青霉素發(fā)酵液臥螺離心機(jī)過濾工藝的研究
行業(yè)動(dòng)態(tài)
我國(guó)目前青霉素生產(chǎn)能力達(dá)到12000t以上，占全球生產(chǎn)能力的50%，是世界青霉素生產(chǎn)大國(guó)。青霉素發(fā)酵液是一個(gè)混合液，其中有菌絲體、未用完的培養(yǎng)基、生產(chǎn)菌的代謝產(chǎn)物和一些雜質(zhì)，其中青霉素的含量大約占整個(gè)發(fā)酵液的0.1%～4.5%，青霉素發(fā)酵由于蛋白含量高，粘度大，過濾難處理。我國(guó)抗生素工業(yè)及其他微生物發(fā)酵的發(fā)酵液過濾基本上采用手動(dòng)板框壓濾機(jī)，設(shè)備較落后，勞動(dòng)條件差，濾液純度不高。
近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了一種新的過濾設(shè)備——臥螺離心機(jī)。臥螺離心機(jī)由于固液分離效率高，生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越多廠家的關(guān)注，引起了制藥企業(yè)的興趣。
臥螺離心機(jī)由轉(zhuǎn)鼓、螺旋推料器、差速器等部件組成，主要特點(diǎn)是長(zhǎng)徑比大、轉(zhuǎn)速高、分離因數(shù)高，當(dāng)物料從進(jìn)料管進(jìn)入螺旋推料器錐端后，因高速旋轉(zhuǎn)，物料經(jīng)雙S面流向轉(zhuǎn)鼓壁，組成物料的輕重相，由于受到不同的離心力，重相快速沉積到轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上，而輕相則較慢地貼附到重相表面，輕重相之間形成了一層分界面，隨著重相沉積增多，螺旋葉片頂端進(jìn)入重相沉積層，轉(zhuǎn)鼓與螺旋同向高速旋轉(zhuǎn)，且有一定差速，這相對(duì)轉(zhuǎn)速差使重相顆粒向轉(zhuǎn)鼓小端出料口移動(dòng)，而輕相液則經(jīng)螺旋形通道，流向液相出口，液相出口的位置由調(diào)節(jié)片控制。
目前，臥螺離心機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于糧油、食品、化工、礦產(chǎn)品深加工及環(huán)保等行業(yè)。臥螺離心機(jī)是利用轉(zhuǎn)鼓產(chǎn)生的離心慣性力來(lái)實(shí)現(xiàn)懸浮液、乳濁液或濃縮的機(jī)器。臥螺離心機(jī)適用于分離粘度大，顆粒細(xì)，難過濾的中等及細(xì)顆粒，同時(shí)固相密度大于液相密度，固相密度在2～50%之間，顆粒直徑變化比較大的懸浮液。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器和設(shè)備
LW430型臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)，真空烘干箱，高效液相色譜，722S型分光光度計(jì)。
1.2 過濾方法、過濾工藝
向青霉素發(fā)酵液加入一定的絮凝劑，形成礬花，被一次水進(jìn)行稀釋后，稀釋后的發(fā)酵液利用臥螺離心機(jī)進(jìn)行過濾，濾液收集起來(lái)，濾餅由螺旋輸送器送到拉餅車上運(yùn)走。
發(fā)酵液經(jīng)一次水稀釋調(diào)酸后，加入合適的絮凝劑，使水或液體中懸浮微粒集聚變大，形成絮團(tuán)，也稱為礬花，從而加快粒子的聚沉，達(dá)到更好的固液分離的效果，然后利用螺桿泵，將發(fā)酵液打到臥螺離心機(jī)中。
絮凝劑加入到發(fā)酵液中，一般是通過絮粒，分子量在1000萬(wàn)以上，與發(fā)酵液通過吸附、交聯(lián)、網(wǎng)捕、聚結(jié)等作用，將發(fā)酵液中的分子成分，聚結(jié)成大的礬花。螺桿泵是通過擠壓作用，將發(fā)酵液打到臥螺離心機(jī)內(nèi)的，在此過程中，不會(huì)將發(fā)酵液和絮凝劑形成的礬花打碎。發(fā)酵液經(jīng)臥螺離心機(jī)過濾后，濾液收集起來(lái)，濾餅經(jīng)過皮帶輸送器輸送到拉餅車上。
1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
1.3.1 臥螺離心機(jī)處理發(fā)酵液涉及到的各項(xiàng)參數(shù)
調(diào)整臥螺離心機(jī)的過濾參數(shù)，更好的過濾青霉素發(fā)酵液。臥螺離心機(jī)影響發(fā)酵液的過濾參數(shù)主要有主電機(jī)頻率、副電機(jī)頻率、差速度、臥螺離心機(jī)的分離因數(shù)、物料的固含量、進(jìn)料量等。
臥螺離心機(jī)的主電機(jī)頻率是關(guān)于臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓速度，主電機(jī)頻率越大，臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓速度越大；臥螺離心機(jī)的副電機(jī)頻率是關(guān)于螺旋輸料器的速度；根據(jù)主、副電機(jī)頻率可以確定臥螺離心機(jī)的差速度。臥螺離心機(jī)的差速度是固液分離的一個(gè)重要指標(biāo)。
