摘要：目前L-精氨酸大多數(shù)采用微生物發(fā)酵法進(jìn)行生產(chǎn)，微生物發(fā)酵液中往往存在著大量的菌體、雜蛋白和膠體顆粒等物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在使產(chǎn)物收率和結(jié)晶質(zhì)量下降。因此，在分離前必須先將其除去。無機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)作為一種新型的化工分離技術(shù)，它具有多方面的優(yōu)勢。本文研究了陶瓷膜過濾法去除菌體的各種操作參數(shù)對L-精氨酸過濾效果的影響，分析各因素確定了最佳工藝條件：料液溫度60℃、進(jìn)膜壓力5.0Mpa、出膜壓力2.0Mpa、料液pH值4.0。以此為參數(shù)，發(fā)酵濾液菌體去除率達(dá)到85.33%，精氨酸收率達(dá)到95.03%。

關(guān)鍵詞：L-精氨酸 陶瓷膜過濾 微生物發(fā)酵液 菌體去除率 膜通量

中圖分類號：TQ921 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-5336（2015）06-0000-00

L-精氨酸是一種具有胍基的人和動物的半必須堿性氨基酸，也是生物體尿素循環(huán)中的一種重要中間代謝物。L-精氨酸在醫(yī)藥工業(yè)上具有廣泛的用途。它是復(fù)方氨基酸輸液的主要成分之一，也被廣泛用于氨中毒性肝昏迷的解毒劑和肝功能的促進(jìn)劑，對病毒性肝炎療效顯著，同時對腸道潰瘍、血栓形成、神經(jīng)衰弱和男性無精等癥狀都有一定的治療效果【2】。

微生物發(fā)酵液中往往存在著大量的菌體、雜蛋白和膠體顆粒等物質(zhì)，這些物質(zhì)的存在使產(chǎn)物收率和結(jié)晶質(zhì)量下降。因此，在分離前必須先將其除去。目前膜分離技術(shù)以其在常溫下操作無相態(tài)變化、分離精度高、選擇性強(qiáng)、污染小等優(yōu)點，逐步取代絮凝法、離心法成為分離提取發(fā)酵液中產(chǎn)物的主要方法[ 3 ，4 ]。

無機(jī)陶瓷膜因其構(gòu)成基質(zhì)主要為氧化鋯、氧化鋁等無機(jī)材料及其特殊的結(jié)構(gòu)特征而具有如下的優(yōu)點：耐高溫，適用于處理高溫、高粘度流體；機(jī)械強(qiáng)度高，具有良好的耐磨、耐沖刷性能，可以高壓反沖使膜再生；化學(xué)穩(wěn)定性好、耐酸堿、抗微生物降解；使用壽命長，一般可用 3～5 年，甚至8～10年。這些優(yōu)點與有機(jī)高分子膜相比較，使它在許多方面有著潛在的應(yīng)用優(yōu)勢，成為苛刻條件下精密過濾分離的重要新技術(shù)?，F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)、生物工程、環(huán)境工程、化學(xué)工業(yè)、石油化工、冶金工業(yè)等領(lǐng)域。無機(jī)陶瓷膜分離技術(shù)在我國氨基酸發(fā)酵行業(yè)具有普遍的適用性。其中孔徑為 0.2 μm 的微濾膜可用于除去藥液中的微粒、膠團(tuán)等懸浮物，而孔徑為0.1、0.05 μm及更小的超濾膜則可用于不同分子量成分的分級處理[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

陶瓷管式膜分離中試設(shè)備（某國外品牌，膜面積5㎡，廣東環(huán)西生物科技股份有限公司氨基酸提取車間提供）；722紫外可見光分光光度計（上海鳳凰光學(xué)科儀有限公司）；FE20/EL20型pH計（上海梅特勒-托利多儀器有限公司）；L-精氨酸發(fā)酵液（廣東環(huán)西生物科技股份有限公司氨基酸發(fā)酵車間提供）。

