添加助滤剂，提高过滤速度和分离效果-生物技术与工程概论

过滤（filter）是借助于过滤介质将不同大小、不同形状的物质分离的技术过程。过滤介质常用的有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属和各种高分子膜等。根据过滤介质的不同，过滤可以分为膜过滤和非膜过滤两大类；根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同，过滤又可以分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大类。它们的主要特性如表2-2所示。

表2-2　过滤的分类及其特性

（一）非膜过滤

采用高分子膜以外的材料，如滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属等作为过滤介质的分离技术称为非膜过滤，包括粗滤和部分微滤。

1.粗滤

借助于过滤介质截留悬浮液中直径大于2μm的大颗粒，使固形物与液体分离的技术称为粗滤（coarse filter）。通常所说的过滤就是指粗滤。

粗滤主要用于分离酵母、霉菌、动物细胞、植物细胞、培养基残渣及其他大颗粒固形物。粗滤所使用的过滤介质主要有滤纸、滤布、纤维、多孔陶瓷、烧结金属等。

为了加快过滤速度，提高分离效果，粗滤经常需要添加助滤剂。常用的助滤剂有硅藻土、活性炭、纸粕等。

根据推动力的产生条件不同，过滤有常压过滤、加压过滤、减压过滤三种。

（1）常压过滤：以液位差为推动力的过滤。实验室常用的滤纸过滤以及生产中使用的吊篮或吊袋过滤都属于常压过滤。

（2）加压过滤：以压力泵或压缩空气产生的压力为推动力。生产中常用各式压滤机进行加压过滤。添加助滤剂、降低悬浮液黏度、适当提高温度等措施，均有利于加快过滤速度和提高分离效果。

（3）减压过滤：又称为真空过滤或抽滤，是通过在过滤介质的下方抽真空的方法，以增加过滤介质上下方之间的压力差，推动液体通过过滤介质，而把大颗粒截留的过滤方法。实验室常用的抽滤瓶和生产中使用的各种真空抽滤机均属于此类。减压过滤需要配备有抽真空系统。由于压力差最高不超过0.1MPa，多用于黏性不大的物料的过滤。

2.微滤

微滤（microfiltration）又称为微孔过滤。微滤介质截留的物质颗粒直径为0.2～2μm，主要用于细菌、灰尘等光学显微镜可以看到的物质颗粒的分离。

非膜微滤一般采用微孔陶瓷、烧结金属等作为过滤介质。也可采用微滤膜为过滤介质进行膜分离。

（二）膜分离技术

借助于一定孔径的高分子薄膜，将不同大小、不同形状和不同特性的物质颗粒或分子进行分离的技术称为膜分离技术（membrane separation technology）。膜分离技术使用的薄膜主要是由丙烯腈、醋酸纤维素、赛璐玢及尼龙等高分子聚合物制成的高分子膜，有时也可以采用动物膜等。根据物质颗粒或分子通过薄膜的原理和推动力的不同.膜分离可以分为以下三大类。

1.加压膜分离

加压膜分离是以薄膜两边的流体静压差为推动力的膜分离技术。在静压差的作用下，小于孔径的物质颗粒穿过膜孔，而大于孔径的颗粒被截留。(www.xing528.com)

根据所截留的物质颗粒的大小不同，加压膜分离可分为微滤、超滤和反渗透等三种。

①微滤（microfiltration）。

以微滤膜（也可以用非膜材料）作为过滤介质的膜分离技术。微滤膜所截留的颗粒直径为0.2～2μm。微滤过程所使用的操作压力一般在0.1MPa以下。

在实验室和生产中通常利用微滤技术除去细菌等微生物，达到无菌的目的。

②超滤（ultrafiltration）

超滤又称超过滤，是借助于超滤膜将不同大小的物质颗粒或分子分离的技术。超滤膜截留的颗粒直径为20～2000A°，相当于分子质量为1×103～5×105Da。超滤主要用于分离病毒和各种生物大分子。

膜的透过性一般以流率表示。流率是指每平方厘米的膜每分钟透过的流体的量。超滤时流率一般为0.01～5.0ml/（cm2·min）。影响流率的主要因素是膜孔径的大小。膜的孔径大，流率也大。此外，颗粒的形状与大小、溶液浓度、操作压力、温度和搅拌等条件对超滤流率也有显著影响。

在酶的超滤分离过程中，压力一般由压缩气体来维持，操作压力一般控制在0.1～0.7MPa。

③反渗透（reverse osmosis）反渗透膜的孔径小于20A°，被截留的物质分子质量小于1000Da，操作压力为0.7～13MPa，主要用于分离各种离子和小分子物质。

2.电场膜分离

电场膜分离（electric field of membrane separation）是在半透膜的两侧分别装上正、负电极，在电场作用下，小分子的带电物质或离子向着与其本身所带电荷相反的电极移动，透过半透膜而达到分离的目的。电渗析和离子交换膜电渗析即属于此类。

①电渗析。

在外加电场的的作用下，水溶液中的阴、阳离子会分别向阳极和阴极移动，如果中间再加上一种交换膜，就可能达到分离浓缩的目的，称为电渗析。电渗析器中交替排列着许多阳膜和阴膜，分隔成小水室。当酶液进入这些小室时，在直流电场的作用下，溶液中的离子就做定向迁移。阳膜只允许阳离子通过而把阴离子截留下来，阴膜只允许阴离子通过而把阳离子截留下来，从而使酶得到分离和浓缩。渗析时要控制好电压和电流强度，渗析开始的一段时间，由于中心室溶液的离子浓度较高，电压可以低一些；当中心室的离子浓度较低时.要适当提高电压。

电渗析主要用于酶液或其他溶液的脱盐、海水淡化、纯水制备及其他带电荷小分子的分离。也可以将凝胶电泳后的、含有蛋白质或核酸等的凝胶切开，置于中心室，经过电渗析使带电荷的大分子从凝胶中分离出来。

②离子交换膜电渗析。

离子交换膜电渗析的装置与一般电渗析相同，只是以离子交换膜代替一般的半透膜而组成。离子交换膜的选择透过性比一般半透膜强。离子交换电渗析用于酶液脱盐、海水淡化，以及从发酵液中分离柠檬酸、谷氨酸等带有电荷的小分子发酵产物等。

3.扩散膜分离

扩散膜分离是利用小分子物质的扩散作用，不断透过半透膜扩散到膜外，而大分子被截留，从而达到分离效果。常见的透析就是属于扩散膜分离。透析膜可用动物膜、羊皮纸、火棉胶或赛璐玢等制成。透析主要用于酶等生物大分子的分离纯化，从中除去无机盐等小分子物质。