陶瓷膜在賴氨酸提取中的應(yīng)用價值研究

丘福華

（三達(dá)膜科技（廈門）有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

賴氨酸（Lysine）的化學(xué)名稱為2，6-二氨基己酸。賴氨酸是人類和哺乳動物的必需氨基酸之一，機(jī)體不能自身合成，必須從食物中補(bǔ)充。L 型賴氨酸采用生物工程原理，用玉米淀粉等原料經(jīng)過液體深層發(fā)酵、精制而生產(chǎn)出來的飼料添加劑。賴氨酸的產(chǎn)量逐年增長，其中最主要的銷售市場是在畜牧業(yè)上作為飼料。

根據(jù)“陶瓷膜賴氨酸提取實(shí)驗(yàn)”的情況，結(jié)合陶瓷膜在賴氨酸工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，陶瓷膜在賴氨酸提取方面具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。陶瓷膜是由SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O2等多種無機(jī)材料制備形成的多孔膜材，具有較強(qiáng)的耐堿性、耐酸性、耐有機(jī)溶劑性。陶瓷膜的機(jī)械強(qiáng)度較大，能夠?qū)崿F(xiàn)反向沖洗，同時又有較強(qiáng)的耐微生物能力、耐高溫能力，能夠被運(yùn)用于純化、濃縮、分離、除菌、澄清、除鹽等多項(xiàng)工藝活動中。在該次賴氨酸提取陶瓷膜的應(yīng)用中，工作人員利用陶瓷膜取代以往的金屬膜等傳統(tǒng)工藝，通過各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)情況和工藝設(shè)計應(yīng)用的分析發(fā)現(xiàn)，陶瓷膜在賴氨酸提取方面的可用性較強(qiáng)[1]。

采用陶瓷膜過濾賴氨酸發(fā)酵液，將發(fā)酵液中的所有菌體、固體蛋白、膠體、雜質(zhì)等不溶物徹底去除，使進(jìn)入樹脂的料液清澈透明，大大提高樹脂利用率。較傳統(tǒng)提取工藝提高樹脂交換當(dāng)量15%以上，進(jìn)入樹脂柱的污染物大大減少，使樹脂漂洗水量大幅減少，能大大延長樹脂的使用壽命，并提高提取總收率。

1 陶瓷膜分離實(shí)驗(yàn)

1.1 陶瓷膜分離技術(shù)實(shí)驗(yàn)

膜分離技術(shù)是一種較為經(jīng)典的氨基酸提取技術(shù)，膜分離實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫榱蓑?yàn)證陶瓷膜在賴氨酸工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的可行性。

實(shí)驗(yàn)主要的參數(shù)指標(biāo)有4 個。1）操作壓力、溫度、膜通量及其穩(wěn)定性。2）最終產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)品收率。3）膜的濃縮倍數(shù)。4）膜清洗可恢復(fù)性等。

在該次黑龍江伊品生物科技有限公司的“賴氨酸酸化液陶瓷膜過濾實(shí)驗(yàn)”中，同時考察50 nm、100 nm 2 種孔徑的陶瓷膜過濾性能。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，陶瓷膜的膜分離技術(shù)在賴氨酸發(fā)酵液提取的過程中，50 nm 的陶瓷膜具有更強(qiáng)的實(shí)用性，能夠有效實(shí)現(xiàn)澄清的目的，這種清液可以達(dá)到后續(xù)連續(xù)離交的進(jìn)柱要求，利用高心機(jī)進(jìn)行離心處理，15 min 之內(nèi)均沒有出現(xiàn)沉淀的情況[2]。

1.2 陶瓷膜實(shí)驗(yàn)工藝過程

實(shí)驗(yàn)人員將賴氨酸發(fā)酵液投入設(shè)備料罐中，啟動設(shè)備，將泵作為驅(qū)動力，控制壓力差，利用陶瓷膜截留效果，將發(fā)酵液中分子較大的物質(zhì)截留在濃縮液中，同時將小分子物質(zhì)分離出來。在該次實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)人員要分別記錄實(shí)驗(yàn)時間、實(shí)驗(yàn)溫度與實(shí)驗(yàn)壓力，詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)信息，同時對過濾速度進(jìn)行測定，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后將料液收集起來，清洗實(shí)驗(yàn)設(shè)備。膜分離技術(shù)工藝流程如圖1 所示。

2 陶瓷膜生產(chǎn)應(yīng)用設(shè)計

結(jié)合陶瓷膜在賴氨酸實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行陶瓷膜在賴氨酸工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用設(shè)計，設(shè)計的陶瓷膜應(yīng)用系統(tǒng)主要包括以下2 個部分。

2.1 預(yù)處理系統(tǒng)

在進(jìn)入陶瓷膜組件前，先經(jīng)過預(yù)處理系統(tǒng)，去除一些硬質(zhì)顆粒雜質(zhì)，以此來保證陶瓷膜組件的穩(wěn)定運(yùn)行。預(yù)處理系統(tǒng)可以分為旋流分離器部分與刮刀式自清洗過濾器部分。其中旋流分離器部分能夠有效處理50 μm 以上的大比重固體顆粒，例如：鐵質(zhì)顆粒、焊渣、砂粒。刮刀式自清洗過濾器部分則能夠?qū)Υ髨F(tuán)菌絲團(tuán)、線頭、懸浮性固體雜質(zhì)、固體顆粒等物質(zhì)進(jìn)行過濾與分離，具有極強(qiáng)的清除效果，過濾效果良好，能夠有效保護(hù)陶瓷膜。

