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关于膜分离技术提纯L—苏氨酸的探讨
浏览次数:207发布时间:2019-01-12 16:22:06 文章来源:
膜技术近年是朝着分子化的进行,在医药行业也是有所应用,随着膜分离技术的越来越精细化,在一些关键分子的一些分离和提纯上,也出现了膜技术的身影。目前菌体分离方法主要有絮凝法、离心法和膜过滤法。

絮凝法主要使用絮凝剂使菌体沉淀,由于发酵液中菌体含量大絮凝剂使用量大;絮凝剂有很强的吸附作用,在吸附沉降过程中有部分氨基酸被吸附;加入絮剂的同时又引入新的杂质。

超滤法因其能耗小,效率高,能在低温下操作,生物活性物质不易失活等特点,近几年在分离、浓缩和纯化生物活性物质方面得到了广泛的应用。

金属超滤膜分离系统代替传统工艺一步截留发酵液中残留的菌丝体、蛋白质(包括可溶性蛋白)和悬浮的固体颗粒,省略了预处理过程,大大简化了生产工艺流程,降低了生产成本。

1.工艺流程:

发酵液经泵加压后进人金属膜超滤分离系统,L-苏氨酸透过膜流进清液储罐,而菌丝体、蛋白质和固体悬浮颗粒等杂质被截留,将它们经热交换器冷却后(因泵运行后会放热使料液温度升高)送回料罐进一步浓缩,直至超滤浓缩液呈浆糊状,再用少量的水清洗,使滤渣中残余的L-苏氨酸充分洗涤出来。

2.1料液pH对膜通量的影响:

随着pH的增大,膜的通量逐步下降,当pH>10时,膜通量的下降较为显著。这可能是由于随pH的增加,膜的Zeta电位逐步改变,使得发酵液中与膜电性相反的组分吸附在膜表面及膜孔内,引起膜污染加剧;另外,pH的增加,使溶液的酸碱度逐步靠近大部分蛋白的等电点,使得一部分蛋白逐步析出;当pH>10时,溶液中的蛋白大量析出,析出的蛋白尺寸可能与膜孔径尺寸大小相当,从而加剧膜的污染。放罐时发酵液pH在6.5左右,从经济性和提高膜通量角度出发,应选择发酵液pH为6.5较好。

2.2压力对膜通量的影响

透过液的通量随操作压力的增加而增加,在操作压力小于0.6MPa时,透过液的通量随操作压力的增加而呈线形增加,而当操作压力大于0.6MPa时,透过液的通量随操作压力的增加而缓慢降低。这主要是因为膜表面吸附发酵液中的菌体和多肤等物质,并形成具有可压缩性的凝胶层。压差升高,一方面使渗透液透过速度加快,通量增加;另一方面,引起凝胶层的压实,使过滤阻力增大,滤速下降。在低压部分,可能是前一因素起主要作用,压力升高则通量增大;在高压部分,可能是后一因素逐渐起主要作用。因此,选择0.6MPa作为L一苏氨酸除菌的操作压力。

2.3温度对膜通量的影响

膜通量随温度升高而增大,但过高的温度会导致发酵液颜色变暗,这可能是由于发酵液中残留的糖分、蛋白质胶体物质等成分在高温下反应所致;另外,过高的温度会导致L一苏氨酸的降解,降低提取收率。综合考虑各方面的影响,选取50℃为膜过滤的操作温度。

2.4膜面错流速度的影响

当错流速度在1-4m/s变化时,膜通量和错流速度基本呈线性关系;当膜面错流速度达4m/s时,膜通量已达最大值;超过该流速时,膜通量增加不明显。

3.过滤收率

在操作条件为料液pH6.5、温度50℃、错流速度4m/s、操作压力0.6MPa的情况下,进行4批膜过滤实验,实验前后用氨基酸分析仪测定发酵液与超滤液中L-苏氨酸的含量,计算L-苏氨酸的过滤收率,其结果如表所示。

4.在料液pH6.5、温度50℃、错流速度4m/s、操作压力0.6MPa的情况下,平均膜通量大于80L/(m2·h),L-苏氨酸的过滤收率大于96%。

从实验看来,膜分离技术确实能够对L—苏氨酸进行一个良好的分离和提纯。而且效率也是有所提高。