微孔濾膜過濾技術(shù)
　　
　　摘要：微孔濾膜過濾技術(shù)作為一門新型的分離、濃縮、提純及凈化技術(shù),近30年來發(fā)展迅速,已經(jīng)在石油化工、輕工紡織、食品、醫(yī)藥、環(huán)保等多個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。膜分離技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、占地面積小,處理過程中無相變及不會(huì)產(chǎn)生新的污染物質(zhì)、分離效果好等優(yōu)點(diǎn),近年來在水處理領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。本文就膜過濾的研究進(jìn)展，膜材料以及它的應(yīng)用作簡(jiǎn)要綜述。
　　
　　關(guān)鍵詞：微孔濾膜;、過濾器、過濾技術(shù);除菌；微孔膜應(yīng)用
　　
　　正文：
　　
　　20世紀(jì)80年代以來,生命科學(xué)和生物工程技術(shù)的發(fā)展日新月異,生物產(chǎn)品（如酶、抗體、抗原、受體）的種類越來越多.這些制品通常是從發(fā)酵液中或天然產(chǎn)品中提取,再經(jīng)純化而得到的產(chǎn)品.由于目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量小,通常又與底物、細(xì)胞等混雜在一起,濃度很低,且生物產(chǎn)品與傳統(tǒng)的化工產(chǎn)品不一樣,它們一般都具有生物活性,對(duì)分離操作條件要求比較苛刻.傳統(tǒng)的化工分離方法如精餾、沉降、結(jié)晶等都難以達(dá)到要求.膜分離是20世紀(jì)60年代以來發(fā)展較快的一項(xiàng)分離技術(shù),它具有操作條件溫和、無污染、無相變等特點(diǎn),在許多方面都得到了應(yīng)用,象微濾、超濾已應(yīng)用于生物化工和醫(yī)藥行業(yè)中.膜分離是根據(jù)分子大小不同來實(shí)現(xiàn)分離的,一般相對(duì)分子質(zhì)量相差10倍以上的物系才具有分離作用,因此它還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生化分離的需要.而生物親和作用是生物分子之間的可逆專一性識(shí)別作用,具有*的選性.
　　
　　20世紀(jì)70年代以來,利用生物親和相互作用,分離蛋白質(zhì)等生物大分子的親和純化技術(shù)迅速發(fā)展.其中親和層析技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用,但是親和層析法亦存在許多難以克服的缺點(diǎn):1）親和載體價(jià)格昂貴,使用壽命短;2）色譜柱易堵塞和污染,需對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理以除去顆粒性雜質(zhì);3）難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)操作和規(guī)模放大.目前親和層析法僅局限于價(jià)值*的生物活性物質(zhì)的小批量純化.為克服膜過濾和親和層析的缺點(diǎn),發(fā)展了親和2膜過濾技術(shù),不僅利用了生物分子的識(shí)別性能,分離低濃度的生物制品,而且微孔濾膜的滲透性及通量大,能在純化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)濃縮,此外還有操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、便于大規(guī)模生產(chǎn)的特點(diǎn),發(fā)展前景引人矚目。
　　
　　1膜過濾的分類
　　
　　1．1微孔過濾膜微孔過濾膜的孔徑O．1～l0微米，多為對(duì)稱性多孔膜，可分離大的膠體粒子和懸浮微粒，適用在低壓（<0．3Mpa）條件下過濾，如應(yīng)用于制備無菌水、藥品、飲料和酒類過濾。
　　
　　1．2超濾膜孔徑為0．001～0．1微米，一般為非對(duì)稱性膜?？煞蛛x淀粉、果膠及懸浮固形物等大的合成分子。截留分子量范圍一般為500到50萬。純水工作壓力為0．3Mpa，一般在常溫下進(jìn)行操作。特別適用于熱敏性物質(zhì)的濃縮與分離。如應(yīng)用超濾裝置對(duì)乳制品、生物制品、果酒、果汁的分離和提純、蛋白質(zhì)濃縮、飲用純凈水等。隨著生物技術(shù)的飛速發(fā)展。超濾膜分離技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用越來越廣泛。目前已在酶制劑、疫苗、藥物、基因生物制品、農(nóng)用抗菌素、鉤端螺旋體菌苗和馬血清生物制劑的分離、濃縮和提純中應(yīng)用。近年來在酶膜應(yīng)器中．大規(guī)模細(xì)胞培養(yǎng)方面也有新的進(jìn)展。
