摘要：实验分别考查了两种平板膜片异VC钠发酵液进行处理。在正常允许的操作条件下,1号的处理效果好于2号。受发酵液质量波动较大的影响,1号试验过程中,各批次膜通量的差异比较大,加水浓缩点浓缩倍数也有差异。采用1号膜片收率可以保持在一个很高的水平;试验后用清洗剂清洗,膜通量恢复情况良好。

关键词：平板膜过滤; 异VC钠; 发酵净化; 应用;

1 实验的基本情况

本次实验用平板膜过滤异VC钠发酵液,提高滤液质量,减少环保压力,优化提取工艺。

本次试验主要的考察指标:操作压力、温度、膜通量及其稳定性的考察;浓缩倍数、收率;清洗剂清洗对膜通量恢复的考察。

实验料液为异vc钠发酵液:ph值4.5-5.5,旋光-14～-17,菌浓6%左右,Ca2+2000 mg/100 ml左右。膜片类型:平板1号膜片:截留孔径0.1微米,聚醚砜材质;平板2号膜片:截留分子量20万,聚醚砜材质。

实验设备为平板膜中试设备,操作压力<6Bar;温度:20～45 ℃。

2 实验数据及结果分析

2.1 各批试验操作参数

以下是对试验过程中各批次的操作参数进行的分析说明:

前5个批次均采用1号膜片;UF-1和UF-2批,由于设备泵有故障,操作压力低;膜通量比较小。UF-3至UF-5批,操作压力提高到4bar左右,通量有了比较大的提升。

UF-3、UF-4和UF-5三个批次的平均操作温度为33.5-38℃,平均进口压力为4bar左右;出口压力2bar。以上的操作参数均在平板膜正常操作条件之内。三个批次的平均膜通量有较大的差异,经分析应是发酵液质量不同所影响。

UF-6批次采用的是S-620(20万分子量)膜片,操作温度39℃,平均膜通量为47.1LMH。

2.2 各批次进料、透析液和浓缩液检测结果汇总

试验中对进料发酵液、透析液和浓缩液分别取样,检测旋光、透光、钙离子含量等指标,根据检测结果汇总表可知:

经膜处理后,滤液的透光度大部分在97%或以上,对后工艺的处理有很大的帮助。

膜处理前后,料液的旋光差别不大。UF-1和UF-2因操作压力低,透析液的旋光略低于进料;UF-3、UF-4和UF-5三个批次的旋光甚至高于进料。UF-6批的透析液旋光近似于进料的旋光。

UF-1、UF-3、UF-4和UF-5四个批次有加水洗脱有效成分;经加水洗脱后,浓缩液中的旋光、钙离子含量都已经很低。个别批次因浓缩液浊度太高,无法检测。

2.3 各批次加水倍数、浓缩倍数和收率比较

在异vc钠发酵液的处理中,加水倍数、浓缩倍数和收率是重要的指标,根据各批次浓缩倍数及收率汇总表可以看出:

UF-1批,操作压力低,加了0.2倍水后,正算收率为92.5%;与正常操作压力下的收率相比偏低,分析原因应是单位时间内有效成分的透过率比较低。UF-2批,操作压力也比较低,没有加水,正算收率仅为79.8%。

UF-3、UF-4和UF-5三个批次,加水倍数为0.2-0.3倍,收率处于一个理想水平。正算收率接近或超过100%。

UF-6批次,采用S-620(20万)膜片,正常操作压力;浓缩倍数为3倍,未加水;正算收率为66%,这和透析液与进料液体积比(2∶3)相当,说明该种材质的膜片在正常的操作压力下,有良好的透过率,对产品截留非常低。

各批次的加水点和最终浓缩倍数有一定的差异,这和进料发酵液质量有直接的关系;加水洗脱有效成分后,最终浓缩倍数均可达到10倍以上。

UF-3批和UF-5批的浓缩液浊度太高,无法进行旋光测定,未能有反算收率的计算值。

2.4 通量的变化趋势

2.4.1 1号膜片低压条件下的通量变化趋势

实验过程中定时测定过滤速度,计算膜通量:UF-1和UF-2两个批次的膜通量变化趋势非常相似。试验初始,膜通量比较高;随着时间的推移,试验不断进行,浓缩倍数不断提高,膜通量逐渐降低,直到整个试验结束。UF-1批试验有加水洗脱,试验后期的膜通量有一定的回升。

2.4.2 1号膜片正常操作压力下的通量变化趋势

实验过程中定时测定过滤速度,计算膜通量:1号膜片在正常压力下的通量变化趋势与在低压条件下通量变化趋势相似;区别在于正常操作压力下,通量的整体水平高于其在低压条件下的通量。试验中通量逐渐下降,开始加水后通量有所回升。

