

最后，随着生物膜分离技术的不断研究和发展，将会有更多的创新和应用出现，为人们的生活和产业带来更多的机遇和挑战。

综上所述，生物膜分离技术是一项具有重要应用价值和发展前景的新型技术。

通过对其原理和应用的研究，可以更好地推动其在不同领域的应用和发展，促进科技创新和经济发展。

生物分离工程的原理是什么生物分离工程是一种利用生物化学和生物技术原理，通过物理、化学和生物学方法对生物体进行分离、提纯和纯化的过程。

它是一门综合性学科，涵盖了许多领域的知识和技术，如生物物理学、生物化学、分子生物学、生物工程等。

其核心原理是基于不同生物体的差异性，通过合适的实验设计和操作步骤，将目标物质从混合物中有效地分离出来。

生物分离工程的主要原理包括：1. 物理分离原理：物理分离是通过物料的物理性质进行分离，常用的方法包括离心、超滤、膜分离等。

离心是利用物料的不同密度和体积进行离心分离，如离心机可以分离细胞沉淀和液体上清。

超滤是利用滤膜的分子筛效应，根据分子尺寸的不同分离物质，常用于分离大分子如蛋白质和脱盐。

膜分离是利用逆渗透、微滤膜等，通过膜孔的大小和物料的压力差分离目标物质。

2. 化学分离原理：化学分离是利用物料的化学性质进行分离，常用的方法包括酸碱沉淀、吸附分离、电泳等。

酸碱沉淀是通过改变溶液pH值，使某些物质在酸或碱条件下形成不溶性沉淀，从而实现分离的目的。

吸附分离是利用物料在吸附介质上的亲和性差异进行分离，如利用离子交换树脂进行蛋白质与离子的吸附分离。

电泳是利用电场对带电物质进行迁移，根据它们的电荷、尺寸和形状的差异进行分离，如凝胶电泳可用于分离核酸。

3. 生物分离原理：生物分离是利用生物体本身的特性进行分离，如利用免疫反应进行分离，常用的方法有免疫吸附分离、免疫磁珠分离等。

免疫吸附分离是利用抗体与特定抗原间的特异性相互作用，将目标物质从混合物中吸附分离出来。

免疫磁珠分离是将磁性微珠与特异性抗体结合，形成抗原-抗体-磁珠复合物，通过外加磁场使复合物在液相中快速沉降，实现目标物质的分离。

此外，生物分离工程还可以应用到各种类型的生物体中，如微生物、植物和动物细胞等。

不同的生物体要素和目标物质的特性决定了最适合使用的分离方法。

生物分离工程在生物工业、医药制造和农业领域具有广泛应用，如制药过程中的药物提取和纯化、农田灌溉水的净化等。