2.2 陶瓷膜系統(tǒng)

陶瓷膜系統(tǒng)主要包括供料系統(tǒng)、清洗系統(tǒng)、安全過濾器、膜組件、排污系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。在這一工序過程中，賴氨酸發(fā)酵液經(jīng)過了預(yù)過濾系統(tǒng)，料液打到進(jìn)料罐中，此時可以充分發(fā)揮陶瓷膜的作用，對發(fā)酵液進(jìn)行分離處理，分離工藝流程為：

圖1 膜分離技術(shù)工藝流程圖

陶瓷膜設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)見表1。

表1 陶瓷膜設(shè)計基礎(chǔ)參數(shù)

3 陶瓷膜應(yīng)用情況分析

3.1 優(yōu)勢

結(jié)合上述的賴氨酸陶瓷膜實(shí)驗(yàn)情況，以及陶瓷膜系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用運(yùn)行情況可以發(fā)現(xiàn)，陶瓷膜在賴氨酸提取分離過程中，系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定、操作簡單，具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢。

首先，陶瓷膜具有較高的分離精度，能夠?qū)⑻幚碇笄逡褐械膽腋∥飻?shù)量控制在0.5%以下，具有穩(wěn)定的處理效果，且截留性能較強(qiáng)。

其次，陶瓷膜過濾系統(tǒng)能夠在高通量的狀態(tài)下維持長期穩(wěn)定運(yùn)行，且過濾出來的物料制作出的產(chǎn)品質(zhì)量有保障。相較于傳統(tǒng)的帶式過濾設(shè)備、板式壓濾設(shè)備處理液體的除菌程度不足、澄清度較低等情況具有較強(qiáng)的優(yōu)勢。

再次，陶瓷膜的結(jié)構(gòu)一般為多孔性管狀結(jié)構(gòu)。相較于有機(jī)膜，陶瓷膜的結(jié)構(gòu)不容易發(fā)生堵塞的情況，且易于清洗，能夠在短時間內(nèi)恢復(fù)通量，再生性較強(qiáng)。一般來說，陶瓷膜芯的使用周期在3～5 年。

最后，陶瓷膜具有良好的熱穩(wěn)定性能。根據(jù)賴氨酸酸化液陶瓷膜過濾應(yīng)用過程，發(fā)現(xiàn)其可以長期處于高溫環(huán)境中作業(yè)。此外，陶瓷膜過濾系統(tǒng)的膜材與輔助材料都是無污染材料，能夠滿足現(xiàn)場清潔需求，符合GMP 規(guī)范[3]。

3.2 生產(chǎn)運(yùn)行出現(xiàn)問題分析

結(jié)合上述的陶瓷膜過濾系統(tǒng)運(yùn)行過程，可以發(fā)現(xiàn)，雖然陶瓷膜具有較強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢，但是仍然存在很多的不足之處，需要工作人員結(jié)合具體問題分析其原因，提出有效的解決措施，從而充分發(fā)揮陶瓷膜在賴氨酸提取中的應(yīng)用價值。

舉例分析，陶瓷膜過濾系統(tǒng)中的陶瓷膜芯容易損壞，且陶瓷膜芯的更換頻率較高，相較于金屬膜，陶瓷膜芯更容易受到機(jī)械設(shè)備的損壞。針對這一問題，工作人員要嚴(yán)格控制過濾系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的壓力數(shù)值，將其始終控制在一定范圍內(nèi)，從而有效保證陶瓷膜芯的使用效果，避免陶瓷膜芯在運(yùn)行的過程中，由于外界局部壓力過大而發(fā)生斷裂的情況。

此外，在系統(tǒng)長期運(yùn)行的過程中，陶瓷膜的通量會隨著運(yùn)行時間的延長而出現(xiàn)緩慢持續(xù)下降的情況?；诖?，需要工作人員優(yōu)化設(shè)計陶瓷膜過濾系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，明確陶瓷膜過濾系統(tǒng)的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，控制運(yùn)行時間，定期更換新的陶瓷膜系統(tǒng)材料，以此來保證陶瓷膜過濾系統(tǒng)的運(yùn)行與生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)黑龍江伊品生物科技有限公司的陶瓷膜賴氨酸提取實(shí)驗(yàn)過程，及其工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用設(shè)計的結(jié)果顯示，無論是從膜分離技術(shù)本身來說，還是從陶瓷膜的賴氨酸提取效果來說，陶瓷膜均比較適合賴氨酸的提取與分離生產(chǎn)。在這一過程中，工作人員不斷優(yōu)化膜設(shè)備的運(yùn)行模式，大大提升了賴氨酸提取效率與效果，這是以往的金屬膜分離技術(shù)所不具備的。因此，可以基本推斷出，隨著陶瓷膜技術(shù)的不斷發(fā)展，陶瓷膜的賴氨酸提取工藝具有較大的發(fā)展空間，其提取效果、提取效率均具有較大的上升空間，且將陶瓷膜運(yùn)用于賴氨酸提取的生產(chǎn)過程中，不僅能夠優(yōu)化工藝流程，更能夠有效降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)生產(chǎn)效益。