连续排渣高速碟片离心机在食品级酶制剂提取后处理中的应用研究

任晓辉 田亚鹏

摘 要：酶制剂产品在发酵结束后，一般采用板框压滤机过滤的方法实现发酵液的固液分离，但板框压滤机在使用过程中存在自动化程度低、人员劳动强度大、卫生条件差、产品容易受到环境细菌污染等问题，连续排渣高速碟片离心机设备在食品级酶制剂提取后处理工艺中的应用，克服了以上诸多弊端，能够实现连续自动化生产，产品品质大幅提升，是以后食品乃至医药产品提取工艺的应用方向。

关键词：连续排渣;高速碟片离心机;酶制剂;提取;后处理

酶制剂是指酶经过提纯、加工后的具有特殊催化功能的生物制品[1]。在化学反应过程中，能够显著加快反应过程，具有催化效率高、专一性强、作用条件温和、降低能耗、减少化学污染等特点。其应用领域遍布食品、纺织、饲料、洗涤剂、造纸、皮革、医药、能源开发、环境保护等方面[2]。近年来，随着酶制剂技术不断深入的研究开发和持续创新，酶制剂生产技术水平快速提高，行业迅速发展，已成为国家战略性新兴产业生物产业的重要发展方向。

传统酶制剂提取后处理工艺过程中，主要提取设备为板框压滤机，但使用板框压滤机存在自动化程度低、人员劳动强度大、卫生条件差、产品容易受到环境细菌污染等缺点。使用板框压滤机过滤过程中，普遍需要向发酵液中添加硅藻土、珍珠岩等助滤剂，导致滤饼中含有的大量菌体被污染，无法深入开发利用。针对传统酶制剂提取后处理工艺中存在的缺点，本文采用连续排渣高速碟片离心机处理工艺替代原有的板框压滤机过滤提取工艺，可以实现酶制剂的自动化和连续生产，有效降低劳动人员数量和劳动强度，整个生产过程中酶液处于密闭管道及设备中，能够显著降低产品受到外界污染的风险，实现食品级酶制剂产品的清洁卫生生产。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

本实验选用的连续排渣高速碟片离心机设备为基伊埃韦斯伐利亚公司生产的HFC-15-01-177型设备，该设备最大转速为11500rpm，设计处理能力为2t/h，最大分离因数13000G，在工作过程中可以实现物料的连续分离和排渣，自动化程度高。

试验发酵液为本公司提供的脂肪酶发酵液，发酵液菌体湿重为470g/L，酶活为10000u/mL，pH为5.8左右。

1.2 试验目的

验证在一定温度、压力条件下，不同转速、进料量对高速碟片离心机分离效果的影响，并验证最优工作条件下连续排渣高速碟片离心机对脂肪酶发酵液的分离效果。

1.3 试验原理

基伊埃韦斯伐利亚公司HFC-15-01-177型设备结构如下：

连续排渣高速碟片离心机工作原理为：发酵液通过物料进口进入碟片离心机内，由于发酵液中不同组分密度不同，在离心机转鼓高速旋转条件下，由于离心力作用，密度较大的菌体等物质迅速向外侧富集，在浓液向心泵作用下通过中间的浓液排出口连续排出离心机外，而密度较小的清液向外侧运动慢，在清液向心泵的作用下，最终由清液排出口连续排出离心机外。清液和浓液在排出离心机时由于向心泵的作用，均带有0.3MPa以上的背压，有利于下一步对清液和浓液的收集。

该离心机由于结构先进，能够实现发酵液的连续分离，清液和浓液均为连续带压排出。

1.4 试验方法

脂肪酶发酵液通过物料泵进入碟片离心机中，进料温度20-25℃，进料压力0.05-0.1MPa，控制一定的进料量、转速，调整清液和浓液出口背压，使清液澄清排出，浓液连续排出。取样检测清液、浓液湿重情况。

碟片离心机分离的清液和浓液中菌体湿重测量采用台式离心机测定，酶活测定采用GB/T 23535-2009中规定的方法测定。

2 试验结果及分析

2.1 转速对碟片离心机分离效果的影响

转速是影响离心机分离效果的重要因素，不同转速条件下碟片离心机的分离效果见下表。

由表1可知，转速对碟片离心机分离效果影响明显，随转速提高，离心力增大，碟片离心机对脂肪酶发酵液的分离效果明显提升，虽然酶活有所降低，但分离的清液湿重更低，更加清澈，分离的浓液湿重更高，残留液体更少，大大提高了分离效率，能够有效减少浓液中酶液洗涤的用水量。综合考虑分离效果和工作效率，碟片离心机分离该脂肪酶发酵液最适转速为11500r/min。

2.2 进料量对碟片离心机分离效果的影响

在实际生产过程中，进料量越小，物料在离心机转鼓中停留时间越长，分离效果越好，但过小的进料量会影响生产效率，不同进料量对碟片离心机分离效果影响见下表。

由表2可知，进料量对碟片离心机也有一定影响，随着进料量增大，物料在离心机转鼓中停留时间缩短，物料中浓相菌体不能够完全沉降，分离效果降低，造成清液湿重增高，浓相湿重下降。综合考虑碟片离心机的分离效果和分离效率，最佳进料量取2m?/h。

2.3 最优条件下碟片离心机对脂肪酶发酵液的分离效果评价

根据2.1与2.2中试验数据，最优工作条件为碟片离心机转速11500 r/min、进料量2m?/h，以该工艺参数进行多批次试验，验证碟片离心機对脂肪酶发酵液的分离效果。试验结果如表3所示。

由表3可知，在最优工作条件下，碟片离心机对脂肪酶发酵液的分离效果良好，并且稳定可靠，能够满足批量连续的工业化生产要求。

3 结语

本试验表明，连续排渣高速碟片离心机在脂肪酶发酵液分离提取工艺中的应用效果良好，能够实现脂肪酶发酵液清液、浓液的有效分离。连续排渣高速碟片离心机的结构特性，决定其具有密闭卫生、连续、稳定、可靠、自动化程度高等优势，解决了传统的板框压滤机设备耗费人力、工作环境差、容易造成产品交叉污染的痛点，是酶制剂、生物医药中间体等高附加值发酵产品分离提取设备的应用方向。

参考文献

[1]陈坚，刘龙，堵国成.中国酶制剂产业的现状与未来展望[J].食品与生物技术学报，2012（01）：1-7.

[2]李懿.浅谈酶制剂技术的发展与相关课程改革[J].黑龙江科技信息，2017（03）：26.

作者简介

任晓辉，男，助理工程师，本科，河南洛阳人，研究方向：生物化工。

田亚鹏，男，工程师，本科，河南南阳人，研究方向：煤化工。