葡萄糖酶解液超濾除蛋白研究

林楚潮

（同舟縱橫（廈門）流體技術有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

膜分離技術作為一種新型的分離技術，因其具有操作簡便、效果好、不會造成二次污染等優勢，在水處理領域中得到了大規模的使用[1]。葡萄糖是生物體內新陳代謝不可缺少的營養物質。它的氧化反應放出的熱量是人類生命活動所需能量的重要來源[2]。其因應用廣泛而被廣大學者深入研究，在食品、醫藥工業中可以直接使用，在印染制革工業中還作為還原劑使用[3]。葡萄糖酶解液中含有大量的不溶性蛋白，目前，大部分葡萄糖廠家都采用板框或轉鼓過濾器，經過這些過濾后的酶解液仍然含有大量雜質，給后續工藝帶來了較大的負擔[4-5]。該項目希望通過超濾工藝對葡萄糖酶解液進行蛋白處理，替代轉鼓過濾，可以有效降低后續污水負荷，同時回收有效成分，達到節能環保和清潔生產的目標。

1 實驗設備及材料

實驗使用的膜設備為公司自行設計開發的管式超濾設備。

實驗原料液為石藥圣雪葡萄糖酶解液，料液中葡萄糖含量為31%～33%，蛋白質含量為0.13%～0.3%，透光率為60%～70%，pH 為4.2～4.6 呈現弱酸性。

2 實驗方法

2.1 實驗工藝

為模擬現場工藝，取葡萄糖酶解液，90%的清液+10%的濁液，過80 目濾網，先對清液濃縮5.2 倍，加入濁液繼續濃縮，共濃縮22 倍，濃縮液再加3 倍濃縮水的水量洗濾（即加水量為進料液的13.6%）。隨后該料液進入膜系統進行深度處理，具體工藝路線如圖1 所示。

2.2 實驗過程

2.2.1 水通量的測定

水通量的測定通過膜性能檢測儀來完成，在適當的壓力下使膜組件運行半小時，測出不同壓力下的水通量，水通量的計算公式：

式中：Jv為水通量（L·m-2·h-1），v透過純水的體積（L），A為膜的有效面積（m2），t為透過V的純水所需要的時間（h）。計算料液通量時，采用同樣的計算公式，v為透過料液的體積（L）。

2.2.2 物料平衡和收率計算

正算收率=（濃縮液糖度×濃縮液體積）/（進料液糖度×進料液體積）

反算收率=1-（透析液糖度×透析液體積）/（進料液糖度×進料液體積）

物料平衡=（透析液糖度×透析液體積+濃縮液糖度×濃縮液體積+沖洗液糖度×沖洗液體積）/（進料液糖度×進料液體積）。

2.2.3 膜的清洗

當系統運行一段時間，膜通量降低50%左右，表明超濾膜在處理葡萄糖酶解液后污染較為嚴重，需要停機進行膜清洗。采用堿洗+酸洗+堿洗的清洗方式，清洗溫度45 ℃，更換一次藥劑循環清洗30 min，即可恢復通量。

3 實驗結果與討論

3.1 效果分析圖

從圖2 可以看出，進料為葡萄糖酶解液，料液呈淺黃色，懸浮的蛋白顆粒較多，經過管式超濾系統后，混合透析與原液相比透光率明顯上升，蛋白質含量降低，顏色基本不變。濃縮液顏色呈紅灰色，富含蛋白質等雜質。使用超濾系統的透析液比轉鼓濾液澄清，但是帶淺黃綠色，比活性炭濾液稍差。

3.2 數據分析

由表1 可以看出，使用超濾處理葡萄糖酶解液，為防止脫膠，實驗溫度控制在50 ℃以下，第1 批次和第2 批次進的是葡萄糖酶解液清液，濃縮液未加水洗濾，濃縮20～22 倍，兩批次實驗運行數據基本吻合；第3 批次料液為90%的清液+10%的濁液，模擬現場工藝，共濃縮22 倍，平均通量維持在74.5LMH。頂洗3 倍濃縮水的水量，實驗溫度控制在45 ℃～48 ℃，壓力控制在4.2 Bar～5.4 Bar，平均通量182.63 LMH。

表1 實驗運行數據匯總

圖1 葡萄糖酶解液超濾除雜工藝

圖2 效果圖

3.3 膜通量變化情況

由表2 可以看出，3 個批次實驗，膜通量變化曲線圖基本吻合，超濾隨著運行時間增加帶來濃縮倍數的上升，各批次實驗膜通量隨著運行時間的增加而降低，第1 批次和第2批次進的是葡萄糖酶解液清液，濃縮液未加水洗濾，第2 批次濃縮22 倍，運行時間比第1 批次濃縮20 倍的時間長；第3 批次，運行時間至600 min，添加酶解液濁液，通量先上升，可能由于料液中含有的其他大分子，對膜表面蛋白質的沖刷，造成短期間通量的上升。

3.4 檢測數據分析

從表2 可以看出，使用超濾工藝對葡萄糖酶解液除雜濃縮實驗，濾液透光率維持在95.2%～97%，蛋白質的含量維持在0～0.05%，超濾系統對葡萄糖基本沒有截留，過膜前后糖度持平，膜芯透過液與轉鼓濾液相比，透光率提升4%～10%，蛋白去除率也明顯提高，濾液的透光率和蛋白含量與活性炭濾液持平，但是顏色帶淺黃綠色，比活性炭濾液差。

表2 實驗檢測數據匯總

3.5 物料平衡及收率

從表3 中可以看出，第1、2、3 批次的物料平衡率都可達98.5%以上，且對葡萄糖的回收率達95%左右，說明使用超濾膜處理葡萄糖酶解液液，在糖度損失極少的情況下，對料液透光率的提升和蛋白質的去除效果顯著。

3.6 膜的清洗

該實驗對系統長時間運行后的膜芯進行了清洗，并對污染情況下及清洗前后的膜芯清水通量進行了檢測。

表3 物料平衡及濃縮正算收率

膜芯在實驗后，膜通量降低50%左右，超濾VFU100 在處理葡萄糖酶解液后，膜芯受到較大程度的污染，采用堿洗（M120）+酸洗（M310）+堿洗（M120）的清洗方式，然后排盡使用純水沖洗即可恢復通量。

4 結論

使用超濾膜對葡萄糖酶解液進行蛋白處理，替代轉鼓過濾是可行的，并將透過液直接交給下一步活性炭提純，濃縮液加水洗濾回收有效成分，總的混合透析糖度為28.3%，透光率為95.8%，蛋白質含量為0%，收率98.3%。超濾膜在處理料液后，使用堿洗+酸洗+堿洗的清洗方式，清洗溫度45 ℃，更換一次藥劑循環清洗30 min，即可恢復通量。