超滤膜过滤在味精母液处理工艺中的应用

(山东阜丰生物科技有限公司，山东 临沂 276600)

味精是一种深受大家认可的调味品，随着大家对味精认可程度的上升，对其品质的要求也越来越挑剔[1-2]，传统的生产工艺[3-4]随着工艺链的进行产品质量会逐步降低，特别是用味精母液生产的产品会略带有黄色、呈大小头状[5]，在运输过程中会产生碎晶，要想减少低质量的味精产品，需从源头来解决，超滤膜过滤技术是一种物理分离技术，在各行各业中已得到广泛应用[6-11]，将超滤膜过滤技术运用到味精的提取工艺上[12]，利用超滤膜膜滤芯的小孔径将母液中的杂质分离出来，可达到净化母液的效果。笔者分别从传统工艺和使用超滤膜过滤技术的工艺流程差异比对和选择合适的超滤膜膜滤芯方面进行论述，为味精生产工艺的改进提供依据。

1 传统味精工艺路线与应用超滤膜过滤新工艺的对比

年产10万吨的味精生产企业，每日产约15～20 t质量略差的二母味精产品，同时会出25～35 m3味精老母液，部分企业为减少二母味精的产量会将二母料液回掺到中和液，造成中和液整体质量下降。为解决上述问题，可改进味精生产工艺，以期既能保证味精质量稳定，又不再生产二母味精和老母液。

超滤膜过滤技术是通过膜表面的微孔对物质进行选择性分离，膜孔径为1～100 nm。其作用原理[13-14]是在外力的作用下，被分离的溶液按照一定的流速沿着超滤膜表面流动，溶液中的溶剂和低分子量物质、无机离子，从高压侧透过超滤膜进入低压侧，并作为滤液排出，而溶液中的高分子物质、胶体微粒及微生物则被超滤膜截留，从而达到溶液分离、分级、纯化、浓缩的目的。

将超滤膜技术应用到味精提取工艺，可将母液中的杂质从料液中提前分离出来，避免了杂质在味精结晶过程中对味精含量及晶型的不利影响，传统味精工艺路线与应用超滤膜过滤技术的新工艺分别如图1,2所示。

图1 常规味精生产工艺Fig.1 Conventional monosodium glutamate production process

图2 应用超滤膜过滤技术生产味精的新工艺Fig.2 A new process of producing monosodium glutamate by ultrafiltration membrane filtration

由图1可知：常规的味精生产工艺是将味精中和液经过粉碳、炭柱脱色后去结晶、离心、烘干产出成品味精，离心产出的母液称为一母料液，部分一母料液回掺中和液，其余的一母料液再脱色、结晶、离心、烘干产出一母味精，离心产出的母液为称为二母料液，部分二母料液回掺中和液，其余的二母料液再脱色、结晶、离心、烘干产出二母味精，离心产出的母液为称为老母液，外排，用硫酸水解，回用于麸酸等电提取。

由图2可知：新工艺是味精中和液经粉碳、炭柱脱色后，结晶、离心、烘干产出成品味精，离心产出的母液称为一母料液，部分一母料液回掺中和液，剩余料液再经粉碳、炭柱脱色后，经超滤膜过滤，滤液经过结晶、离心处理后产生的母液回掺至一母料液，膜过滤浓缩液经过硫酸水解后用于麸酸等电提取。

常规工艺在生产过程中会产生不同的母液，依次生产的产品质量逐渐降低；超滤膜过滤新工艺工艺链，料液规格少、质量稳定，产品质量便于把控，且整个生产工艺链是在工艺过程中进行排杂，减少了物料中杂质对产品的影响。

2 用于过滤味精母液的超滤膜滤芯的筛选实验

先进的生产工艺需要有合适的生产设备来支撑，选择合适的膜滤芯是超滤膜新工艺实现的关键点。为选择适用于味精过滤的膜滤芯，本公司与绿润膜过滤科技有限公司合作，经过多次试验，筛选出合适的膜滤芯，主要的实验情况如下。

2.1 材 料

味精一母料液；质量分数为4%的氢氧化钠溶液。

2.2 仪器设备

722分光光度计，上海仪电分析仪器有限公司；小试膜设备，绿润膜过滤科技有限公司；超滤膜膜滤芯，绿润膜过滤科技有限公司；自动旋光仪，上海精密科学仪器有限公司；玻璃温度计，市售。

