超滤法提纯异维生素C钠发酵液的研究

杨永久，李 皓，曹琳青

（1.郑州拓洋实业有限公司，河南郑州 450001；2.郑州轻工业学院，河南郑州 450002）

超滤法提纯异维生素C钠发酵液的研究

杨永久1，李 皓2，曹琳青1

（1.郑州拓洋实业有限公司，河南郑州 450001；2.郑州轻工业学院，河南郑州 450002）

采用MF－5膜组件超滤2－酮基－D－葡萄糖酸发酵液，滤液质量高，收率可达98%以上；操作温度35～38℃，进口压力0.25 MPa，出口压力0.15 MPa，过滤中的平均膜通量为110 L/（m2·h）。

超滤；提纯；发酵液；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，合成异维生素C钠一般采用间接发酵法，即先由D－葡萄糖酸发酵成2－酮基－D－葡萄糖酸，再经酯化、内酯化、精制，得到成品异维生素C钠。发酵液中存在大量蛋白质、菌丝体和固体悬浮颗粒，发酵液处理的好坏直接影响产品的质量。传统的发酵液净化方式是酸化、高温加热、絮凝、沉降等［1］。这种方式工艺线路长，加热耗能，对设备腐蚀大，滤渣后序处理困难，又容易引起葡萄糖酸的降解。近年来新兴起了一种新的提纯方式——超滤法，因其耗能小，操作条件温和，不腐蚀设备，不造成物料破坏，减少环境污染等优点，得到了广泛的应用［2－3］。本文选用sun－flo超滤膜分离系统［4］代替老工艺去除发酵液中的杂质，大大简化了工艺流程，提高了质量，分离的菌丝体经喷雾干燥后可做饲料，既提高了经济收入，又减少了环境污染。本文筛选了最佳的膜片，并对膜片的通量及变化规律、超滤液质量及膜片的清洗进行了重点考察。

1 实验部分

1.1 实验原料及设备

2－酮基－D－葡萄糖酸发酵液，本公司提供；sun－flo超滤设备（MF－3、MF－5、MF－7膜片），厦门三达膜科技有限公司；722可见分光光度计，上海佑科仪器仪表有限公司；WZZ－2B自动旋光仪，上海申光仪器仪表有限公司；800台式低速离心机，上海医疗器械（集团）有限公司手术器械厂。

1.2 分析方法

滤液酸含量的测定。选用操作简单的旋光法。用旋光仪测定料液的旋光值，旋光值乘以系数，即得料液的酸含量。

发酵液酸含量测定方法。发酵液稀释5倍，用台式离心机以3 500 r/min的转速离心40 min，测定上清液旋光值，旋光值乘以系数和稀释倍数，即得酸含量。

用分光光度计测定料液的透光度和消光值。

1.3 超滤工艺流程

超滤工艺流程如图1所示。

图1 超滤工艺流程图

1.4 实验方法

安装好膜片，检查超滤设备各组件的阀门、开关，使其处于正常位置，检查夹套降温系统是否正常。过料前先用去离子水清洗设备，直到超滤出水的透光度≥99%，消光度≤0.01，pH值呈中性，同时测定膜的初始通量。然后放空膜系统中的水，准备过料。将一定体积的发酵液倒入料桶中，使膜组件出口阀门保持2/3开度，启动泵，慢慢打开膜组件进口阀门，并调节进口压力0.25 MPa，出口压力0.1 MPa；循环15 min，当超滤液变清时，开始收集超滤液。在运行过程中，调节夹层中的水流量，使料温维持在35～38℃。当浓缩液成浆糊状时，分次共加入原料总量10%的去离子水洗涤，使滤渣中残留的葡萄糖酸充分洗涤出来，并定时测样。每批实验结束后，先排出并清洗系统中的滤渣，然后用专用的清洗剂洗涤，最后用清水洗至pH值呈中性后待用。

2 结果与讨论

2.1 膜片的选择

实验选择平板膜，型号：1（#MF－3）、2（#MF－5）、3（#MF－7），截留相对分子质量分别为3万、5万和7万。

2.1.1 三种膜超滤液的透光度情况

在料桶中加入10 L发酵液进行超滤，超滤液混合均匀后测其透光度。每种膜进行三批实验，数据见表1。

表1 三种膜超滤液透光度 %

从表1得知，用1#和2#膜滤液透光性较好，用3#膜滤液透光性较差。

2.1.2 超滤液消光值

原工艺发酵液处理方法：取一定发酵液，加入工业盐酸，酸化pH值为2.8，再加热沸腾后自然降温至60℃，加入聚丙烯酰胺，沉降1.5 h，用滤膜抽滤，即得滤液，测其消光值，数据见表2。

