陶瓷超滤膜在发酵液分离中的应用

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1、陶瓷膜在生物发酵液分离中的应用沈传国鲁抗医药股份有限公司摘要：采用陶瓷膜对发酵液的分离进行了研究，探讨了操作参数如操作压力、膜面流速、发酵液的效价（浓度）和温度对膜分离效果及膜通量的影响规律，确定了适宜的分离工艺条件，有效地解决了膜污染后的清洗问题。关键词：陶瓷膜、超滤、发酵液、膜污染、清洗发酵液的成份是非常复杂的，不但与生产的产品和工艺有关，同时也因发酵的工艺条件、使用培养基的不同等，而有非常大的差别。抗生素发酵液中含有菌丝体、颗粒物、可溶性蛋白、残留营养物、残留发酵原料、灰份、水和有效成份等

2、。发酵液分离的目的就是要去除无效成份，而最大程度地回收有效成份。传统分离工艺采用转鼓过滤机、板框压滤机、自动出渣离心机等来进行，由于过滤精度低，仅去除大部分的菌丝体和固体颗粒物，无法去除其他杂质，滤液的质量不理想。同时后处理工序负荷较大，且最为关键的是：传统工艺对染菌料液处理困难，不但浪费原料，同时也影响生产过程。膜分离技术的出现不但提高了料液质量，同时还解决了对染菌料液处理困难的难题。超滤材料大多数是有机高分子膜，而无机膜材料近年有所应用【1】12，无机陶瓷膜具有化学稳定性好，耐酸、耐碱、耐高

3、温，机械强度大，抗微生物侵蚀，使用寿命长，易清洗，再生能力强等优点，在越来越多的领域得到应用【2】鲁抗医药股份有限公司于2004年开始应用陶瓷膜技术，已成功用于洛伐他汀、大观霉素、麦迪霉素、氨基酸发酵液的分离。本文以采用陶瓷膜分离法从发酵液中提取洛法他汀有效成份为例，研究了陶瓷超滤膜分离发酵液的工艺，为发酵液固液分离寻求一种好方法。1试验材料与方法1.1膜材料采用的膜是8通道多孔管式陶瓷芯外形尺寸：膜管外径φ25mm，通道内径φ6mm，管长1178mm膜材质：氧化锆、三氧化二铝、二氧化钛膜孔径：

4、150KD爆破压力：≥9.0MPa最大工作压力：≤1.0MPapH适用范围：0~14工作温度：≤350℃灭菌温度：121℃单只膜面积：0.2m21.2试验料液由鲁抗医药股份公司生产的洛伐他汀发酵液，它是一种含有菌丝体、颗粒物、可溶性蛋白、残留营养物、残留发酵原料、灰份、水和洛伐他汀的混合液。1.3试验装置及流程12如图1所示，膜分离系统由膜组件、进料泵和循环泵组成，进料泵提供压力，循环泵提供流量。图1试验装置图膜组件由三组平行的膜单元组成，每个膜单元由两个装有99根膜管的膜壳串联组成。膜系统采用

5、错流过滤：流体一进二出，流动方向与膜表面平行，削薄膜面的浓差极化层、减少过滤阻力，膜面不易堵塞，过滤速度较快。如右图所示1.4检验方法发酵液的效价、滤液效价用高效液相法检测，酸、碱含量用化学法1.5试验原理及方法膜分离原理:膜是一种起分子级分离过滤作用的介质，当溶液或混和气体与膜接触时，在压力下，或电场作用下，或温差作用下，某些物质可以透过膜，而另些物质则被选择性的拦截，12从而使溶液中不同组分，或混和气体的不同组分被分离，这种分离是分子级的分离。分离机理主要为筛分：膜表面有微孔，流体流经膜一侧

6、的表面时，部分较小的分子随部分溶剂穿过膜到达另一侧，形成透析液，而大分子则被截留在原来的一侧，形成截留液，从而达到了将大分子溶质与小分子溶质及溶剂分离开的目的。膜分离主要是压力驱动的分离过程，按分离孔径的大小可以有如下的分离过程：微滤、超滤、纳滤和反渗透。微滤膜的分离范围为0.1-10μm，用于最粗级别的分离，将菌丝体、颗粒物、胶体等较大颗粒的物质截留；超滤膜的分离范围为切割分子量从1000道尔顿到数十万道尔顿（孔径相当于0.001-0.05μm），超滤膜除微滤拦截的物质之外，还可以截留大分子蛋

7、白、油脂等；纳滤主要用于浓缩抗生素、有机酸大分子、多糖、色素、二价离子等，而允许一价无机盐和溶剂等通过【3】。膜分离过程中膜的浓差极化是不能忽视的,特别是对以压差为推动力的膜过程的分离效果和过程可靠性有极大影响,尤以对超滤和微滤的影响最大[3]。正是由于极化现象的存在,12才使料液中小于膜孔径的颗粒被截留,而达到比较好的分离效果和比较稳定的运行过程。操作过程采用批处理间歇式操作过程，不断地对发酵液进行过滤浓缩，当发酵液浓缩至原总量的60%时，开始加入透析水，共加入透析水量为总料液体积的400%，

8、将有效成份从料液中透析出，并转移到过滤液中，从而提高有效成份的收率。每批料液过滤完成后，用饮用水、酸和碱液对膜进行清洗再生，以便下次再用。在分离效果达到技术要求的基础上,研究操作压力、膜面流速、料液浓度对膜稳定通量及截留效果的影响,同时研究了膜污染后的清洗问题。2　结果与讨论2.1　操作压力的影响在进口压力为0.1MPa,膜面流速2.3m/s的条件下,测得不同出口压力下稳定膜通量和透过液固含量的变化情况,如图2所示。可以看出对浓度大(发酵液菌浓65%)的料液的过滤,膜稳定通量与操作压力基本呈线性