崔亞放

安徽豐原集團有限公司工程技術部，安徽 蚌埠 233010

紅霉素屬于大環(huán)內(nèi)酯類抗生素老品種，但由于衍生產(chǎn)品眾多，應用范圍還是較廣，市場需求量較大。紅霉素提取工藝中常用到的工藝是板框過濾加溶媒萃取的老工藝，此工藝一般收率在75～80%之間，但由于生產(chǎn)中需要消耗大量的硫酸鋅和溶媒，菌渣處理困難，造成提取成本昂貴，污染較大，企業(yè)生產(chǎn)成本居高不下，競爭力日益下降。針對傳統(tǒng)工藝技術存在的主要問題，我們研究開發(fā)陶瓷膜集成技術新的生產(chǎn)工藝，大大降低紅霉素提取成本，減少廢水排放、提高了目標產(chǎn)物的回收率。

1 實驗部分

1.1 實驗目的

考察在5～15℃左右、一定的進、出口壓力和膜面流速下，膜穩(wěn)定通量、平均通量、濃縮倍數(shù)、滲透液處理效果、膜化學清洗效果。對膜集成方案進行可行性分析，并對方案進一步優(yōu)化。

1.2 實驗方法

先用陶瓷膜在5～15℃溫度下對紅霉素發(fā)酵液進行除雜過濾，控制進口壓力在0.25MPa，出口壓力在0.1MPa左右，膜面流速為4m/s，考察滲透通量的衰減和滲透液的處理效果。加水透析是在除滲透液30%～50%時加水，加水量為發(fā)酵液的1.5～1.7倍 (每次加水量約為發(fā)酵液的1/25～1/50)。

然后對陶瓷膜滲透液用納濾膜進行濃縮去水和除鹽。

工藝流程為：

紅霉素的效價分析由安徽豐原發(fā)酵技術國家工程研究中心分析室分析。

1.3 實驗器材

原料：紅霉素發(fā)酵液（pH7.5～8），由安徽豐原發(fā)酵技術國家工程研究中心發(fā)酵研究室提供，外觀呈乳黃白色渾濁流體，含大量菌絲體、油脂、蛋白、懸浮顆粒等雜質(zhì)。

1.4 實驗設備

膜及膜組件：

陶瓷膜：材質(zhì)氧化鋯，孔徑 200nm，規(guī)格1016mm，由江蘇久吾高科技股份有限公司制造。

納濾膜，NF-4040，美國GE公司

實驗設備：

0.5 m2、3m2陶瓷膜設備

16m2有機膜設備，均由江蘇久吾高科技股份有限公司提供。

2 結(jié)果與討論

2.1 陶瓷膜過濾發(fā)酵液數(shù)據(jù)及效果

由圖1的 4張對比圖可以看出：采用陶瓷膜處理紅霉素發(fā)酵液，初始通量衰減很快，在不到1小時內(nèi)通量衰減到40～60L/m2·h，在加透析水后，通量基本穩(wěn)定在50L/m2·h左右。實驗平均通量46.4～64.7 L/m2·h，濃縮倍數(shù)最高達到2倍。

由表1可知：處理后滲透液澄清透明，濃縮液成膏狀流體，收率在94.8%～85%。因此陶瓷膜處理該發(fā)酵液工藝技術可行且較為理想。

圖1 陶瓷膜處理紅霉素發(fā)酵液的通量衰減曲線4個對比圖

表1 陶瓷膜處理發(fā)酵液數(shù)據(jù)

2.2 NF膜濃縮紅霉素濾液數(shù)據(jù)

圖2 NF膜處理紅霉素發(fā)酵液的通量衰減曲線

表2 納濾膜處理濾液數(shù)據(jù)

從圖2 的4張對比圖和表2看到：采用納濾膜處理紅霉素陶瓷膜滲透液，滲透通量也衰減較快，但加透析水后通量有所回升，平均通量達到了90L/h以上。納濾膜滲透液電導很低，可滿足指標＜us/cm，滲透液中也無效價單位測出，說明無有效物質(zhì)透過膜。收率較低，原因主要是設備死體積較大所致，工程上一般濃縮結(jié)束后用純水頂洗至前道工序即可避免。

第三次通量較低，通過截留蛋白實驗和酸洗實驗表明主要原因可能是高價離子（如Ca2+）含量較高所致，可能與發(fā)酵體系有關。

第四次實驗針對高價離子采取相應措施預處理，納濾濃縮液可滿足指標：效價≧20000單位

2.3 膜清洗恢復數(shù)據(jù)及效果見表3

陶瓷膜清洗：

堿洗工業(yè)純水加入2.0%NaOH、1.0%次氯酸鈉配成溶液，在60℃～70℃下開供料泵循環(huán)清洗30min。清洗結(jié)束后，排空系統(tǒng)，加純水循環(huán)沖洗系統(tǒng)，至PH值呈中性。

酸洗工業(yè)純水加入2.0%HNO3，在60℃～70℃下開供料泵循環(huán)清洗25min。清洗結(jié)束后，排空系統(tǒng)，加純水循環(huán)沖洗系統(tǒng)，至PH值呈中性。

納濾膜清洗：

工業(yè)純水加入0.15%十二烷基苯磺酸鈉、0.1%EDTA配成溶液，用NaOH溶液調(diào)PH9～10，在40℃下開供料泵循環(huán)清洗45min。清洗結(jié)束后，排空系統(tǒng)，加純水循環(huán)沖洗系統(tǒng)，至PH值呈中性。膜管通量恢復率較為理想，都在100%。

表3 膜清洗恢復數(shù)據(jù)及效果

3 結(jié)論

1）200nm陶瓷膜應用于紅霉素發(fā)酵液菌絲體分離效果較為理想：實驗平均通量46.4～64.7L/m2·h，在過濾出滲透液30%～50%后加水洗滌菌絲體，加水量為發(fā)酵液體積的1.5～1.7倍 (每次加水量約為發(fā)酵液體積的1/25～1/50)，此方式平均通量最大為62.5～64.7L/m2/h，收率最高94.8%～100%。

2）對高價離子采取相應措施預處理，可大大提高納濾時膜通量；

3）采用納濾膜處理紅霉素發(fā)酵液濾液電導可滿足指標＜5us/cm，滲透液中無單位測出，對發(fā)酵液預除高價離子，納濾濃縮液效價可滿足指標：效價≧20000單位；

4）膜污染后清洗恢復較理想，陶瓷膜采用堿酸洗后，通量恢復率100%；納濾膜采用堿為主的清洗劑洗后通量恢復率在100%；

5）紅霉素發(fā)酵液采取先用陶瓷膜澄清，再用納濾膜濃縮的工藝是可行的。

[1]袁一，等.化學工程師手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999.

[2]劉茉娥，等.膜分離技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，1998.