一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置及分离方法与流程

本发明属于膜分离，尤其涉及一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置及分离方法。

背景技术：

1、乳铁蛋白（lactoferrin，lf）和乳过氧化物酶（lactoperoxidase，lp）是乳清中两种重要的功能性蛋白，具有抗菌、抗病毒、免疫调节等多种生物活性，在婴幼儿配方食品、保健品和医药领域具有广阔的应用前景。然而，lf（分子量约80 kda，等电点pi≈8.7）与lp（分子量约78 kda，等电点pi≈9.6）分子量极为接近，传统超滤膜无法通过筛分实现有效分离；同时两者均为碱性蛋白，常规离子交换色谱虽然可以分离但成本高、处理量小、不适合大规模生产。

2、荷电超滤膜区别于传统超滤膜，是孔径筛分+静电作用的超滤膜。但现有技术存在以下不足：（1）膜组件集成度低，多级分离需要多个独立装置串联或多次调节ph，设备体积大、操作复杂；（2）荷电超滤膜性能不稳定，表面接枝法易脱落、通量损失大，共混添加剂法离子交换容量低、添加剂易浸出；（3）现有技术未充分利用lf和lp在特定ph条件下的相反电荷特性，无法实现一步法同步分离。

技术实现思路

1、本发明针对上述的超滤膜所存在的技术问题，提出一种一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置及分离方法，利用相反电荷特性，结合具有离子型聚合物荷电超滤膜的电驱动分离装置，可以实现两种蛋白的同步相向分离，一步获得高纯度的乳铁蛋白和乳过氧化物酶。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的一种具有离子型聚合物荷电超滤膜的电驱动分离装置，包括膜堆，所述膜堆包括阳极、阴极、至少一个膜对、阳极保护室和阴极保护室，所述膜堆中靠近阳极的一侧设置有阴离子交换膜，所述膜堆中靠近阴极的一侧设置有阳离子交换膜，所述膜对包括沿电场方向依次分布的阴离子超滤膜、进料室隔板、阳离子超滤膜和透过液室隔板，所述膜对设置于阴离子交换膜与阳离子交换膜之间，所述阳离子超滤膜包括阳离子聚合物，所述阳离子聚合物的主链含有芳环结构且侧链含有阳离子交换基团，所述阳离子交换基团为磺酸基、羧基或磷酸基，所述阴离子超滤膜包括阴离子聚合物，所述阴离子聚合物为含有季铵基、伯胺基、仲胺基或叔胺基的聚苯醚、聚醚砜或聚砜类聚合物。

3、作为优选，所述阳离子聚合物的离子交换容量为1.0~2.5 mmol/g，所述阴离子聚合物的离子交换容量为1.0~2.5 mmol/g。

4、作为优选，所述阳极为石墨电极、钛基涂层电极、铂电极或不锈钢电极，所述阴极为石墨电极、钛基涂层电极、铂电极或不锈钢电极。

5、作为优选，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜为均相或异相离子交换膜。

6、作为优选，所述阳离子超滤膜和阴离子超滤膜均为离子型聚合物荷电超滤膜，所述离子型聚合物荷电超滤膜的制备方法包括以下步骤：

7、p1、合成离子型聚合物；

8、p2、配制铸膜液：将步骤p1制得的离子型聚合物溶解于极性有机溶剂中，加入致孔剂，在40~80℃下搅拌溶解2~6h，得到均相铸膜液；所述铸膜液中离子型聚合物的含量为15~25 wt%，有机溶剂的含量为60~80 wt%，致孔剂的含量为0~10 wt%；

9、p3、脱泡：将铸膜液在40~60℃下静置脱泡4~12小时，或采用真空脱泡1~2小时；

10、p4、成膜：将脱泡后的铸膜液在玻璃板或支撑材料上刮制成膜，控制湿膜厚度150~300 μm，在温度20~30℃、相对湿度40~70%的环境中停留10~60s后，浸入20~50℃的凝固浴中固化成膜，凝固浴为去离子水或水与有机溶剂的混合溶液；

