陶瓷膜运用生物发酵液净化提纯

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1、陶瓷膜在生物发酵液净化与产品精制中的应用陶瓷膜在生物发酵液净化与产品精制中的应用邢卫红徐南平（南京工业大学膜科学技术研究所）一、前言发酵液是培养基经过液体发酵过程产生的，其中包括产品、副产品、培养基残留物、菌体等物质。发酵产物的分离与提取在工业上有广泛的应用，例如啤酒、乳制品、制药等行业中，都需除去剩余的菌体、胶体悬浮物、副产品等，以防止产品变质或提高产品质量。发酵液的菌体与细菌相似，是一单细胞生物，可压缩性指数大于1，较难过滤分离。表1给出的是常见几种发酵液的菌体情况。一般而言由杆菌等菌种发酵而得的发酵液，菌体较难去除，直接经等电、离交后，产生大量高COD的废水。就味精行业每年排

2、放的COD总量超过60万吨。这些高浓度的有机废水不仅对环境造成了很大的危害，而且造成了一定的经济损失。随着膜尤其是陶瓷膜在发酵工业应用研究的深入，陶瓷分离膜具有的化学稳定性好（耐酸碱）、机械强度好、耐高温、耐有机溶剂和微生物的锓蚀、分离效率高等特点，在发酵液中的除菌体、澄清过程，与发酵罐相结合提高反应活力等展示出良好的应用前景。Matsumoto等在酵母悬浮液分离中采用反冲技术减缓了膜通量的下降，采用研究了反冲时间、间隔和反冲压力对反冲效果的影响。Mercieret.al用20nm管状氧化铝膜、0.14的M140膜和切割分子量为50000的M8膜在充气状态下，温度为30C，PH=3

3、.8，对发酵后的酵母悬浮液进行微滤和超滤实验，实验表面微滤较超滤更易于引起膜孔的堵塞，采用两相过滤体系，能显著提高膜的稳定通量，停止充气，发酵液严重污染膜而使过滤通量显著下降。Redkaretal用0.2μm的Ceraflo陶瓷膜对两种酵母进行错流过滤，并由此建立了一些数学模型。Tanabeetal将聚乙烯亚胺加到发酵液中以形成絮凝物，再通过膜过滤除处絮凝物而分离细胞，这一方法改善了膜的渗透性能。Kamoshitaetal用陶瓷膜过滤器（SCMR）来处理乳酸发酵液，培养一段时间以后，通过陶瓷膜过滤来去除代谢废物，以维持较高的细胞浓度和活力。使用SCMR系统，198小时所得的细胞浓度

4、178g/l，细胞活力为98％；不使用SCMR系统，238小时的细胞浓度仅为141g/l，细胞活力为94％。Yen,Hong-weietal(1997)在发酵制色氨酸过程中，将陶瓷膜过滤器与发酵罐串联，这种循环式生物反应器，能有效缩短反应时间，提高反应产物的得率。本文将着重介绍陶瓷膜在国内发酵液处理中的几个应用实例。表1、常见几种发酵液的菌体情况〔1〕发酵液发酵菌种菌体直径菌体含量体系PH体系温度分离方法及效果0（μm）（％）C谷氨酸杆菌＞0.7～4＜7.236较难分离柠檬酸黑曲霉＞5～15＜2.528板框过滤淀粉酶杆菌＞0.7～4＜7.236较难分离糖化酶黑曲霉＞5～15＜4.0

5、28板框过滤酵母酵母菌＞5～5＜5.035离心分离陶瓷膜在生物发酵液净化与产品精制中的应用肌苷杆菌＞0.7～4＜7.236较难分离茑苷杆菌＞0.7～4＜7.236较难分离二、陶瓷膜在谷氨酸发酵液除菌中的应用目前，国内多采用发酵法生产味精，发酵法中又采用等电点法提取发酵液中的谷氨酸（α－氨基戊氨酸）。其主要工艺如图1如示：谷胺酸沉降析出糖化冷冻原料（大米）发酵液发酵调PH废母液饲料浓缩提纯洗脱液氨洗脱吸附到树脂上离子交换图1味精生产的主要工艺流程由于谷氨酸发酵液中菌体直径大约为0.7～3微米，具有很强的亲水性，菌体分离十分困难。目前味精厂基本都是不除菌直接等电提取，该法生产的谷氨酸得

6、率为91.6％，每生产1吨味精将产生废CODcr1.14吨，使得废水量很大，而且废液中的菌体高蛋白含量大约为60％左右，不加以回收，是极大的浪费用，由于蛋白含量高，用生物法又无法处理到达标排放，对环境造成很大的破坏。采用陶瓷膜进行谷氨酸发酵液的除菌，不仅可以回收蛋白，而且可以显著降低离交过程的洗水量，提高谷氨酸的得率。图2是操作温度对过滤通量的影响，由图可见，随着温度升高，过滤通量均有增大趋势，同时也可看出，一定范围内，过滤通量随表面流速的增大而增大，随操作压力的增加也增大。表2给出的是膜也径对过滤过程的影响，0.8微米的陶瓷膜用于谷氨酸发酵液除菌，除菌不完全，在渗透清液中能检测到

7、仍有菌体体存在，不适合于除菌要求，而0.2微米和50纳米的陶瓷膜的除菌效果好，但50nm的陶瓷膜渗透通量较小，使得设备投资和运行成本较高，相对而言0.2微米的陶瓷膜用于谷氨酸发酵液体系除菌较为合适。表2膜孔径对过滤效果的影响孔径操作压差膜面流速系统温度拟稳定通量清液含菌量0nmMPam/sCL/m2.h％500.322505502000.1025010508000.0525972＜0.2三、陶瓷膜在肌苷发酵液除菌中的应用肌苷发酵液呈黄褐色，湿菌体含量大约为2.5％左右