　　
　　1．3反滲透膜其孔徑0．000l～0．0ol微米．工作壓力比超濾膜的高。通常反滲透膜運(yùn)行的切割分子量小于500。能截留鹽或小分子量有機(jī)物，使水選擇性通過或氣體通過。如應(yīng)用在海水脫鹽、天然氣提純、回收有機(jī)物蒸汽、氣體分離技術(shù)、制備富氧空氣、干燥氮?dú)?、氧氮分離、氫氮分離、果汁和蔬菜汁加工等。從合成氨氣中回收氫，亦適用于石化行業(yè)中的尾氣提純．屬2O世紀(jì)9O年代的世界*。國(guó)外為滿足各種不同用途的需要，增加薄膜強(qiáng)度及使用壽命，已開發(fā)薄膜與金屬網(wǎng)的復(fù)合物，薄膜與優(yōu)選織物的復(fù)合物。雙層、3層、強(qiáng)化薄膜及帶電荷薄膜等新品種。
　　
　　1．4納濾膜過濾精度孔徑0．0005-0．0o5微米，切割分子量為200～l000；通過濾膜的溶質(zhì)介于傳統(tǒng)分離范圍的超濾和反滲透之間，如鹽類。適用范圍為海水淡化、超純水、多糖、乳酸、酪素和抗菌素濃縮等。
　　
　　2微孔濾膜過濾的應(yīng)用
　　
　　2.1醫(yī)藥行業(yè)中的應(yīng)用
　　
　　早在一百多年前,國(guó)外就有微孔濾膜的生產(chǎn),但只是在近30年才在制藥行業(yè)得到應(yīng)用,用于醫(yī)院大輸液的過濾僅有十幾年的歷史。一般過濾除菌處理流程是由粗過濾、預(yù)過濾和除菌過濾3個(gè)過濾單元組成,各過濾單元選用的基本準(zhǔn)則是粗過濾價(jià)格要便宜,預(yù)過濾精度要合適,除菌過濾必須可靠。除菌方式包括:篩分?jǐn)r截、嵌入攔截、擴(kuò)散攔截和吸附攔截。在我國(guó)制藥業(yè)已經(jīng)使用微濾（濾膜孔徑<0.22μm）技術(shù)對(duì)澄清的藥液再次除菌、除熱原。亦有使用超濾方法去除抗生素中熱原物質(zhì),此法是一種通過美國(guó)食品與藥品管理局（FDA）認(rèn)證的除熱原方法,其原理是使用孔徑小于熱原分子量的超濾膜截?cái)酂嵩?讓料液通過,具有設(shè)備操作簡(jiǎn)便、材質(zhì)不污染料液、獲得率高、質(zhì)量好、勞動(dòng)強(qiáng)度小的優(yōu)點(diǎn),可廣泛應(yīng)用于針劑、原料、注射用水等產(chǎn)品的生產(chǎn)。我國(guó)上海生物制品研究所,采用293型濾器對(duì)重組干擾素αlb及γ進(jìn)行過濾除菌,過濾后對(duì)干擾素活性無影響,熱原物質(zhì)均能達(dá)到肌肉注射標(biāo)準(zhǔn),無菌檢測(cè)合格。山東泰安生物制品研究所,應(yīng)用微濾（濾膜孔徑0.22μm）技術(shù)對(duì)胸腺素注射液進(jìn)行除菌過濾,并試用于蛋白制品、轉(zhuǎn)移因子的除菌,其除菌過濾效果穩(wěn)定可靠,損失率少;但不同制品其過濾速度有較大差別,胸腺素、轉(zhuǎn)移因子等制劑可直接用微孔濾膜代替石棉板除菌,對(duì)于未澄清、粘度大的制品可在除菌前運(yùn)用0.8μm以上的濾膜預(yù)濾,再進(jìn)行除菌,可達(dá)到滿意效果。
　　
　　2.2食品工業(yè)上的應(yīng)用
　　
　　傳統(tǒng)的食品消毒方法,多采用加熱殺菌法,但會(huì)給食品的品質(zhì)帶來不利的影響,如變色、變味、營(yíng)養(yǎng)損失等。隨著人們生活和消費(fèi)水平的提高以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,一些非加熱的消毒技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并逐漸在實(shí)踐中得到推廣應(yīng)用,過濾即是常用的手段之一。在糖廠、酒廠及清涼飲料廠,過濾除菌技術(shù)常用于去除粗糖液、酒及水質(zhì)中可能污染的細(xì)菌。日本早已把過濾技術(shù)應(yīng)用于鮮啤酒生產(chǎn)。其目的是除去混濁懸浮物（主要是酒花樹脂、單寧、蛋白質(zhì)等）及酵母、乳酸菌等微生物,改善口味和提高透明度。美國(guó)、德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在二十世紀(jì)80年代初已在生鮮啤酒生產(chǎn)中采用了濾膜過濾技術(shù),而且應(yīng)用相當(dāng)普遍。國(guó)內(nèi)使用微孔膜錯(cuò)流過濾技術(shù),應(yīng)用于葡萄酒澄清工藝中,減少了產(chǎn)品的氧化,避免了芳香物、營(yíng)養(yǎng)素和功能成分（如白黎蘆醇等）的損失。亦有使用中空纖維超濾膜分離技術(shù)對(duì)成品醋進(jìn)行過濾,可在保留食醋原有鹽分、氨基酸、總酸度、pH值、還原糖等有效成分的同時(shí),有效去除細(xì)菌、大分子有機(jī)物、懸浮顆粒雜質(zhì)及部分有毒有害物質(zhì),其感官指標(biāo)和微生物指標(biāo)遠(yuǎn)低于GBl8187-2000固態(tài)發(fā)酵標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　2.3檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用
