[发明专利]采用超声强化荷电超滤改善蛋白质分离行为的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种生命工程技术领域的分离方法，特别是一种采用超声强化荷电超滤改善蛋白质分离行为的方法。

背景技术

超滤是以压力为驱动力的膜过滤技术，能在较低的操作费用下实现高处理能力的一种分离过程，已广泛用于蛋白质、酶、干扰素、类毒素、抗毒素、血液制剂等的分离、浓缩、精制及洗滤等。但膜的低选择性和污染问题严重制约了超滤技术在蛋白质分离过程中的应用，是目前仍不能替代其它高附加值蛋白质分离的最主要原因。传统的超滤是基于物理筛分原理实现溶质分离的过程。超滤膜的高选择性必然是以牺牲膜的通量为代价的，若要获得较高的产物收率，则必须选择较小孔径的膜，但较小的膜孔径必然造成膜的透过系数减小，从而影响了产物的分离速度。因此在实际分离过程中必须权衡膜的选择性和透过通量之间的取舍关系，这最终限制了产物的分离速度和收率。

由膜污染引起的透过系数的减少是制约超滤在蛋白质分离中更广泛应用的另一关键问题。预处理料液、选用改性膜、优化操作条件和清洗膜是目前控制、减少膜污染的主要措施。不少研究显示湍流促进器、涡流混合、不稳态流、气喷流等技术也能有效减少膜污染并得到了一定的发展。近年来，利用外力场来强化超滤、减少膜污染的研究已引起越来越多的关注。外加电场强化超滤的相关研究报道较多，但由于处理的对象(需带荷电)有限，电极表面易电解，料液中离子的复杂性和高过程能耗等使之工业化应用推广受到限制。利用超声在流体传递过程中产生的空化作用、声冲流，辐射压力以及溶质的分散、凝集和变化等特性，超声技术已在悬浮分离、细胞破碎提取、萃取、结晶、乳化和破乳、超声清洗等各工业过程得到了广泛应用。已有研究表明利用外加超声场作用的强化超滤可减缓污染层的形成速度，同时对已形成的污染层进行自动、及时、在线地清洗，有效地提高超滤速度。针对蛋白质超滤分离中膜的低选择性和污染两大问题，目前的措施基本上只侧重于利用超声强化作用来提高单一蛋白质的通量，而未对选择性和通量进行协同考虑。

经对现有技术文献的检索发现，S.Muthukumaran等人在Mechanisms forthe ultrasonic enhancement of dairy whey ultrafiltration(超声强化乳清超滤的机理)一文中(发表在Journal of Membrane Science《膜科学杂志》，2005，258：106-114)采用聚砜超滤膜，在室温(22-25℃)条件下超滤分子量约为24000g/mol的浓度为6％的乳清，加载超声波(超声频率50kHz，超声强度0.02W/cm²)4小时后发现，膜通量比未加载超声波的同样条件下的超滤过程提高了50％左右。但文章中并未涉及两种蛋白质分离的过程及分离选择性问题，只对超声可提高单一蛋白质超滤通量进行了考察。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种采用超声强化荷电超滤改善蛋白质分离行为的方法，使其能实现蛋白质的分离速度和收率同时提高的方法，可有效地提高蛋白质的分离选择性，减少膜污染，自动、及时、在线地清除膜污染并有效提高膜通量。从而实现分子量相近、高附加值蛋白质的分离，膜的使用寿命的延长和整个分离过程费用的减少。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，在传统的利用筛分原理实现分离的超滤膜上，采用荷电改性技术使膜成为荷电超滤膜，由待分离蛋白质的分子量大小、等电点和荷电超滤膜的电量确定待分离蛋白质溶液的环境条件，这样可充分利用荷电超滤膜和蛋白质之间的静电相互作用，有效地提高蛋白质的分离选择性和产品蛋白质的收率，亦可能实现分子量相近的蛋白质之间的有效分离。

所述采用荷电改性技术使膜成为荷电超滤膜，可以采用现有技术实现，如表面化学反应、表面涂覆、表面吸附、化学接枝、表面光接枝聚合改性法、等离子体技术和电子束辐射接枝法等，使膜成为荷电超滤膜。在改性过程中，还可根据不同改性条件，获得具有不同荷电量的膜。

所述荷电超滤膜可以是正电膜也可以是负电膜，其形状可以是平板式，卷式，中空纤维式或管式。

所述待分离蛋白质溶液的环境条件，具体为：pH值2-11，离子强度1mM-1000mM。