臥螺離心機在L-蘇氨酸提取回收中的應用
行業(yè)動態(tài)
L-蘇氨酸（Threonine，簡寫為Thr）是構成人類及動植物蛋白質的一種必須氨基酸。L-蘇氨酸主要用于醫(yī)藥、化學試劑、食品強化劑和飼料添加劑等領域。特別是在飼料添加劑領域的用量增長快速，常添加到未成年仔豬和家禽的飼料中，是豬飼料的第二限制氨基酸和家禽飼料的第三限制氨基酸，也是家禽飼料配方中的第三或第四大限制氨基酸。在飼料中添加L-蘇氨酸，不但可以平衡氨基酸組成，促進家禽生長，還可提高氮的利用率，降低飼養(yǎng)成本。
目前，我國的L-蘇氨酸生產(chǎn)以發(fā)酵法為主，傳統(tǒng)L-蘇氨酸生產(chǎn)過程中大部分是以玉米漿和糖蜜作為發(fā)酵氮源，通過L-蘇氨酸轉化菌株進行發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜設備進行截留，將其中的菌體蛋白等雜質去除，再經(jīng)濃縮結晶、離心分離、干燥、篩分和包裝等工藝操作，獲得L-蘇氨酸成品。此過程中L-蘇氨酸發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后的濃縮液中含有大量的L-蘇氨酸，若將此部分料液直接進行絮凝沉淀處理，會降低母液的利用價值，而排放到環(huán)境中會造成環(huán)境的污染和資源的浪費。臥螺離心機具有處理能力大、連續(xù)化作業(yè)和自動化程度高等優(yōu)點，主要部件由轉鼓、螺旋推進器和差速系統(tǒng)等構成，分離過程是：物料在轉鼓內壁以設計速度高速旋轉，沿著轉鼓殼體形成一個同心液層，成為液環(huán)層；物料內所含的固體在離心力作用下沉積到轉鼓上，再通過螺旋的運轉將干物料推至轉鼓錐端，上清液則從轉鼓大端排出，實現(xiàn)固液分離。分離過程中不需要添加任何助濾劑，并能確保分離出的重相無外來添加的雜質。臥螺離心機已經(jīng)在制藥、污泥脫水和化工等行業(yè)成功應用，在檸檬酸清液、色氨酸發(fā)酵及淀粉糖生產(chǎn)中的應用有少量報道，而在L-蘇氨酸生產(chǎn)中的應用比較少見，鮮有報道。
1 材料與方法
1.1 實驗設備
臥螺離心機，型號為LW230×700；臺式高速離心機，型號為KH19A；全自動電位滴定儀，型號為20J-3D；電熱鼓風干燥箱，型號為DHG-9075A。
1.2 濃縮液中L-蘇氨酸濃度分析
選取生產(chǎn)上不同批次的經(jīng)陶瓷膜截留后濃縮液10mL，分別編號為SD1～5組。利用臺式高速離心機在轉速為11000r/min下離心10min，測量上清液體積y，各上清液吸取5mL，分別置于干燥的稱量瓶中（干燥的稱量瓶質量為m1），將其放置于真空干燥箱中105℃恒溫干燥180min。待干燥完成后進行稱量并記錄質量為m2，記錄干燥前后質量的差值，將每組干燥后的干物質用刮刀刮下，每組分別稱量＜0.1g于100mL干凈的玻璃燒杯中，加入3mL質量分數(shù)為98%的甲酸，50mL質量分數(shù)為99.5%的冰乙酸，混合均勻，開啟全自動電位滴定儀進行滴定。
2 結果與討論
2.1 實驗工藝流程
傳統(tǒng)L-蘇氨酸生產(chǎn)過程是通過L-蘇氨酸轉化菌株進行發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜設備進行截留，將其中的菌體蛋白等雜質去除，再經(jīng)濃縮結晶、離心分離、干燥、篩分和包裝等后提取工藝操作，獲得L-蘇氨酸成品，此過程中L-蘇氨酸發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后的濃縮液中含有大量的L-蘇氨酸，若將此部分料液直接進行絮凝沉淀處理，會降低母液的利用價值，而排放到環(huán)境中會造成環(huán)境的污染和資源的浪費。通過臥螺離心機進一步分離回收陶瓷膜過濾后濃縮液中的蘇氨酸，并且在分離過程中不需要添加任何助濾劑，確保分離出的重相無外來添加的雜質，達到提高蘇氨酸提取收率的目的。
2.2 濃縮液中L-蘇氨酸濃度分析
經(jīng)全自動電位滴定儀測定的5組實驗數(shù)據(jù)中，濃縮液中L-蘇氨酸的質量濃度平均值為1.0g/dL，現(xiàn)確定發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后濃縮液中L-蘇氨酸的理論質量濃度為1.0g/dL。
2.3 小試確定工藝可行性
采用型號為LW230×700臥螺離心機進行小試實驗，利用臥螺離心機對發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后的濃縮液進行L-蘇氨酸的回收。
設置離心機進料流量為0.6m3/h，對離心機的轉速進行改變，對分離的液體體積、L-蘇氨酸濃度和L-蘇氨酸回收率進行考察。通過考察結果可知：臥螺離心機的轉速在4000r/min時，進料流量為0.6m3/h，運行1h后進料體積為0.6m3，上清液為0.372m3，蘇氨酸回收率為90.52%。
由小試結果可知：應用臥螺離心機完全可以實現(xiàn)蘇氨酸陶瓷膜濃縮液的菌體蛋白和清液的分離，提高L-蘇氨酸收率，初步判斷可利用臥螺離心機分離蘇氨酸陶瓷膜濃縮液。綜合考慮能耗與離心機轉鼓的壽命，把離心機轉速設為3500r/min比較適宜，此時蘇氨酸收率為90.03%。
2.4 臥螺離心L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液的生產(chǎn)運行
利用臥螺離心機對L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液進行離心分離，經(jīng)過膜過濾濃縮的L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液連續(xù)進入離心單元，由于臥螺離心機在離心時設置輕相與重相卸料口，使菌體蛋白與離心清液進行分離，從而達到固液分離的目的。生產(chǎn)工藝是：測量濃縮液儲罐中菌體蛋白的體積V，查看清液卸料管道是否與清液儲罐相連接，檢查絞龍與重相卸料管是否連接。設置臥螺離心機轉速為3500r/min；進料流量為17.5m3/h；菌體蛋白L-蘇氨酸質量濃度為1.0g/dL左右；固形物含量為13%左右；pH為7.0左右。開啟離心機，料液自動泵入離心系統(tǒng)，連續(xù)運行5h。
5批次L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液在進料流量為17.5m3/h的情況下連續(xù)3500r/min離心5h后，到離心清液的體積占總進料體積的60.34%，菌體蛋白沉淀水分質量分數(shù)為36.96%，L-蘇氨酸回收率均值為87.97%。
3 結論
運用臥螺離心機將陶瓷膜濃縮液中的L-蘇氨酸進行回收，可以有效的將濃縮液中的液體與固體物質分開，根據(jù)實驗結果，利用臥螺離心機對L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液進行離心固液分離，可以回收蘇氨酸陶瓷膜濃縮液中87%的蘇氨酸，但目前該工藝對臥螺離心機轉速、進料量要求較高，工藝設備投資回報率較長，后續(xù)需要作進一步的設備選型及工藝優(yōu)化、調整，以期獲得更大的利潤。