　　
　　2.3.1在臨床檢驗(yàn)中的應(yīng)用
　　
　　國(guó)內(nèi)醫(yī)療單位,在生化檢驗(yàn)中使用不同孔徑的微孔濾膜分離蛋白質(zhì),可以選擇性地截留血清或體液中各種不同分子量大小的蛋白質(zhì)。該方法簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)、用量少,是臨床檢驗(yàn)和科研工作中一種方便的分離蛋白質(zhì)方法;在微生物檢驗(yàn)中能提高結(jié)核菌及痢疾桿菌的檢出率;在免疫學(xué)檢驗(yàn)中利用硝酸纖維素膜-ELISA法可以檢測(cè)HBcAg,方法是將待測(cè)血清中乙肝病毒顆粒先與抗HBc作用,形成較大的免疫復(fù)合物顆粒,經(jīng)過濾濃集于NC膜上,然后在3mol/LNaCNS作用下裂解,暴露出HBcAg,與HRP-抗HBc反應(yīng)后顯色,在此微孔濾膜起濃縮作用。
　　
　　2.3.2微生物限度檢查
　　
　　在檢測(cè)75%乙醇溶液的微生物限度時(shí),取一定量的75%乙醇溶液用孔徑0.45μm薄膜過濾,再用無菌生理鹽水反復(fù)沖洗,在無菌狀態(tài)下移至營(yíng)養(yǎng)瓊脂平板,同時(shí)以無菌生理鹽水濾膜作陰性對(duì)照,在30℃條件下培養(yǎng),觀測(cè)結(jié)果。在檢測(cè)含抑菌成分的藥品微生物限度（細(xì)菌、霉菌酵母菌數(shù)）時(shí),使用濾膜過濾法與洗脫法比較,結(jié)果洗脫法不能正確反映被檢品染菌量,平均回收率僅為13%,而濾膜過濾法能定量反映被檢品的染菌量,平均回收率達(dá)97%,且操作方便、步驟少。該法采用了陶瓦蓋,所得菌落飽滿、凸現(xiàn),便于觀察、計(jì)數(shù)和分類定性。
　　
　　在檢測(cè)使用中消毒劑的微生物污染狀況時(shí),使用濾膜過濾法可去除抑菌物質(zhì),較真實(shí)的反映實(shí)際情況。在檢測(cè)液體食品和飲料中細(xì)菌總數(shù)和大腸菌群數(shù)、酵母菌、霉菌時(shí),采用濾膜過濾的方法,靈敏性、準(zhǔn)確性較高,檢出率高,可以代替平皿傾注法、多管發(fā)酵法。用濾膜過濾法在細(xì)菌培養(yǎng)過程中其代謝產(chǎn)物和拮抗物質(zhì)不易橫向擴(kuò)散,有利于菌落的獨(dú)立生長(zhǎng),避免菌落的遷延現(xiàn)象,排除了優(yōu)勢(shì)菌群的干擾,菌落易于分辨,提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。
　　
　　2.3.3水質(zhì)檢測(cè)[5]
　　
　　濾膜過濾技術(shù)在水質(zhì)微生物檢驗(yàn)方面應(yīng)用很廣,現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)ISO386-2-1988就是用濾膜法對(duì)銅綠假單胞菌進(jìn)行測(cè)定和計(jì)數(shù)。ISO7899-1984也是用濾膜法對(duì)糞鏈球菌進(jìn)行測(cè)定和計(jì)數(shù)。美國(guó)學(xué)者ThomasM等人曾用這些技術(shù)調(diào)查了哈得孫河口糞鏈球菌的情況〔21〕。濾膜可以濾過大量水樣,通過加大取樣量,對(duì)樣品進(jìn)行濃縮,這對(duì)于純凈水等采用直接取樣法不易檢出陽性的樣品,可以提高檢出率,具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。濾膜過濾與熒光技術(shù)相結(jié)合,可用來檢測(cè)大腸菌群,即采用能被β-GAD酶水解產(chǎn)生強(qiáng)熒光物4-甲基傘形酮（4-Mu）的4-甲基傘形基-β-半乳糖苷（簡(jiǎn)稱MUGAL）為底物,與濾膜技術(shù)相結(jié)合,使大腸菌群在微孔膜上形成特殊的熒光斑點(diǎn),以此來定量檢測(cè)飲用水及公共用品中的大腸菌群。此法亦能在定性鑒別上,與能產(chǎn)生熒光色素的假單胞菌__相區(qū)別。
　　
　　2.3.4消毒劑鑒定中的應(yīng)用
　　