UF-5批开始加水后,只有刚开始加水时通量回升了一下,之后一直维持同一通量,直到试验结束;没有像UF-3和UF-4批随着水的不断加入,通量呈上升趋势。经查找、分析,该批次加入的自来水中有絮状、粘滑的微生物菌群;且该批水的取水口与UF-3、UF-4批是同一个取水口。该批水中含有异常出现的微生物导致了加水无法使膜通量继续回升。

对自来水中存在的微生物进行了繁殖速度测试:取一桶水,将水中的微生物过滤除去,水澄清;放置一晚,第二日观察水中微生物生长情况:整桶水浑浊,水中有或大或小的微生物菌落。

2.4.3 2号膜片通量变化趋势

实验过程中定时测定过滤速度,计算膜通量:1号和2号的变化趋势相似;区别在于整体通量水平的大小。试验初始,膜通量比较高;随着时间的推移,试验不断进行,浓缩倍数不断提高,膜通量逐渐降低,直到整个试验结束。

2.5 1号膜片和2号膜片比较

平板膜中试设备的模板分为三段,每段6块模板;第一段模板堆的进料量最大,这段膜片的通量也最大,大于三段膜片的平均通量。在做0.1 um膜片试验时,装了4片2号膜片在第一段模板对的第4、5两块模板;测量出来的膜通量2号膜片会比1号膜片的通量大;同理,在做2号膜片试验时,也装了4片1号膜片在在第一段模板对的第4、5两块模板。通过比较2种膜片组合时,通量差别大小程度来判断哪种膜片更适合过滤异vc钠发酵液。

装4片2号膜片,处理相同料液时,虽然2号膜片是装在第4、5块模板,但膜通量只是比1号膜片的通量稍大。

装4片1号膜片,处理相同料液时,同样是装在第4、5块模板的1号膜片的通量很明显大于2号膜片的通量。

综上,1号膜片在处理异vc钠发酵液时通量更大。

3 实验结论

1号膜片比2号膜片更适合处理异vc钠发酵液。

发酵液进膜前需先进行预处理。因发酵液中含有大量的玉米、豆粕渣,需先用100目或以上的滤网、筛网过滤;预过滤后,用转鼓酸化液或离交液将发酵液的pH调到4.0左右,以避免发酵液中的碳酸钙析出。

1号膜片:

低压条件下:进口操作压力2bar,出口压力1～1.5bar;平均操作温度39℃。UF-1批平均膜通量为50.3LMH,加水量为0.2倍,加水点为浓缩7.8倍数,最终浓缩7倍;正算收率92.5%,反算收率95.4%。UF-2批平均膜通量为34.3LMH,浓缩倍数为7.8倍;正算收率79.8%,反算收率87.2%。在低压条件下,单位时间有效成分的透过率比正常压力条件下的透过率低,进而同等参数下,收率也低一些。

正常压力条件下:进口操作压力4.2bar,出口压力2bar;平均操作温度33～40 ℃。UF-3批平均膜通量为133LMH,加水量为0.21倍,加水点为浓缩8.5倍数,最终浓缩10.6倍;正算收率99.6%。UF-4批平均膜通量为77.2LMH,加水量为0.24倍,加水点为浓缩13.2倍数,最终浓缩16.2倍;正算收率102.4%,反算收率99.5%。UF-5批平均膜通量为52.7LMH,加水量为0.3倍,加水点为浓缩7.8倍数,最终浓缩13倍;正算收率106.3%。受发酵液质量波动的影响,三个批次的膜通量波动比较大,加水点、最终浓缩倍数也有一定的差异;加水后,最终浓缩倍数都可在10倍以上。在正常压力条件下,加水倍数为0.2～0.3倍时,可以有效在保证收率处在一个理想的水平。

2号膜片:进口操作压力4bar,出口压力2bar;平均操作温度39 ℃。平均膜通量为47.1LMH,浓缩3倍;正算收率66.6%,反算65.7%。

经膜过滤后,料液的透光度可以提高到97%或以上;有效地减小了后工艺的处理压力。

膜通量变化趋势:试验初始通量较大,随着试验进行,料液中菌体浓度不断提高,膜通量逐渐减小;加水后,通量开始慢慢呈上升趋势。

试验结束后用清洗剂清洗,可以有效恢复膜通量;可进行适当的浸泡,以增强清洗效果。

4 结语

实验分别考查了两种平板膜片异VC钠发酵液进行处理。在正常允许的操作条件下,1号的处理效果好于2号。受发酵液质量波动较大的影响,1号试验过程中,各批次膜通量的差异比较大,加水浓缩点浓缩倍数也有差异。采用1号膜片收率可以保持在一个很高的水平;试验后用清洗剂清洗,膜通量恢复情况良好。