楊永久，李 皓，曹琳青

（1.鄭州拓洋實業(yè)有限公司，河南鄭州 450001；2.鄭州輕工業(yè)學院，河南鄭州 450002）

超濾法提純異維生素C鈉發(fā)酵液的研究

楊永久1，李 皓2，曹琳青1

（1.鄭州拓洋實業(yè)有限公司，河南鄭州 450001；2.鄭州輕工業(yè)學院，河南鄭州 450002）

采用MF－5膜組件超濾2－酮基－D－葡萄糖酸發(fā)酵液，濾液質量高，收率可達98%以上；操作溫度35～38℃，進口壓力0.25 MPa，出口壓力0.15 MPa，過濾中的平均膜通量為110 L/（m2·h）。

超濾；提純；發(fā)酵液；2－酮基－D－葡萄糖酸

Abstract：The quality of filter is better using MF－5 ultrafiltration membrane to purify 2－keto－D－gluconic acid fermentation broth，and the yield can acheives to9 8%.The operating temperature is3 5～38℃，inlet pressure is 0.25 MPa，outlet pressure is 0.15 MPa，and the average filter flux can acheives 110 L/（m2·h）.

Key words：ultrafiltration；purification；fermentation broth；2－keto－D－gluconic acid

目前，合成異維生素C鈉一般采用間接發(fā)酵法，即先由D－葡萄糖酸發(fā)酵成2－酮基－D－葡萄糖酸，再經酯化、內酯化、精制，得到成品異維生素C鈉。發(fā)酵液中存在大量蛋白質、菌絲體和固體懸浮顆粒，發(fā)酵液處理的好壞直接影響產品的質量。傳統(tǒng)的發(fā)酵液凈化方式是酸化、高溫加熱、絮凝、沉降等［1］。這種方式工藝線路長，加熱耗能，對設備腐蝕大，濾渣后序處理困難，又容易引起葡萄糖酸的降解。近年來新興起了一種新的提純方式——超濾法，因其耗能小，操作條件溫和，不腐蝕設備，不造成物料破壞，減少環(huán)境污染等優(yōu)點，得到了廣泛的應用［2－3］。本文選用sun－flo超濾膜分離系統(tǒng)［4］代替老工藝去除發(fā)酵液中的雜質，大大簡化了工藝流程，提高了質量，分離的菌絲體經噴霧干燥后可做飼料，既提高了經濟收入，又減少了環(huán)境污染。本文篩選了最佳的膜片，并對膜片的通量及變化規(guī)律、超濾液質量及膜片的清洗進行了重點考察。

1 實驗部分

1.1 實驗原料及設備

2－酮基－D－葡萄糖酸發(fā)酵液，本公司提供；sun－flo超濾設備（MF－3、MF－5、MF－7膜片），廈門三達膜科技有限公司；722可見分光光度計，上海佑科儀器儀表有限公司；WZZ－2B自動旋光儀，上海申光儀器儀表有限公司；800臺式低速離心機，上海醫(yī)療器械（集團）有限公司手術器械廠。

1.2 分析方法

濾液酸含量的測定。選用操作簡單的旋光法。用旋光儀測定料液的旋光值，旋光值乘以系數(shù)，即得料液的酸含量。

發(fā)酵液酸含量測定方法。發(fā)酵液稀釋5倍，用臺式離心機以3 500 r/min的轉速離心40 min，測定上清液旋光值，旋光值乘以系數(shù)和稀釋倍數(shù)，即得酸含量。

用分光光度計測定料液的透光度和消光值。

1.3 超濾工藝流程

超濾工藝流程如圖1所示。

圖1 超濾工藝流程圖

1.4 實驗方法

安裝好膜片，檢查超濾設備各組件的閥門、開關，使其處于正常位置，檢查夾套降溫系統(tǒng)是否正常。過料前先用去離子水清洗設備，直到超濾出水的透光度≥99%，消光度≤0.01，pH值呈中性，同時測定膜的初始通量。然后放空膜系統(tǒng)中的水，準備過料。將一定體積的發(fā)酵液倒入料桶中，使膜組件出口閥門保持2/3開度，啟動泵，慢慢打開膜組件進口閥門，并調節(jié)進口壓力0.25 MPa，出口壓力0.1 MPa；循環(huán)15 min，當超濾液變清時，開始收集超濾液。在運行過程中，調節(jié)夾層中的水流量，使料溫維持在35～38℃。當濃縮液成漿糊狀時，分次共加入原料總量10%的去離子水洗滌，使濾渣中殘留的葡萄糖酸充分洗滌出來，并定時測樣。每批實驗結束后，先排出并清洗系統(tǒng)中的濾渣，然后用專用的清洗劑洗滌，最后用清水洗至pH值呈中性后待用。

