王衛(wèi)富 潘忠成 馬文艷 翁婧 李蒲民

摘要：指出了采用活性炭和脫色膜法分離春雷霉素的方法，可以有效地對(duì)發(fā)酵液中春雷霉素進(jìn)行分離，替代樹(shù)脂吸附分離法，極大地減少春雷霉素提取過(guò)程的污水量。通過(guò)對(duì)春雷霉素陶瓷清液進(jìn)行活性炭預(yù)處理和脫色膜分離，確定了關(guān)鍵工藝過(guò)程的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。結(jié)果表明：陶瓷清液使用0.3%～0.5%的活性炭預(yù)處理后，采用脫色膜進(jìn)行分離，納濾濃縮液含量達(dá)到60～70 /L，蛋白去除率達(dá)到95%，透光率58%，質(zhì)量指標(biāo)合格，新工藝污水量樹(shù)脂法工藝降低30%～35%，生產(chǎn)穩(wěn)定性更高。新工藝可以有效分離春雷霉素，解決了目前生產(chǎn)上的污水體積大和氨氮高、造成的污水處理難度大、成本高等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：春雷霉素;脫色膜;納濾膜;活性炭

中圖分類號(hào)：Q946.887 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-9944（2019）22-0182-04

1 引言

春雷霉素（kasugamycin）由春日鏈霉菌（Strepto-myces kasugaensis）所產(chǎn)生，屬氨基謄蒸類抗生素，作為一種綠色、低毒、低殘留的農(nóng)用抗生素類殺菌劑[1]，不僅對(duì)水稻稻瘟病有特效，對(duì)多種作物病害都有較好的殺菌效果[2]，春雷霉素不但作為農(nóng)用抗生素具有良好的市場(chǎng)前景，作為保健品的前體物[2]也受到較大關(guān)注，具有很高的市場(chǎng)和科研開(kāi)發(fā)價(jià)值。

目前，春雷霉素的主要分離工藝是樹(shù)脂吸附分離法[3，4]，在樹(shù)脂分離過(guò)程產(chǎn)生大量的高濃度污水，生產(chǎn)環(huán)境和水污染嚴(yán)重，環(huán)保問(wèn)題無(wú)法有效解決。本試驗(yàn)利用傳統(tǒng)的活性炭和新型的膜分離方法[5]，設(shè)計(jì)出春雷霉素分離的新生產(chǎn)工藝，極大地降低污水的產(chǎn)生量，改善污水處理高氨氮等問(wèn)題[6]，可以有效解決高污染導(dǎo)致的環(huán)保問(wèn)題，同時(shí)降低成本，解決企業(yè)污水處理成本困境。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

本研究使用活性炭為活性炭為福建大林森活性炭，膜系列為江西久吾超濾膜、脫色膜、納濾膜，處理液為陜西麥可羅生物科技有限公司的春雷霉素發(fā)酵液。

2.2 試驗(yàn)方法

（1）春雷霉素效價(jià)測(cè)定。高壓液相色譜測(cè)定[7]，依據(jù)藥典GB/T 34758-2017方法測(cè)定。

（2）相對(duì)蛋白含量測(cè)定。樣品用純水稀釋50倍，紫外分光光度計(jì)波長(zhǎng)280nm測(cè)定吸收值。

（3）濾液透光率測(cè)定。樣品在可見(jiàn)光分光光度計(jì)，波長(zhǎng)400nm測(cè)定透光率。

（4）污水COD測(cè)定。重鉻酸鉀測(cè)定法，按GB11914-89方法測(cè)定。

（5）污水氨氮測(cè)定。納氏試劑比色法，按GB7479-87方法測(cè)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 預(yù)處理效果測(cè)定

陶瓷清液調(diào)pH值至2.0～5.0之間，加入活性炭0.1%～0.5%，常溫或升溫60-70℃，振蕩脫色1h，靜置30min后過(guò)濾。

3.1.1 活性炭用量對(duì)預(yù)處理效果影響

不同活性炭用量處理結(jié)果（圖1，圖2），活性炭用量在 0.5%時(shí)，雜質(zhì)去除效果出現(xiàn)拐點(diǎn)，但是在大于0.5%時(shí)含量出現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。

結(jié)果表明：常溫條件下，活性炭用量0.5%左右時(shí)，對(duì)春雷霉素含量無(wú)明顯影響，同時(shí)除雜效果達(dá)到90%以上。

3.1.2 清液pH值對(duì)預(yù)處理效果影響

pH值對(duì)活性炭處理效果影響（表1），陶瓷清液含量無(wú)明顯影響，低pH值條件下，OD280明顯偏低，而波長(zhǎng)400數(shù)據(jù)變化較小，可能和pH對(duì)吸收值的影響有較大關(guān)系。結(jié)果表明：在正常生產(chǎn)pH值為2.5～3.0條件下，處理pH值無(wú)需做過(guò)多調(diào)整。

3.1.3 處理溫度對(duì)預(yù)處理效果影響

溫度對(duì)活性炭的吸附速率有明顯影響（圖3，圖4）。

結(jié)果表明：溫度處理高條件下，各項(xiàng)數(shù)據(jù)明顯偏低，大于50℃時(shí)，料液顏色出現(xiàn)褐變反應(yīng)，且影響含量降低。因此，實(shí)際生產(chǎn)控制溫度不超過(guò)50℃為宜。

