陶瓷膜集成技術處理紅霉素發酵液實驗研究

崔亞放

安徽豐原集團有限公司工程技術部，安徽 蚌埠 233010

紅霉素屬于大環內酯類抗生素老品種，但由于衍生產品眾多，應用范圍還是較廣，市場需求量較大。紅霉素提取工藝中常用到的工藝是板框過濾加溶媒萃取的老工藝，此工藝一般收率在75～80%之間，但由于生產中需要消耗大量的硫酸鋅和溶媒，菌渣處理困難，造成提取成本昂貴，污染較大，企業生產成本居高不下，競爭力日益下降。針對傳統工藝技術存在的主要問題，我們研究開發陶瓷膜集成技術新的生產工藝，大大降低紅霉素提取成本，減少廢水排放、提高了目標產物的回收率。

1 實驗部分

1.1 實驗目的

考察在5～15℃左右、一定的進、出口壓力和膜面流速下，膜穩定通量、平均通量、濃縮倍數、滲透液處理效果、膜化學清洗效果。對膜集成方案進行可行性分析，并對方案進一步優化。

1.2 實驗方法

先用陶瓷膜在5～15℃溫度下對紅霉素發酵液進行除雜過濾，控制進口壓力在0.25MPa，出口壓力在0.1MPa左右，膜面流速為4m/s，考察滲透通量的衰減和滲透液的處理效果。加水透析是在除滲透液30%～50%時加水，加水量為發酵液的1.5～1.7倍 (每次加水量約為發酵液的1/25～1/50)。

然后對陶瓷膜滲透液用納濾膜進行濃縮去水和除鹽。

工藝流程為：

紅霉素的效價分析由安徽豐原發酵技術國家工程研究中心分析室分析。

1.3 實驗器材

原料：紅霉素發酵液（pH7.5～8），由安徽豐原發酵技術國家工程研究中心發酵研究室提供，外觀呈乳黃白色渾濁流體，含大量菌絲體、油脂、蛋白、懸浮顆粒等雜質。

1.4 實驗設備

膜及膜組件：

陶瓷膜：材質氧化鋯，孔徑 200nm，規格1016mm，由江蘇久吾高科技股份有限公司制造。

納濾膜，NF-4040，美國GE公司

實驗設備：

0.5 m2、3m2陶瓷膜設備

16m2有機膜設備，均由江蘇久吾高科技股份有限公司提供。

2 結果與討論

2.1 陶瓷膜過濾發酵液數據及效果

由圖1的 4張對比圖可以看出：采用陶瓷膜處理紅霉素發酵液，初始通量衰減很快，在不到1小時內通量衰減到40～60L/m2·h，在加透析水后，通量基本穩定在50L/m2·h左右。實驗平均通量46.4～64.7 L/m2·h，濃縮倍數最高達到2倍。

由表1可知：處理后滲透液澄清透明，濃縮液成膏狀流體，收率在94.8%～85%。因此陶瓷膜處理該發酵液工藝技術可行且較為理想。

圖1 陶瓷膜處理紅霉素發酵液的通量衰減曲線4個對比圖

表1 陶瓷膜處理發酵液數據

2.2 NF膜濃縮紅霉素濾液數據

圖2 NF膜處理紅霉素發酵液的通量衰減曲線

表2 納濾膜處理濾液數據

從圖2 的4張對比圖和表2看到：采用納濾膜處理紅霉素陶瓷膜滲透液，滲透通量也衰減較快，但加透析水后通量有所回升，平均通量達到了90L/h以上。納濾膜滲透液電導很低，可滿足指標＜us/cm，滲透液中也無效價單位測出，說明無有效物質透過膜。收率較低，原因主要是設備死體積較大所致，工程上一般濃縮結束后用純水頂洗至前道工序即可避免。

第三次通量較低，通過截留蛋白實驗和酸洗實驗表明主要原因可能是高價離子（如Ca2+）含量較高所致，可能與發酵體系有關。

第四次實驗針對高價離子采取相應措施預處理，納濾濃縮液可滿足指標：效價≧20000單位

2.3 膜清洗恢復數據及效果見表3

陶瓷膜清洗：

堿洗工業純水加入2.0%NaOH、1.0%次氯酸鈉配成溶液，在60℃～70℃下開供料泵循環清洗30min。清洗結束后，排空系統，加純水循環沖洗系統，至PH值呈中性。

酸洗工業純水加入2.0%HNO3，在60℃～70℃下開供料泵循環清洗25min。清洗結束后，排空系統，加純水循環沖洗系統，至PH值呈中性。

納濾膜清洗：

工業純水加入0.15%十二烷基苯磺酸鈉、0.1%EDTA配成溶液，用NaOH溶液調PH9～10，在40℃下開供料泵循環清洗45min。清洗結束后，排空系統，加純水循環沖洗系統，至PH值呈中性。膜管通量恢復率較為理想，都在100%。

表3 膜清洗恢復數據及效果

3 結論

1）200nm陶瓷膜應用于紅霉素發酵液菌絲體分離效果較為理想：實驗平均通量46.4～64.7L/m2·h，在過濾出滲透液30%～50%后加水洗滌菌絲體，加水量為發酵液體積的1.5～1.7倍 (每次加水量約為發酵液體積的1/25～1/50)，此方式平均通量最大為62.5～64.7L/m2/h，收率最高94.8%～100%。

2）對高價離子采取相應措施預處理，可大大提高納濾時膜通量；

3）采用納濾膜處理紅霉素發酵液濾液電導可滿足指標＜5us/cm，滲透液中無單位測出，對發酵液預除高價離子，納濾濃縮液效價可滿足指標：效價≧20000單位；

4）膜污染后清洗恢復較理想，陶瓷膜采用堿酸洗后，通量恢復率100%；納濾膜采用堿為主的清洗劑洗后通量恢復率在100%；

5）紅霉素發酵液采取先用陶瓷膜澄清，再用納濾膜濃縮的工藝是可行的。

[1]袁一，等.化學工程師手冊[M].北京：機械工業出版社，1999.

[2]劉茉娥，等.膜分離技術[M].北京：化學工業出版社，1998.