11、p5、后处理：将成膜后的超滤膜在去离子水中清洗24~48小时，得到离子型聚合物荷电超滤膜。

12、作为优选，步骤p2中有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的一种或多种；所述致孔剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、licl中的一种或多种。

13、一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的分离方法，包括以下步骤：s1、将预处理后的料液调节ph至9.0~9.3，通入具有离子型聚合物荷电超滤膜的电驱动分离装置的进料室，向阳极保护室和阴极保护室中通入极水；s2、在阳极和阴极之间施加直流电压，电压范围为5 v~30 v，电场强度为0.5 v/cm~5 v/cm；s3、在电场驱动下，带正电荷的乳过氧化物酶向阴极迁移，穿过阳离子超滤膜进入阴极侧透过液室，从阴极侧透过液出口收集乳过氧化物酶富集液；带负电荷的乳铁蛋白向阳极迁移，穿过阴离子超滤膜进入阳极侧透过液室，从阳极侧透过液出口收集乳铁蛋白富集液。

14、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

15、1、本发明从聚合物分子设计入手，合成具有高离子交换容量的阳离子聚合物和阴离子聚合物，并以此为主要原料通过非溶剂致相分离法制备荷电超滤膜；与表面接枝法相比，离子交换基团均匀分布于整个膜本体（包括膜孔内壁），无接枝层脱落风险，膜通量损失小；与现有共混法相比，离子型聚合物作为主要成膜材料而非少量添加剂，离子交换容量可高达1.0~2.5 mmol/g，且无添加剂浸出风险，性能持久稳定。

16、2、本发明利用乳铁蛋白和乳过氧化物酶在ph 9.0~9.3条件下的相反电荷特性，实现两种蛋白的同步相向分离；与需要多次分离的传统方法相比，运行时间缩短40%以上，能耗降低30%以上，同时保持了高纯度（lp≥92%，lf≥91%）和高回收率（lp≥87%，lf≥89%）。

1.一种一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，包括膜堆，所述膜堆包括阳极、阴极、至少一个膜对、阳极保护室和阴极保护室，所述膜堆中靠近阳极的一侧设置有阴离子交换膜，所述膜堆中靠近阴极的一侧设置有阳离子交换膜，其特征在于，所述膜对包括沿电场方向依次分布的阴离子超滤膜、进料室隔板、阳离子超滤膜和透过液室隔板，所述膜对设置于阴离子交换膜与阳离子交换膜之间，所述阳离子超滤膜包括阳离子聚合物，所述阳离子聚合物的主链含有芳环结构且侧链含有阳离子交换基团，所述阳离子交换基团为磺酸基、羧基或磷酸基，所述阴离子超滤膜包括阴离子聚合物，所述阴离子聚合物为含有季铵基、伯胺基、仲胺基或叔胺基的聚苯醚、聚醚砜或聚砜类聚合物。

2.根据权利要求1所述的一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，其特征在于，所述阳离子聚合物的离子交换容量为1.0~2.5 mmol/g，所述阴离子聚合物的离子交换容量为1.0~2.5 mmol/g。

3.根据权利要求2所述的一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，其特征在于，所述阳极为石墨电极、钛基涂层电极、铂电极或不锈钢电极，所述阴极为石墨电极、钛基涂层电极、铂电极或不锈钢电极。

4.根据权利要求3所述的一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，其特征在于，所述阴离子交换膜和阳离子交换膜为均相或异相离子交换膜。

5.根据权利要求1所述的一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，其特征在于，所述阳离子超滤膜和阴离子超滤膜均为离子型聚合物荷电超滤膜，所述离子型聚合物荷电超滤膜的制备方法包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，其特征在于，步骤p2中有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的一种或多种；所述致孔剂包括聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、licl中的一种或多种。

7.一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的分离方法，其特征在于，利用权利要求1~6中任一所述的一步法同步分离乳铁蛋白和乳过氧化物酶的电驱动分离装置，包括以下步骤：