2.3 实验方法

根据味精分子量大小，膜厂家提供的膜滤芯以分子量来定义的膜孔径，以下实验过程统一用分子量来定义膜滤芯孔径，膜滤芯的过滤面积为1 m2，因不同膜滤芯材质不同，孔径大小不同，为达到相同的膜通量，膜设备的操作压力也有所不同。选用膜滤芯的编号和性能参数如表1所示。

表1 膜性能参数表Table 1 Superfiltration membrane performance parameter table

2.3.1 具体步骤

1) 开启小试超滤膜过滤实验设备，加入一母原液，调整设备运行参数，设备正常运行，收集滤液，待原液浓缩20倍后结束，分别检测原液、滤液和浓缩液的透光度以及原液、浓缩液的谷氨酸钠含量。

2) 浓缩液中添加5倍水稀释，开启超滤膜过滤实验设备，调整设备运行参数，收集滤液，浓缩5倍后结束过滤，分别检测原液、滤液和浓缩液的透光度，原液、浓缩液的谷氨酸钠含量。

3) 料液过滤完毕后，膜滤芯的清洗步骤是直接用清水冲洗0.5 h，再用质量分数为4%的氢氧化钠溶液洗0.5 h。

2.3.2 检测方法

1) 谷氨酸钠透光的检测

采用722分光光度计430 nm波长条件下检测透光度。

2) 谷氨酸钠含量的检测

按照谷氨酸钠(味精GB/T 8967—2007)法进行检测。

2.4 结果与分析

1号、2号、3号膜滤芯的运行、物料参数和清洗通量数据如表2～7所示，料液透光度提升幅度比较如图3所示。

表2 1号膜滤芯运行参数及物料参数表Table 1 Operation parameter and material parameter table of NO.1 membrane filter core

表3 1号膜滤芯清洗通量数据表Table 3 No.1 membrane filter core cleaning flux data table

① 恢复比例=质量分数为4%的氢氧化钠溶液洗后通量/原始通量。

表4 2号膜滤芯运行参数及物料参数表Table 4 Operation parameter and material parameter table of No.2 membrane filter core

表5 2号膜滤芯清洗通量数据表Table 5 No.2 membrane filter core cleaning flux data table

表6 3号膜滤芯运行参数及物料参数表Table 6 Operation parameter and material parameter table of No.3 membrane filter core

表7 3号膜滤芯清洗通量数据表Table 7 No.3 membrane filter core cleaning flux data table

图3 料液透光度提升幅度比较图Fig.3 Comparison of improvement of liquid light intensity

由表2～7和图3可知：1号、2号膜滤芯提升料液的透光度幅度大于15%，3号膜滤芯提升透光度的幅度仅10%左右，1号膜滤芯的运行压力在2.9～3.51 MPa，2号、3号膜滤芯的运行压力仅1.8 MPa。一母原液经超滤膜过滤，膜滤芯的孔径越大，料液透过膜滤芯的杂质越多，滤液的透光度越低，膜滤芯的除杂效果越差，所以3号膜滤芯提高透光度的效果差，膜滤芯的孔径越小，要达到膜平均通量变化幅度小的效果，需要的运行动力大，1号膜滤芯运行需要的动力大。综上所述，2号膜滤芯是本实验可选的最佳膜滤芯。3支膜滤芯清洗后的通量都能恢复95%以上，不会产生膜通量无法恢复的问题。3 000分子量的超滤膜滤芯能实现一母料液的除杂效果，经超滤膜过滤后的味精一母料液透光至少提升15%，透光度达到84%以上。

将2号膜过滤的滤液用旋转蒸发仪结晶后，用离心机离心、烘箱烘干得到味精成品，对离心后的母液进行检测，检测结果如表8所示。

表8 2号膜过滤的滤液结晶、离心后所得母液参数表Table 8 Parameters of mother liquor obtained after crystallization and centrifugation of filtrate filtered by No.2 membrane

由表8可知：一母料液的透光度在70%左右，用超滤膜过滤后的滤液精制味精所得母液的透光度≥76%，透光度远高于一母料液的透光度。

3 结 论

将超滤膜过滤技术应用到味精提取过程，调整生产工艺后，可以避免生产二母味精和老母液，调整后的工艺选用3 000分子量孔径的膜滤芯过滤味精一母料液，提升料液的透光度达15%，膜过滤滤液的透光度达到84%以上，滤液结晶、离心后的母液透光度≥75%，一母料液透光度仅在70%左右，膜过滤滤液与一母料液混合后，能提升一母料液的整体透光，3 000分子量孔径的膜滤芯在味精提取过程中的使用实现了超滤膜过滤技术在味精生产中的应用。