陶瓷膜凈化處理異VC鈉微生物發酵液工藝研究

張高鵬 褚東領 郭輝輝

摘 要：本實驗采用不同孔徑規格陶瓷膜過濾法，最終篩選出150KD分子量膜孔徑來過濾異VC鈉發酵液通量最好，去除效率最優，比傳統過濾法對菌體蛋白的去除效果提高0.45～1.45%，發酵液殘余蛋白含量能降低到0.05%以下。

關鍵詞：陶瓷膜;異VC鈉;膜通量;菌體蛋白

D-異抗壞血酸鈉（簡稱異VC鈉）目前國內外采用葡萄糖、玉米漿、輕質碳酸鈣等為原料，經微生物發酵、料液酸化處理、內酯化、結晶、烘干一系列工序制取，因異VC鈉良好的抗氧化性，是一種無毒無害綠色食品添加劑，普遍被大型食品、飲料廠商采購作為保鮮劑、抗氧化劑添加到產品中。

1 實驗原理

1.1 過濾過程

循環罐中的料液經供料泵輸送進入陶瓷膜設備單元，通過膜的篩分作用，小分子的物質透過膜層形成濾清液收集到清液罐，顆粒狀或大分子的物質被截留后形成濃縮液重新回流到循環罐，循環罐中的物料逐漸濃縮。在濃縮一定倍數后，如需對濃縮液進行洗滌，可加水進行透析，即在濃縮液中不斷加水，通過膜的篩分作用，將能透過膜的物質隨著水份一起透出膜層，恒容透析不斷洗滌，以達到濃液純化或濾液收率提高的目的。

1.2 清洗過程

過濾過程結束后，設備排空，然后進入清洗，清洗液自清洗罐經由清洗泵輸送，進入膜系統。循環泵提供了清洗液在膜組件內的循環流量和壓力，清洗液分別從透過側和濃縮側回流至清洗罐，以實現循環清洗。在生產過程中，膜元件使用一段時間后，料液中的各種組分均有可能在膜的內部和表面形成堵塞。這些吸附在膜層表面和膜內部的污染物如不及時去除，將大大的影響膜的過濾性能，主要表現為過濾通量大大衰減。因此必須周期性的對膜進行清洗再生以恢復膜元件的過濾性能。

2 實驗目的

本實驗通過小試篩選出最適合的濾膜孔徑來過濾異VC鈉發酵液，以此為大生產提供充足的應用依據和參考價值。

3 實驗方案

①膜管的選擇：結合我公司發酵液情況，采用以下三種截留分子量的膜進行實驗，分別是15kD（1.5萬分子量/31孔/0.34平），150KD（15萬分子量/19孔/0.25平），0.1μm（微米/31孔/0.34平）。每種膜進行一批可行性實驗而后根據實驗結果選定合適的截留分子量的膜進行穩定性實驗;

②進料液選擇：進料為發酵后的2KGGa發酵液，未經離心處理，但需要過一下30目篩網，除去可能的大塊雜質，保證發酵液沒有結晶體出現;

③濃縮比選擇：濃縮比先定在10倍左右，根據通量衰減情況添加透析水;

④實驗溫度的選擇：進料溫度接近40℃（低于該溫度發酵液易出現結晶體）左右，隨著實驗進行溫度上升到60℃以上，因實驗量少，無需增加降溫裝置，但需注意溫升情況;

⑤化驗分析：在實驗過程中取濾清液，并化驗其菌體蛋白含量及透光率，料渣測定2KGGa含量。

4 實驗過程

本次實驗一共采用三種規格膜組，每種規格膜組進行一批實驗，膜管清洗條件良好，每次清洗均能使膜管水通量回復完全。篩選合適膜在不同發酵液進料的條件下進行穩定性試驗。

5 實驗結果和分析

實驗思路是第一步先采用15kD（1.5萬分子量/31孔/0.34平），150KD（15萬分子量/19孔/0.25平），0.1μm（微米/31孔/0.34平）三種規格的膜組進行實驗，選出通量最好的一種規格膜組，第二步是采用這種通量比較好的膜組繼續進行三批實驗，進一步驗證選用本規格膜組的實際效果。

六組實驗結果如下表所示。

①發酵液的質量可能有較大的波動，出現通量起浮較大的情況，在系統設計時需考慮這一因素的影響;

②15KD膜平均通量24L/h.m2不適合工業化應用;

③0.1μm膜的整體平均通量低于150KD膜平均通量且衰減速度較明顯;

④150KD膜四批次不同進料的實驗透光率均在97%，收率99%左右，過濾液中菌體蛋白含量均為0.04%，優于板框過濾0.76%，說明150KD膜在透光率及蛋白脫除率明顯優于板框，且過濾且通量穩定在80L/h.m2左右，故可選為異VC的發酵液工業設計用膜。

參考文獻：

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