　　在臭氧水對(duì)微生物的殺滅效果鑒定中,因臭氧水機(jī)連續(xù)不斷的產(chǎn)生臭氧水,且臭氧在水中的溶解度低、極易降解揮發(fā),故將新發(fā)生的臭氧水直接流到染菌濾膜（孔徑=0.45μm）上,同時(shí)開啟抽氣泵抽濾,使臭氧水連續(xù)不斷的作用至預(yù)定時(shí)間,來測(cè)定臭氧水機(jī)的殺菌效果。因?yàn)V膜孔徑小于細(xì)菌直徑,阻礙了細(xì)菌隨水流失,避免了樣機(jī)出水沖洗掉的細(xì)菌數(shù)被誤算為已殺滅的細(xì)菌數(shù),使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。在對(duì)植物消毒劑殺菌試驗(yàn)的過程中,分別采用過濾法及稀釋法去除殘留藥物,過濾法以貼膜的方式培養(yǎng)細(xì)菌,測(cè)得對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的殺滅率較稀釋法為高,表明過濾法有較好的去除殘留藥物作用。在對(duì)中草藥消毒劑殺菌試驗(yàn)的過程中,分別采用3%吐溫80、1%卵磷脂與濾膜過濾法來去除殘留的消毒劑,發(fā)現(xiàn)對(duì)金黃色葡萄球菌的殺滅率,濾膜法為低,表明前者所致細(xì)菌的復(fù)蘇率較濾膜法為低。采用微孔濾膜過濾和比濁法測(cè)試不同濃度的氧氟沙星噴霧劑稀釋液的體外殺菌效果,同時(shí)用菌落計(jì)數(shù)法進(jìn)行比較,并在掃描電鏡下觀察受作用后的菌態(tài)的變化。發(fā)現(xiàn)微孔濾膜可攔截供試菌,再用滅菌蒸餾水沖洗氧氟沙星作用后的帶菌濾膜可視為藥物已無殘余。與比濁法、菌落計(jì)數(shù)法相比,可得到等同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,并且更簡(jiǎn)便、快捷。
　　
　　2.3.5微菌落技術(shù)中的應(yīng)用
　　
　　細(xì)菌微菌落技術(shù)由于具有快速、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的特點(diǎn),國(guó)外學(xué)者已將其用于水、乳等食品的細(xì)菌數(shù)快速定量測(cè)定,將濾膜過濾法與其相結(jié)合,以抽濾方式將待測(cè)水樣lml接種于混合纖維素膜上,然后貼在瓊脂平板上37℃培養(yǎng)12h,取下膜透明處理、沙黃染色后顯微鏡計(jì)數(shù)。該方法能在13h內(nèi)報(bào)告結(jié)果,比常規(guī)平板計(jì)數(shù)法快近l倍,且結(jié)果可長(zhǎng)期保存,膜上的微菌落放置半年后,仍可清楚計(jì)數(shù)。在我國(guó)濾膜過濾技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用,但在濾膜的品種、規(guī)格及膜質(zhì)量與產(chǎn)業(yè)化方面與*水平比較還有相當(dāng)?shù)牟罹?可開發(fā)的領(lǐng)域、技術(shù)還十分廣泛,應(yīng)用中有許多問題有待去研究、解決、完善、提高。
　　
　　3結(jié)束語
　　
　　國(guó)外1748年就發(fā)現(xiàn)動(dòng)物膜的滲透現(xiàn)象。我國(guó)的膜分離技術(shù)與國(guó)外相比起步較晚，近年來已有較大進(jìn)展。如我國(guó)的無錫超濾設(shè)備廠自1985年以來。曾成功地承擔(dān)過75—71—08—09專題兩項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目．還擁有“微濾膜的塑壓工藝”和“雙向超濾膜管”兩項(xiàng)國(guó)家發(fā)明和“濾筒中間接頭”1項(xiàng)國(guó)家實(shí)用發(fā)明。上海原子能研究所具有水平的板式超濾器。由于膜過濾技術(shù)具有低耗、、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。[5]因此在食品加工領(lǐng)域有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前膜過濾技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室。存在的主要問題是膜組件的昂貴和使用過程中膜的污染和通量下降。隨著膜過濾技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域研究的逐步深入。新型膜材料和工藝將不斷出現(xiàn)，性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的過濾膜及膜組件將隨之產(chǎn)生。膜過濾技術(shù)也必將逐步在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。
　　
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