1.2 分析測定

1.2.1 可溶性蛋白測定

將樣品溶液在280 nm波長下測定其吸光度，蛋白含量（mg/ mL ） = A280×校正因子[3]。

1.2.2 L-精氨酸測定方法

L-精氨酸的測定采用α-萘酚（甲萘酚）和雙乙?；旌弦鹤鳛轱@色劑的坂口改良法[6]。

1.3 操作方法

通用陶瓷膜過濾法。將發(fā)酵液裝入設(shè)備工作罐內(nèi)，在一定的操作方法下，測定濾液的雜蛋白去除率及精氨酸收率。

2 結(jié)果與分析

2.1 料液溫度對陶瓷膜過濾的影響

粘度是反映了液體粘性的大小，膜的滲透量隨粘度的減小而增大，而粘度隨溫度的升高時減小的，所以提高溫度可以獲得較大的膜通量[7]。在一定的進(jìn)出膜壓力和料液溫度下，進(jìn)行陶瓷膜過濾。實驗溫度對陶瓷膜膜通量的影響。結(jié)果如圖1所示

圖1料液溫度對膜通量的影響

從圖1可以看出，膜通量隨溫度升高而變大。但考慮到運行成本，選擇60℃為適宜的過濾溫度，此溫度下膜通量可達(dá)230L/h。

2.2 料液進(jìn)出膜壓力對陶瓷膜過濾的影響

在一定的料液pH值和料液溫度下，進(jìn)行陶瓷膜過濾。實驗進(jìn)出膜壓力對陶瓷膜通量的影響。結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，L-精氨酸收率及蛋白質(zhì)的去除率與進(jìn)出膜壓以及壓差的變化不大，但是膜通量的影響效果較大，當(dāng)壓力及壓差很低時，膜通量下降幅度較大，就會導(dǎo)致過濾時間的增加，間接的影響過濾效率使其降低，影響整個陶瓷膜工序的過濾效果。為了減少能耗保護(hù)膜部件，選擇的壓力為：進(jìn)膜壓力5.0Mpa，出膜壓力2.0Mpa。

2.3 料液對陶瓷膜過濾的影響

料液pH值能通過改變?nèi)苜|(zhì)表面的電荷來改變?nèi)苜|(zhì)在溶液中的分散情況，對膜過濾過程產(chǎn)生影響。在一定的pH條件下可發(fā)生沉降現(xiàn)象[3] 。

發(fā)酵液用鹽酸調(diào)不同pH值，進(jìn)行陶瓷膜過濾。在一定的進(jìn)出膜壓力和料液溫度下，對蛋白去除率、產(chǎn)品回收率以及膜通量進(jìn)行了實驗，結(jié)果見表2。

通過表2可看出發(fā)酵液調(diào)pH4.0～4.5能有效地去除雜質(zhì)蛋白，并易發(fā)生沉降現(xiàn)象產(chǎn)生易于在膜前通過粗濾濾除，能有效防止膜污染。在編號3的操作方法下，菌體蛋白質(zhì)去除率85.33%、精氨酸收率95.03%，膜通量220L/h。

3 結(jié)語

（1）選擇料液溫度60℃、進(jìn)膜壓力5.0Mpa、出膜壓力2.0Mpa、料液pH值4.0作為操作參數(shù)，蛋白質(zhì)去除率85.33%、膜通量220L/h。

（2）實驗最高收率95.03%，主要原因為采用設(shè)備體積相對較大，導(dǎo)致發(fā)酵液過濾過程中不能夠濃縮到終點，透析不完全。但伴隨著后期規(guī)模化生產(chǎn)不斷放大，該收率將會有較明顯的提高。

參考文獻(xiàn)

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[7]劉昌盛，傅金祥，李慧.陶瓷膜微濾的影響因素及膜污染再生探討[J].遼寧化工，2010，01：55-57+60.

收稿日期：2015-03-25

作者簡介：陳悅?cè)海?984—）男，廣東揭陽人，本科學(xué)歷，食品生物助理工程師，主要從事運用發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)氨基酸產(chǎn)品及功能性食品研究等。