陶瓷膜净化处理异VC钠微生物发酵液工艺研究

张高鹏 褚东领 郭辉辉

摘 要：本实验采用不同孔径规格陶瓷膜过滤法，最终筛选出150KD分子量膜孔径来过滤异VC钠发酵液通量最好，去除效率最优，比传统过滤法对菌体蛋白的去除效果提高0.45～1.45%，发酵液残余蛋白含量能降低到0.05%以下。

关键词：陶瓷膜;异VC钠;膜通量;菌体蛋白

D-异抗坏血酸钠（简称异VC钠）目前国内外采用葡萄糖、玉米浆、轻质碳酸钙等为原料，经微生物发酵、料液酸化处理、内酯化、结晶、烘干一系列工序制取，因异VC钠良好的抗氧化性，是一种无毒无害绿色食品添加剂，普遍被大型食品、饮料厂商采购作为保鲜剂、抗氧化剂添加到产品中。

1 实验原理

1.1 过滤过程

循环罐中的料液经供料泵输送进入陶瓷膜设备单元，通过膜的筛分作用，小分子的物质透过膜层形成滤清液收集到清液罐，颗粒状或大分子的物质被截留后形成浓缩液重新回流到循环罐，循环罐中的物料逐渐浓缩。在浓缩一定倍数后，如需对浓缩液进行洗涤，可加水进行透析，即在浓缩液中不断加水，通过膜的筛分作用，将能透过膜的物质随着水份一起透出膜层，恒容透析不断洗涤，以达到浓液纯化或滤液收率提高的目的。

1.2 清洗过程

过滤过程结束后，设备排空，然后进入清洗，清洗液自清洗罐经由清洗泵输送，进入膜系统。循环泵提供了清洗液在膜组件内的循环流量和压力，清洗液分别从透过侧和浓缩侧回流至清洗罐，以实現循环清洗。在生产过程中，膜元件使用一段时间后，料液中的各种组分均有可能在膜的内部和表面形成堵塞。这些吸附在膜层表面和膜内部的污染物如不及时去除，将大大的影响膜的过滤性能，主要表现为过滤通量大大衰减。因此必须周期性的对膜进行清洗再生以恢复膜元件的过滤性能。

2 实验目的

本实验通过小试筛选出最适合的滤膜孔径来过滤异VC钠发酵液，以此为大生产提供充足的应用依据和参考价值。

3 实验方案

①膜管的选择：结合我公司发酵液情况，采用以下三种截留分子量的膜进行实验，分别是15kD（1.5万分子量/31孔/0.34平），150KD（15万分子量/19孔/0.25平），0.1μm（微米/31孔/0.34平）。每种膜进行一批可行性实验而后根据实验结果选定合适的截留分子量的膜进行稳定性实验;

②进料液选择：进料为发酵后的2KGGa发酵液，未经离心处理，但需要过一下30目筛网，除去可能的大块杂质，保证发酵液没有结晶体出现;

③浓缩比选择：浓缩比先定在10倍左右，根据通量衰减情况添加透析水;

④实验温度的选择：进料温度接近40℃（低于该温度发酵液易出现结晶体）左右，随着实验进行温度上升到60℃以上，因实验量少，无需增加降温装置，但需注意温升情况;

⑤化验分析：在实验过程中取滤清液，并化验其菌体蛋白含量及透光率，料渣测定2KGGa含量。

4 实验过程

本次实验一共采用三种规格膜组，每种规格膜组进行一批实验，膜管清洗条件良好，每次清洗均能使膜管水通量回复完全。筛选合适膜在不同发酵液进料的条件下进行稳定性试验。

5 实验结果和分析

实验思路是第一步先采用15kD（1.5万分子量/31孔/0.34平），150KD（15万分子量/19孔/0.25平），0.1μm（微米/31孔/0.34平）三种规格的膜组进行实验，选出通量最好的一种规格膜组，第二步是采用这种通量比较好的膜组继续进行三批实验，进一步验证选用本规格膜组的实际效果。

六组实验结果如下表所示。

①发酵液的质量可能有较大的波动，出现通量起浮较大的情况，在系统设计时需考虑这一因素的影响;

②15KD膜平均通量24L/h.m2不适合工业化应用;

③0.1μm膜的整体平均通量低于150KD膜平均通量且衰减速度较明显;

④150KD膜四批次不同进料的实验透光率均在97%，收率99%左右，过滤液中菌体蛋白含量均为0.04%，优于板框过滤0.76%，说明150KD膜在透光率及蛋白脱除率明显优于板框，且过滤且通量稳定在80L/h.m2左右，故可选为异VC的发酵液工业设计用膜。

参考文献：

[1]徐海菊，冯尚坤.台州科技职业学院.异VC钠和发酵温度对自然发酵泡菜中亚硝酸盐的影响[J].食品科学杂志， 2008，29（10）：133-135.

[2]王凤芹，宋志元等.玉米秸秆和异Vc钠生产废液固态发酵生产高蛋白饲料研究[J].河南农业大学生命科学学院农业部农业微生物酶工程重点实验室，生物学杂志， 2012，29（3）：51-54.