不同截留分子量超滤膜对谷氨酸发酵液过滤性能的比较

第6卷第4期广东轻工职业技术学院学报V ol .6　N o .42007年12月JOU RNAL O F GUAN GDON G I NDU STR Y TECHN I CAL COLL EG ED ec .　2007　收稿日期:2007-12-25　作者简介:邱玉美(1977-),女,助理工程师。

不同截留分子量超滤膜对谷氨酸发酵液过滤性能的比较邱玉美1　邓毛程2　吴海峰3(1.广州华宝香精香料有限公司,广东广州510260;2.广东轻工职业技术学院,广东广州510300;3.广州奥桑味精食品有限公司,广东广州510280)摘　要:分别采用截留分子量为150K D 和200K D 的超滤膜过滤谷氨酸发酵液,对过滤效果以及膜清洗后的通量恢复率进行了比较。

试验结果表明,150K D 和200K D 的超滤膜对谷氨酸发酵液中菌体的去除率分别为98.96%和97.93%,对C OD 的去除率分别为48.72%和42.31%,对NH 3-N 的去除率分别为21.42%和18.57%,所得滤液的OD 分别为0.005和0.010。

在超滤除菌试验中,两种膜的通量衰减速率在浓缩周期的不同时段是不同的;在再生后的水流测试中,150K D 膜的通量恢复率为93%～99%,200K D 膜的通量恢复率为90%～98%。

因此,截留分子量为150K D 的超滤膜更适合应用于谷氨酸发酵液除菌工艺。

关键词:超滤;谷氨酸;流量;清洗;比较中图分类号:TS 205.5 文献标识码:A 文章编号:167221950(2007)0420018204前言目前,谷氨酸生产工厂普遍面临着来自环保方面的巨大压力,环保问题如果得不到有效解决,将会造成资源浪费,并制约了生产的正常运转。

各生产工厂迫切需要进一步提高生产技术,以降低生产成本,还需要对污染进行严格治理,使排放达标[1]。

在谷氨酸提取上,采用超滤膜对谷氨酸发酵液进行去除菌体,不仅可以提高产品的质量和收率[2],还可以获得高品质菌体蛋白,其提取废液经较简单处理可制取液体复合肥料和硫酸铵固体肥料等副产品,不但大幅度降低了环保治理负荷,还使提取废液得到综合利用,变废为宝,创造了良好的经济效益[3]。

因此,本文研究了不同截留分子量超滤膜对谷氨酸发酵液除菌工艺的影响,从而选择适合于谷氨酸发酵液除菌的超滤膜,为谷氨酸生产行业的持续性发展提供可行的工艺改革思路。

1　材料与方法1.1　主要材料与仪器超滤膜:法国T AM I 公司的管式无机陶瓷膜,支撑层材质为Si O 2,膜材质为A l 2O 3-Ti O 2,单支膜管长度和直径分别为1100mm 和6mm ,膜过滤截留分子量分别为150K D 和200K D;谷氨酸发酵液:由广州奥桑味精食品有限公司提供;化学清洗所选的化学试剂:烧碱溶液、硝酸及漂白水等,均为市购;581-G 型光电比色计:上海精密科学仪器有限公司;MS -3型微波消解COD 测定仪:华南环境科技开发公司;620n m 微波炉:上海精密科学仪器有限公司;0412-2型低速离心机:上海自动化仪器厂。

1.2　方法1.2.1　超滤膜过滤流程与操作方法超滤膜过滤流程如图1所示。

按图1的工艺流程,发酵液在恒定罐内升温至75℃,然后泵送至超滤装置进行恒压过滤,压力为2.5bar,表面流速为5m /s,超滤浓缩倍数为10.0,最后得换算成Pa 到清液与菌体糊。

　第4期邱玉美等:不同截留分子量超滤膜对谷氨酸发酵液过滤性能的比较19图1　谷氨酸发酵液超滤膜过滤流程1—恒定罐;2,8—泵;3—流量计;4—预过滤器;5—超滤膜组件;6,10,11,12—阀门;7—清洗液贮罐;9—换热器;13—清液贮罐.1.2.2　超滤膜再生流程与操作方法超滤生产结束后,需进行超滤膜再生,其再生流程为:超滤生产结束→物料回收→热水预冲洗→碱液循环清洗→水洗→氧化液循环清洗→水洗→酸液循环清洗→水洗→水流量测试→合格。

