生物发酵工业中如何采用膜分离技术

　　抗生素的生产工艺大体分为发酵、过滤、浓缩和干燥四个过程。目前膜技术主要用于抗生素发酵液的澄清、产品的浓缩 和脱盐以及废液中抗生素的浓缩。发酵法生产的抗生素原液中 含4%生物残渣，不定的盐分，约0.1%-0.2%的抗生素。传统方法采 用溶剂萃取从发酵液中加以分离，再对萃取液进行真空蒸发即 得抗生素。但此法纯化和浓缩抗生素存在有机溶剂用量大，蒸发浓缩能耗高，操作环境差等缺点。
　　纳滤膜可用两种途径回收和纯化抗生素：一种是先用溶剂 萃取，再用纳滤膜浓缩，这一过程由于溶剂可循环利用，可节 约80%的成本；另一种是先用膜浓缩再用溶剂萃取，这一方法可 大大提高萃取设备的生产能力，降低溶剂的用量。在抗生素的 后处理过程中除纳滤膜用的较多外，超滤和反渗透也有较多应 用。采用微滤膜除去青霉素G发酵液中的菌丝体，青霉素G的回 收率可达98%。采用超滤和纳滤的组合分离技术，纯化浓缩林可 霉素发酵液，大大节省了溶媒和能源，缩短并优化了传统工艺路 线，提高产品收率及质量。青霉素提炼过程中使用超滤膜分离 技术可以去除蛋白质及其它大分子杂质，消除萃取时的乳化现 象，提高萃取过程的收率。硫酸卡那霉素和头孢菌素C的发酵滤 液使用合适的超滤膜进行处理，也取得了满意的结果。
　　氨基酸广泛应用于食品、医药工业以及作为动物饲料添加 剂，此外还用作某些特殊化合物的合成中间体。目前大多数氨 基酸均可利用微生物发酵法生产。在发酵法生产氨基酸工艺 中，可选用超滤膜将产液中的酵母菌截留并回收利用，透过液经 纳滤膜或反渗透膜进行浓缩，再经结晶法获得高纯度的氨基酸 产品，同时节约菌种培养费和分离能耗。另外，用纳滤膜可将氨 基酸生产中残液进行回收浓缩，既提高产量，又可减少污染。
　　维生素C（简称VC）是发酵法生产维生素的典型产品。VC 是山梨醇在细菌作用下发酵形成制备VC的中间体——2-酮 基-L-古龙酸，古龙酸经提纯后进一步转化生产的。由于采用细 菌发酵，发酵液中残留着菌丝体、蛋白质和悬浮微粒等杂质， 采用超滤膜系统可以省去了预处理、加热、离心等工序，既降低 了能耗，又提高了古龙酸的收率；用膜技术处理VC发酵液已进 行了大量的研究，并成功实现了工业化。
　　酶是一种具有高度催化活性的特殊蛋白质。对工业生产 的液体酶制剂，必须进行浓缩提纯。传统生产工艺是发酵、 絮凝沉淀、过滤、溶剂萃取、真空蒸发、干燥，其生产过程能 耗高、酶失活率高、收率低。常用酶制剂的分子质量在10000- 100000Dal之间，这个范围恰好在超滤技术应用的范围之内。用 膜技术对酶发酵液进行浓缩提纯，在常温下操作，减少了温度 对酶制剂质量的影响，去掉了蒸发过程中的相变化，能耗低， 操作简单，不用或少用溶剂，减少溶剂消耗量和溶剂回收费 用。
　　总之，对于20世纪下半世纪开始发展的发酵工业，膜技术 由于其在分离过程中不涉及相变，无二次污染，又由于分离中具 有生物膜浓缩富集的功能，同时它操作方便，结构紧凑，维修费 用低，易于自动化，因而已在多种发酵产品的后处理过程中得 到应用。用膜技术处理发酵液可根据物质分子量的大小去掉与 目的产物分子量相差较大的各类杂质，提高发酵液质量，有利 于后继工艺过程的进行，提高产品纯度和收率，减少溶剂消耗 量，降低能耗。其中用的最多的是微滤、超滤、纳滤和反渗透, 应用范围主要集中在抗生素、维生素、氨基酸、酶制剂等方面。 发酵产物分离、精制的方法主要有沉淀法、盐析法、溶媒抽提 法、吸附法等。除了这些主要的分离过程外，还必须辅之以菌体 分离、浓缩、脱色、结晶等过程。