表2 超滤液消光值与原工艺提纯液消光值比较

由表2可知，超滤法得到的净化液色泽好，消光值低，质量好，其中1#膜比2#膜稍好，3#膜和原工艺处理的净化液消光较高。

2.1.3 三种膜除蛋白实验情况

把超滤液按原工艺条件加热沸腾1 h后，目测蛋白情况，见表3。

表3 蛋白实验情况

从表3可知，同种料液分别经1#、2#、3#膜超滤，其滤液加热后沉降情况相差较大。1#膜和2#膜超滤液加热后表现为澄清、无蛋白，3#膜超滤液加热后有少量蛋白出现，说明1#膜和2#膜除蛋白效果最好，得到的滤液质量高。

2.1.4 2－酮基－D－葡萄糖酸收率情况

在料桶内加入10 L发酵液，浓缩浆液中分次共加入原料总量10%的去离子水，浓缩到终点，计算2－酮基－D－葡萄糖收率，实验数据见表4。

表4 三种膜超滤收率 %

从表4可知，三种膜收率都大于98%，3#膜因膜孔径较大，对葡萄糖酸截留量较少，收率最高，2#膜次之，收率相差不大。

2.1.5 三种膜平均通量实验情况

在料桶中加入10 L发酵液，浓浆中分次共加入发酵液体积10%去离子水洗料，浓缩到收率98%。精量超滤液体积和记录超滤所用的时间，计算膜的平均通量（L/m2·h），实验数据见表5。

表5 三种膜平均通量 L/（m2·h）

从表5可知，3#膜的平均通量最大，平均为115 L（/m2·h），1#膜通量相对较小，比3#膜小18.3%，2#膜比3#膜小4.3%。

综上实验数据可知，3#膜超滤液中蛋白质含量和消光值偏高，质量较差；1#膜超滤液质量比2#膜稍好，但膜通量较小，从经济角度和生产进程考虑，2#膜最佳，即截留分子量为5万的MF－5型号膜为本实验筛选的最佳膜片。

2.1.6 过料时间与2#膜通量的变化关系情况

每30 min测量一次流量，并换算成通量，实验数据见表6。

表6 过料时间与2#膜通量的变化关系 L/（m2·h）

从表6可知：①试验4批发酵液，2#膜的平均通量为110 L/（m2·h），说明2#膜组件具有很强的过滤能力。②通过试验四批发酵液得知，2#膜通量偏差分别为1.36%、－1.36%、0、0.45%，说明2#膜性能稳定，经过清洗后有较强的恢复能力，重复利用性强，适合大生产。

2.2 膜片的清洗

在实际生产上，发酵过程难免存在染菌，染菌程度又很难具体来界定，然而染菌程度的大小直接影响到膜片的实际超滤通量，故本实验采用的是配套的专用复合型加酶清洗剂，清洗剂的浓度为1%，pH值为9，清洗时间60 min，清洗效果良好，通量能力恢复较好，从表5中已经得到了证实。

3 结论

①用截留分子量为5万的MF－5超滤平板膜提纯2－酮基－D－葡萄糖酸，滤液质量比传统工艺好，收率可以达到98%以上，膜平均通量为110 L/（m2·h）。②复合型清洗剂清洗后膜通量恢复情况良好，可循环使用，从而降低了成本。③滤渣无加入任何杂物，经喷雾干燥后可作饲料，增加经济收入，同时减少了环境污染。

［1］熊宗贵，白秀峰，徐亲民.发酵工艺原理［M］.北京：中国医药科技出版社，1995：370－386.

［2］朱彬华，程 鹏.超滤法浓缩淀粉酶的研究［J］.膜科学与技术，1988，8（3）：15－20.

［3］高以恒，叶凌碧.膜分离技术基础［M］.北京：中国科学出版社，1989：335－338.

［4］冉艳红，陈万群.纳滤浓缩凉茶提取液研究［J］.食品技术，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

杨永久（1981－），女，硕士，从事维生素C生产工艺的研究工作，E－mail：yyj－dgd@126.com.