在清洗液贮罐内,按规定浓度配制清洗溶液(烧碱溶液浓度为40g/L,硝酸溶液浓度为10g/L,漂白水中活性氯为30g/L),然后按再生流程进行循环清洗,最后用清水进行水流量测试,测试压力为2.0bar,当膜通量达250L/m2・h为再生完全。

1.2.3　湿菌体量的测定采用离心称量法进行测量,即取10mL发酵液于离心管,于3000r/m in离心20m in,弃去上清液,将离心管倒置于滤纸上进行吸附水份,然后进行称量、计算,可得湿菌体质量。

1.2.4　OD的测定采用光电比色计测量,即取试样置于1c m比色皿,用581-G型光电比色计650nm波长条件下测量吸光度值[4]。

1.2.5　NH3-N的测定采用纳氏试剂分光亮度法,即取试样置于2c m 比色皿,用581-G型光电比色计于420n m波长下测量吸光度值,然后根据已建立的标准曲线,计算试样的NH3-N浓度[5]。

1.2.6　COD的测定采用重铬酸钾氧化法测量[5]。

2　结果与分析2.1　不同截留分子量超滤膜对过滤质量的影响采用150K D和200K D的超滤膜对谷氨酸发酵液进行过滤,过滤前后的检测数据如表1所示。

发酵液中的菌体和大部分悬浮性颗粒基本被两种超滤膜截留下来,故两种超滤膜的菌体去除率均较高。

但是,超滤膜的过滤效果取决于膜孔径与截留分子量大小,由于截留分子量为200K D的膜孔径较大,其截留菌体内溶物及非还原高糖等溶质的能力低于150K D的膜,致使滤液的OD偏高。

从各项指标的去除率来看,150K D超滤膜的过滤效果较好,故比较适合用于谷氨酸发酵液过滤。

表1　不同截留分子量膜的过滤情况表湿菌体(g/L)COD(mg/L)NH3-N(mg/L)OD 原液587800014000 1.200 150K D的渗透液0.640000110000.005 200K D的渗透液 1.245000114000.010 150K D的去除率(%)98.9648.7221.42200K D的去除率(%)97.9342.3118.572.2　不同截留分子量超滤膜的过滤通量情况在相同的过滤条件下,对两种膜进行一个完整的过滤周期试验,从而检测到两种膜的通量衰减情况如图2所示。

图2　浓缩系数与膜通量衰减的关系图20　广东轻工职业技术学院学报第6卷　从图2可以看出,由于在过滤前期,膜面流体的浓度增加很快以至高于主体流的浓度而产生了浓差极化现象,致使过滤阻力增加和膜通量下降[2],故两种膜在最初2h的膜通量衰减速度都比较快,其中150K D膜通量下降速度更快。

在相同条件下,截留分子量、膜孔径越大的膜过滤截留在膜表面的污染物就会越少。

随着生产时间的延长,浓差极化越来越严重,膜阻力也越来越大,故膜通量的衰减会越来越大。

在4～6h阶段,两种膜的通量衰减速度有所变化,截留量较低的膜的衰减速度在减少,截流量较大的膜的衰减速度在增大,这是因为浓差极化的影响所致。

在6～8h阶段,两种膜的衰减速度已经基本达到相同,这也说明了截留分子量较小的膜的通量下降速度已经基本平稳,而截流分子量较大的膜的衰减速度还在增加。

这是因为在截留量小的膜的表面已经形成了滤饼层,导致通量衰减趋于稳定了。

在9时至生产周期结束,两种膜的通量下降速度都已趋于稳定了,这是由于伴随着超滤膜的生产,在膜面逐渐形成的滤饼层堵塞了膜孔,实际上在此阶段真正起过滤作用的是滤饼层,正是由于滤饼层的阻力作用使超滤膜的过滤阻力增大,通量也因此逐渐降低,这个阶段的膜污染属于不可逆污染[6-7]。

超滤膜的截留分子量越大,膜孔径也越大,通过的溶质也就越多。

这样也造成了与膜孔尺寸大小相近的物质更容易堵塞膜孔[7]。

同时,由于截留分子量大的超滤膜,其绝对通量也越大,料液在膜面的迁移速度也就越大,这也就导致了料液容易在膜的表面形成沉淀而加剧浓差极化的程度,其膜通量的衰减率也就越大。