分離因數(shù)，指的是在同一萃取體系內(nèi)兩種溶質(zhì)在同樣條件下分配系數(shù)的比值。分離因數(shù)愈大（或愈小），說明兩種溶質(zhì)分離效果愈好，分離因數(shù)等于1，這兩種溶質(zhì)就分不開了。臥螺離心機(jī)上的分離因數(shù)則指的是相對(duì)離心力，每臺(tái)臥螺離心機(jī)都有固定的分離因數(shù)。
物料固含量高，制約著臥螺離心機(jī)處理的能力，一般而言，物料固含量越低，臥螺離心機(jī)處理量越大、物料固含量越高，臥螺離心機(jī)處理量越低。目前，關(guān)于物料固含量與處理量關(guān)系主要是通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行確定的。
1.3.2 發(fā)酵液各項(xiàng)指標(biāo)
臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液的實(shí)驗(yàn)，需要對(duì)青霉素發(fā)酵液過濾后的濾液和濾餅等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。
濾液的指標(biāo)主要有濾液透光率、濾餅的殘留效價(jià)、濾餅的含水率等。
1.3.3 儀器
722S型分光光度計(jì)，高效液相色譜，真空干燥箱，酸度計(jì)。
1.3.4 臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液主要因素水平的確定
臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液，需要調(diào)整的因素有臥螺離心機(jī)主電機(jī)頻率、副電機(jī)頻率、差速度、分離因數(shù)等。由于臥螺離心機(jī)的差速度是由主電機(jī)頻率和副電機(jī)頻率決定的，每臺(tái)臥螺離心機(jī)都有一個(gè)固定的分離因數(shù)。本次實(shí)驗(yàn)，選用的是LW430型臥螺離心機(jī)，分離因數(shù)為1505。
因此，臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液的實(shí)驗(yàn)，涉及到的主要因素有主電機(jī)頻率和副電機(jī)頻率。
1.3.5 利用臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵的過濾效果，除了與臥螺離心機(jī)自身的因素有關(guān)外，還與青霉素發(fā)酵液的預(yù)處理有關(guān)。
青霉素發(fā)酵液的預(yù)處理，包括調(diào)整青霉素發(fā)酵液的pH值、一次水對(duì)青霉素發(fā)酵液的稀釋、加入合適的絮凝劑等。
青霉素發(fā)酵液中，含有一定量的蛋白，調(diào)整青霉素發(fā)酵液的pH值，達(dá)到發(fā)酵液中的主要蛋白的等電點(diǎn)，使絕大部分蛋白沉淀，改善了青霉素發(fā)酵液的過濾效果。由于青霉素對(duì)pH值比較敏感，調(diào)整發(fā)酵液的pH值，有可能導(dǎo)致青霉素的降解。因此，青霉素發(fā)酵液的pH值調(diào)整范圍在4.5～6.5之間。物料的固含量制約著臥螺離心機(jī)分離物料的處理量和處理效果，青霉素發(fā)酵液固含量高，需要對(duì)青霉素發(fā)酵液進(jìn)行一次水稀釋，達(dá)到臥螺離心機(jī)處理發(fā)酵液的較好效果。一次水對(duì)發(fā)酵液的稀釋比在0.5～1的范圍內(nèi)。臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液一定要選擇合適的絮凝劑和絮凝劑合適的加量，本實(shí)驗(yàn)利用臥螺離心機(jī)處理青霉素發(fā)酵液，選擇的絮凝劑是PAM陽(yáng)離子型絮凝劑，加量范圍在300ppm～800ppm。
2 結(jié)論
臥螺離心機(jī)雖然廣泛應(yīng)用于糧油、食品、化工、礦產(chǎn)品深加工及環(huán)保等行業(yè)，在制藥行業(yè)曾經(jīng)應(yīng)用過，但在青霉素制藥行業(yè)，臥螺離心機(jī)還沒有使用過。本次，青霉素發(fā)酵液利用臥螺離心機(jī)進(jìn)行過濾處理，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果，是一次很好的嘗試。
但是青霉素發(fā)酵液在利用臥螺離心機(jī)進(jìn)行過濾處理時(shí)，絮凝劑加量偏大，濾液與板框過濾后的濾液有一定的區(qū)別，對(duì)提取工藝有一定的影響，需要對(duì)臥螺離心機(jī)過濾后的濾液做進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)。