2 結果與討論

2.1 膜片的選擇

實驗選擇平板膜，型號：1（#MF－3）、2（#MF－5）、3（#MF－7），截留相對分子質量分別為3萬、5萬和7萬。

2.1.1 三種膜超濾液的透光度情況

在料桶中加入10 L發(fā)酵液進行超濾，超濾液混合均勻后測其透光度。每種膜進行三批實驗，數(shù)據(jù)見表1。

表1 三種膜超濾液透光度 %

從表1得知，用1#和2#膜濾液透光性較好，用3#膜濾液透光性較差。

2.1.2 超濾液消光值

原工藝發(fā)酵液處理方法：取一定發(fā)酵液，加入工業(yè)鹽酸，酸化pH值為2.8，再加熱沸騰后自然降溫至60℃，加入聚丙烯酰胺，沉降1.5 h，用濾膜抽濾，即得濾液，測其消光值，數(shù)據(jù)見表2。

表2 超濾液消光值與原工藝提純液消光值比較

由表2可知，超濾法得到的凈化液色澤好，消光值低，質量好，其中1#膜比2#膜稍好，3#膜和原工藝處理的凈化液消光較高。

2.1.3 三種膜除蛋白實驗情況

把超濾液按原工藝條件加熱沸騰1 h后，目測蛋白情況，見表3。

表3 蛋白實驗情況

從表3可知，同種料液分別經1#、2#、3#膜超濾，其濾液加熱后沉降情況相差較大。1#膜和2#膜超濾液加熱后表現(xiàn)為澄清、無蛋白，3#膜超濾液加熱后有少量蛋白出現(xiàn)，說明1#膜和2#膜除蛋白效果最好，得到的濾液質量高。

2.1.4 2－酮基－D－葡萄糖酸收率情況

在料桶內加入10 L發(fā)酵液，濃縮漿液中分次共加入原料總量10%的去離子水，濃縮到終點，計算2－酮基－D－葡萄糖收率，實驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 三種膜超濾收率 %

從表4可知，三種膜收率都大于98%，3#膜因膜孔徑較大，對葡萄糖酸截留量較少，收率最高，2#膜次之，收率相差不大。

2.1.5 三種膜平均通量實驗情況

在料桶中加入10 L發(fā)酵液，濃漿中分次共加入發(fā)酵液體積10%去離子水洗料，濃縮到收率98%。精量超濾液體積和記錄超濾所用的時間，計算膜的平均通量（L/m2·h），實驗數(shù)據(jù)見表5。

表5 三種膜平均通量 L/（m2·h）

從表5可知，3#膜的平均通量最大，平均為115 L（/m2·h），1#膜通量相對較小，比3#膜小18.3%，2#膜比3#膜小4.3%。

綜上實驗數(shù)據(jù)可知，3#膜超濾液中蛋白質含量和消光值偏高，質量較差；1#膜超濾液質量比2#膜稍好，但膜通量較小，從經濟角度和生產進程考慮，2#膜最佳，即截留分子量為5萬的MF－5型號膜為本實驗篩選的最佳膜片。

2.1.6 過料時間與2#膜通量的變化關系情況

每30 min測量一次流量，并換算成通量，實驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 過料時間與2#膜通量的變化關系 L/（m2·h）

從表6可知：①試驗4批發(fā)酵液，2#膜的平均通量為110 L/（m2·h），說明2#膜組件具有很強的過濾能力。②通過試驗四批發(fā)酵液得知，2#膜通量偏差分別為1.36%、－1.36%、0、0.45%，說明2#膜性能穩(wěn)定，經過清洗后有較強的恢復能力，重復利用性強，適合大生產。

2.2 膜片的清洗

在實際生產上，發(fā)酵過程難免存在染菌，染菌程度又很難具體來界定，然而染菌程度的大小直接影響到膜片的實際超濾通量，故本實驗采用的是配套的專用復合型加酶清洗劑，清洗劑的濃度為1%，pH值為9，清洗時間60 min，清洗效果良好，通量能力恢復較好，從表5中已經得到了證實。

3 結論

①用截留分子量為5萬的MF－5超濾平板膜提純2－酮基－D－葡萄糖酸，濾液質量比傳統(tǒng)工藝好，收率可以達到98%以上，膜平均通量為110 L/（m2·h）。②復合型清洗劑清洗后膜通量恢復情況良好，可循環(huán)使用，從而降低了成本。③濾渣無加入任何雜物，經噴霧干燥后可作飼料，增加經濟收入，同時減少了環(huán)境污染。

［1］熊宗貴，白秀峰，徐親民.發(fā)酵工藝原理［M］.北京：中國醫(yī)藥科技出版社，1995：370－386.

［2］朱彬華，程 鵬.超濾法濃縮淀粉酶的研究［J］.膜科學與技術，1988，8（3）：15－20.

［3］高以恒，葉凌碧.膜分離技術基礎［M］.北京：中國科學出版社，1989：335－338.

［4］冉艷紅，陳萬群.納濾濃縮涼茶提取液研究［J］.食品技術，2005，（10）：19－22.

Study on Purification of Isomeric Sodium Ascorbate Fermentation Broth by Ultrafiltration Method

YANG Yong－jiu1，LI Hao2，CAO Lin－qing1
（1.Zhengzhou Tuoyang Industry Co.Ltd，Zhengzhou 450001，China；2.Zhengzhou Institute of Light Industry，Zhengzhou 450002，China）

TQ466.3

A

1003－3467（2010）21－0038－03

2010－10－13

楊永久（1981－），女，碩士，從事維生素C生產工藝的研究工作，E－mail：yyj－dgd@126.com.