因此,从通量衰减情况来看,选择截留分子量为150K D的超滤膜是更适合于谷氨酸发酵液除菌工艺。

2.3　两种膜清洗后的通量恢复情况按1.2.2方法对两种膜进行再生。

进行了6批次超滤及再生的试验,再生后的通量恢复情况如图3所示。

从图3看出,两种膜再生后的通量恢复情况比较稳定,150K D膜的通量恢复率一般为93%～99%,而200K D膜的通量恢复率一般为90%～98%。

由于超滤膜的截留分子量愈大,愈容易被相近大小的污染物所堵塞,导致超滤膜的不可逆污染程度愈大,故图3　不同膜清洗通量恢复比较图200K D膜的通量恢复率低于150K D膜。

因此,为了达到较好的清洗效果,需根据超滤膜的材质选择适合的清洗剂和清洗工艺,若水流测试达不到要求时,需进行重复清洗,以尽量延长膜的使用周期和提高工作效能。

3　结论 通过不同截留分子量的超滤膜应用于谷氨酸发酵液的除菌对比试验,在过滤效果、周期平均通量以及再生后的通量恢复率等方面,截留分子量为150K D的超滤膜均优于截留分子量为200K D的超滤膜。

试验结果可为谷氨酸发酵液超滤除菌工艺的超滤膜选型提供参考依据。

[1]　谢添阳.膜分离技术在味精发酵液中的应用研究[J].龙岩师专学报,2004,(6):77-78.[2]　王焕章等.陶瓷膜在谷氨酸发酵液除菌过程中的应用[J].食品与发酵工业,2001,(5):42-46.[3]　李平凡等.谷氨酸发酵液除菌过程的超滤膜污染探讨[J].广州食品工业科技,2002,(3):28.[4]　无锡轻工业学院等主编.工业发酵分析[M].北京:中国轻工业出版社,1983,2.[5]　于信令主编.味精工业手册[M].北京:中国轻工业出版社,1994,10.[6]　R Rautenbach著,王乐夫译.膜工艺[M].北京:化学工业出版社,1998,5.[7]　许赵辉等.陶瓷膜过滤谷氨酸发酵液过程的膜污染对策[J].中国调味品,2001,10.责任编辑:张赣霞(下转第35页)　第4期沈大明:计算机辅助设计课程的教学创新和课程建设35 The I nnovati ve Teachi n g and Curri culu m Buildi n gof Co mputer-a i ded Resi gn CoursesSHEN D am ing(Depart m ent of A rt Design,Guangdong I ndustry Technical College,Guangzhou510300,China)Abstract:Computer A ided Design(Phot oshop)is a p r ofessi onal basic course based on advertising design s pecial2 ty,This paper p resents the teaching innovati on and curriculu m building of the course in ter m s of teaching phil os o2 phy,the structure of the teaching content,the s pecific course ware design,the narrative of net w ork course.Key words:phot oshop;teaching innovati on;course constructi on;net w ork course(上接第20页)Co mparisi on of Ultrafiltrati on M e mbranes with D i fferent Fluxs to the M i croorgan is m s i n the Glut am i c Aci ds Fer ment ati on FilterabilityQ I U Yum ei1　D EN G M aocheng2　WU Haifeng3(1.Guangzhou Huabao Flavors&Fragrances C O.L td.,Guangzhou510260,China;2.Guangdong I ndustry Technical College,Guangzhou510300;3.Guangzhou Aosang MSG Food CO.L td,Guangzhou510280,China)Abstract:Glutam ic acids fer mentati on was adop ted t o hl od back by150K D and200K D ultrafiltrati on strain me m2 brane.The filter effect and me mbrane wash rear flux recoveoy rate were compared.The result showed:the bacteri2 um excludingrate is98.96%and97.93%by150K D and200K D me mbrane COD excluding rate is99.15%and 98.25%NH3-N excluding rate is21.42%and18.57%.The filtrate OD is0.005and0.01Separately.The at2 tenauting s peed of the t w o kinds of me mbrane is different during the different concentrate peri od.The resumes rate of150K D is93%—99%and it is90%—98%of200K D.So the me mbranes of150K D is better.Key words:ulfiltrati on;G A;flux;clealing;compare。