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2025年3月7-8日
SynBio China第三届中国合成生物学及生物制造年会
展位号： A25
膜分离技术作为一种高效、节能的分离技术，在合成生物领域的多个工艺段都有重要应用，主要包括发酵液预处理、产物分离与纯化、生物反应过程强化等方面，以下是详细介绍：
· 液体 分离 ： 在合成生物发酵结束后，发酵液中通常含有微生物细胞、未反应的底物、代谢产物等多种成分。膜分离技术中的微滤（MF）和超滤（UF）可以有效地实现液体分离，截留微生物细胞和较大的固体颗粒，让发酵液中的目标产物和小分子物质透过膜进入滤液，为后续的分离纯化步骤提供澄清的原料液，减轻后续处理单元的负荷。
· 去除杂质 ： 发酵液中可能存在一些胶体、蛋白质等杂质，这些杂质会影响后续产物的分离和纯化效果。通过选择合适孔径的超滤膜，可以根据分子大小对发酵液中的物质进行筛分，去除相对分子质量较大的杂质，提高目标产物的纯度。
· 浓缩富集 ： 对于发酵生产的低浓度产物，膜分离技术可用于浓缩富集。如反渗透（RO）和纳滤（NF）技术，它们能在压力驱动下，截留目标产物，使溶剂和小分子杂质透过膜，从而实现产物的浓缩。例如，在生产生物活性肽、氨基酸等小分子产物时，纳滤膜可以选择性地截留目标产物，将其浓缩数倍甚至数十倍，提高产物的浓度，有利于后续的进一步纯化和精制。
· 分级分离 ： 合成生物产物往往是多种成分的混合物，不同成分的分子大小和性质存在差异。利用膜分离技术的筛分原理，通过选择不同孔径的膜，可以对产物进行分级分离。例如，在多糖、蛋白质等生物大分子的生产中，超滤膜可以根据分子大小将不同相对分子质量的多糖或蛋白质进行分离，得到不同相对分子质量段的产物，满足不同应用场景的需求。
· 除盐与脱溶剂 ： 在一些合成生物产物的生产过程中，需要去除产物中的盐分或有机溶剂。纳滤膜对不同离子和小分子有机物具有不同的截留性能，可以实现盐分与产物的分离，达到除盐的目的。同时，通过调整膜分离的操作条件，如温度、压力等，也可以实现有机溶剂与产物的分离，达到脱溶剂的效果。
· 酶反应与膜分离耦合 ： 在合成生物的酶催化反应中，将酶固定在膜反应器内，底物通过膜进入反应器与酶接触发生反应，产物则通过膜分离出去。这种耦合方式可以实现酶的连续使用，提高酶的利用率，同时及时分离产物，避免产物积累对反应的抑制作用，提高反应的转化率和效率。例如，在生物柴油的生产中，利用脂肪酶催化油脂与醇的酯交换反应，将脂肪酶固定在膜上，通过膜分离技术及时分离出生成的生物柴油和甘油，使反应向正方向进行，提高生物柴油的产量。
· 细胞培养与膜分离耦合 ： 在细胞培养过程中，膜分离技术可以用于控制培养环境和产物分离。例如，采用透析膜或中空纤维膜反应器进行细胞培养，一方面可以通过膜的选择性透过性，向细胞提供营养物质，同时去除细胞代谢产生的废物和有害物质，维持细胞生长的良好环境；另一方面，对于分泌到细胞外的产物，可以通过膜分离及时将其从培养体系中分离出来，减少产物对细胞生长和代谢的影响，提高细胞的生长速率和产物的产量。
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