3.1.4 不同條件下活性炭的預(yù)處理效果

不同加碳量、處理溫度和時(shí)間條件組合對(duì)活性炭預(yù)處理效果的影響（表2）。

結(jié)果表明：0.3%的活性炭在50℃振蕩2h處理效果，接近0.5%活性炭室溫處理效果，同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間處理無(wú)明顯作用?；钚蕴繉?duì)濃縮液的處理效果明顯，但相對(duì)清液除雜效果相對(duì)較低。結(jié)果表明：0.3%～0.5%的性炭在50℃以內(nèi)，處理時(shí)間2h左右，處理效果達(dá)到最佳，同時(shí)對(duì)濃縮液的二次處理仍有明顯效果。

3.2 脫色膜處理效果

3.2.1 膜截留效果及穩(wěn)定性

選用10nm孔徑中空纖維素膜和10nm孔徑超濾膜管進(jìn)行截留效果對(duì)比分析，測(cè)試過(guò)程中空纖維素膜膜壓控制在0.5～0.7MPa，超濾膜控制在0.35～0.4MPa（表3）。

結(jié)果表明：兩種不同材質(zhì)10nm孔徑脫色膜管，中空纖維素膜CMN-10脫色處理效果較好，膜通量和堵塞情況也相對(duì)較好，與膜管實(shí)際過(guò)濾面積大有關(guān)。

3.2.2 膜再生效果測(cè)定

膜再生時(shí)，先用清水沖，然后用pH值為11左右堿溶液進(jìn)行再生0.5h，測(cè)定膜通量，再用0.5%洗膜劑再生，測(cè)定膜通量，最后用清水沖洗完后，測(cè)定膜通量，再生過(guò)程中空纖維素膜膜壓控制在0.5 Mpa，超濾膜控制在0.3MPa（表4）。

結(jié)果表明：兩種膜的再生效率都較高，CMN～10連續(xù)使用后膜通量稍差，與兩種膜洗膜方式的差別，導(dǎo)致洗膜效果有一定差異有關(guān)。采用中空纖維素膜作為脫色膜在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中，膜截留效果相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)需強(qiáng)喊再生，對(duì)生產(chǎn)污水質(zhì)量控制有利。

3.2.3 脫色膜對(duì)不同物料的處理效果

選用CMN-10中空纖維素膜對(duì)不同物料進(jìn)行截留分析（表5）。

結(jié)果表明：處理物料雜質(zhì)越高，透過(guò)液相對(duì)脫色效果越好，但是陶瓷清液易導(dǎo)致堵膜，難以再生，實(shí)際生產(chǎn)中操作不便;濃縮液物料質(zhì)量相對(duì)較好，但是體積較小，實(shí)際生產(chǎn)中需要加較多水，保證收率，造成物料稀釋，二次納濾，成本較高。因此，脫色物料使用活性炭預(yù)處理后清液，在收率、膜通量、膜再生容易以及工藝流暢等各方面符合生產(chǎn)要求。

3.3 納濾濃縮效果

選用車間納濾膜濃縮進(jìn)行分析，取車間物料和試驗(yàn)脫色膜后物料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)（表6）。

結(jié)果表明：脫色膜物料進(jìn)行納濾膜濃縮，濃縮后OD280指標(biāo)和車間樣品接近，透光率高于車間。

3.4 工藝質(zhì)量控制驗(yàn)證

按設(shè)計(jì)工藝流程進(jìn)行工藝連續(xù)驗(yàn)證，活性炭預(yù)處理和脫色膜按以上試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行，最后出納濾濃縮液（見(jiàn)表7）。

結(jié)果表明：連續(xù)處理中間各項(xiàng)參數(shù)和分段試驗(yàn)一致，最后濃縮液指標(biāo)合格。

4 結(jié)論

（1）工藝流程：發(fā)酵液微濾膜分離菌體，按體積比0.3%～0.5%的活性炭，溫度35～50℃攪拌預(yù)處理2h，過(guò)濾后物料進(jìn)入脫色膜進(jìn)行處理，脫色物料進(jìn)入納濾膜進(jìn)行濃縮，濃縮汁效價(jià)60～70g/L，質(zhì)量指標(biāo)和生產(chǎn)濃縮液基本一致。

（2）該工藝和車間工藝比較，去除了離子交換柱的吸附分離和樹(shù)脂再生環(huán)節(jié)，減少了純水的使用量（污水量）30%～35%，同時(shí)沒(méi)有了氯化銨的投入，降低了污水中的總氨氮60%來(lái)源。

（3）該工藝可以有效分離春雷霉素，工藝流程簡(jiǎn)單化，可以有效解決目前生產(chǎn)上的污水體積大和氨氮高，造成的污水處理難度大、成本高等問(wèn)題，可以替代目前生產(chǎn)上的樹(shù)脂分離法工藝。

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收稿日期：2019-10-09

基金項(xiàng)目：陜西省科技項(xiàng)目（編號(hào)：2018ZKC-173）;陜西省科技廳項(xiàng)目（編號(hào)：2019-PT-15）;渭南市科技局項(xiàng)目（編號(hào)：ZDYF-SFGG-17-zsg）

作者簡(jiǎn)介：王衛(wèi)富（1982-），男，碩士，主要從事應(yīng)用微生物及生物醫(yī)藥方面的工作。

通訊作者：潘忠成（1974-），男，博士，研究方向?yàn)閼?yīng)用微生物及生物醫(yī)藥。