酶制劑是指酶經(jīng)過(guò)提純、加工后的具有特殊催化功能的生物制品。在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，能夠顯著加快反應(yīng)過(guò)程，具有催化效率高、專一性強(qiáng)、作用條件溫和、降低能耗、減少化學(xué)污染等特點(diǎn)。其應(yīng)用領(lǐng)域遍布食品、紡織、飼料、洗滌劑、造紙、皮革、醫(yī)藥、能源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)等方面。近年來(lái)，隨著酶制劑技術(shù)不斷深入的研究開(kāi)發(fā)和持續(xù)創(chuàng)新，酶制劑生產(chǎn)技術(shù)水平快速提高，行業(yè)迅速發(fā)展，已成為 戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向。
傳統(tǒng)酶制劑提取后處理工藝過(guò)程中，主要提取設(shè)備為板框壓濾機(jī)，但使用板框壓濾機(jī)存在自動(dòng)化程度低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、衛(wèi)生條件差、產(chǎn)品容易受到環(huán)境細(xì)菌污染等缺點(diǎn)。使用板框壓濾機(jī)過(guò)濾過(guò)程中，普遍需要向發(fā)酵液中添加硅藻土、珍珠巖等助濾劑，導(dǎo)致濾餅中含有的大量菌體被污染，無(wú)法深入開(kāi)發(fā)利用。針對(duì)傳統(tǒng)酶制劑提取后處理工藝中存在的缺點(diǎn)，本文采用連續(xù)排渣高速碟片離心機(jī)處理工藝替代原有的板框壓濾機(jī)過(guò)濾提取工藝，可以實(shí)現(xiàn)酶制劑的自動(dòng)化和連續(xù)生產(chǎn)，有效降低勞動(dòng)人員數(shù)量和勞動(dòng)強(qiáng)度，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中酶液處于密閉管道及設(shè)備中，能夠顯著降低產(chǎn)品受到外界污染的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)食品級(jí)酶制劑產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生生產(chǎn)。
1 材料與方法
1.1 材料與儀器
本實(shí)驗(yàn)選用的連續(xù)排渣高速碟片離心機(jī)設(shè)備為GEA公司生產(chǎn)的HFC-15-01-177型設(shè)備，該設(shè)備轉(zhuǎn)速為11500rpm，設(shè)計(jì)處理能力為2t/h，分離因數(shù)13000G，在工作過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)物料的連續(xù)分離和排渣，自動(dòng)化程度高。
試驗(yàn)發(fā)酵液為脂肪酶發(fā)酵液，發(fā)酵液菌體濕重為470g/L，酶活為10000u/mL，pH為5.8左右。
1.2 試驗(yàn)?zāi)康?/span>
驗(yàn)證在一定溫度、壓力條件下，不同轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量對(duì)高速碟片離心機(jī)分離效果的影響，并驗(yàn)證較優(yōu)工作條件下連續(xù)排渣高速碟片離心機(jī)對(duì)脂肪酶發(fā)酵液的分離效果。
1.3 試驗(yàn)原理
連續(xù)排渣高速碟片離心機(jī)工作原理為：發(fā)酵液通過(guò)物料進(jìn)口進(jìn)入碟片離心機(jī)內(nèi)，由于發(fā)酵液中不同組分密度不同，在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓高速旋轉(zhuǎn)條件下，由于離心力作用，密度較大的菌體等物質(zhì)迅速向外側(cè)富集，在濃液向心泵作用下通過(guò)中間的濃液排出口連續(xù)排出離心機(jī)外，而密度較小的清液向外側(cè)運(yùn)動(dòng)慢，在清液向心泵的作用下，由清液排出口連續(xù)排出離心機(jī)外。清液和濃液在排出離心機(jī)時(shí)由于向心泵的作用，均帶有0.3MPa以上的背壓，有利于下一步對(duì)清液和濃液的收集。
該離心機(jī)由于結(jié)構(gòu) ，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)酵液的連續(xù)分離，清液和濃液均為連續(xù)帶壓排出。
1.4 試驗(yàn)方法
脂肪酶發(fā)酵液通過(guò)物料泵進(jìn)入碟片離心機(jī)中，進(jìn)料溫度20～25℃，進(jìn)料壓力0.05～0.1MPa，控制一定的進(jìn)料量、轉(zhuǎn)速，調(diào)整清液和濃液出口背壓，使清液澄清排出，濃液連續(xù)排出。取樣檢測(cè)清液、濃液濕重情況。
碟片離心機(jī)分離的清液和濃液中菌體濕重測(cè)量采用臺(tái)式離心機(jī)測(cè)定，酶活測(cè)定采用GB/T 23535-2009中規(guī)定的方法測(cè)定。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2.1 轉(zhuǎn)速對(duì)碟片離心機(jī)分離效果的影響
轉(zhuǎn)速是影響離心機(jī)分離效果的重要因素，不同轉(zhuǎn)速條件下碟片離心機(jī)的分離效果見(jiàn)下表：
轉(zhuǎn)速（r/min） | 清液濕重（g/L） | 濃液濕重（g/L） | 清液中脂肪酶酶活（u/mL） |
8500 | 8 | 657 | 9882 |
10000 | 6.5 | 696 | 9745 |
11500 | 4 | 748 | 9716 |
由上表可知，轉(zhuǎn)速對(duì)碟片離心機(jī)分離效果影響明顯，隨轉(zhuǎn)速提高，離心力增大，碟片離心機(jī)對(duì)脂肪酶發(fā)酵液的分離效果明顯提升，雖然酶活有所降低，但分離的清液濕重更低，更加清澈，分離的濃液濕重更高，殘留液體更少，大大提高了分離效率，能夠有效減少濃液中酶液洗滌的用水量。綜合考慮分離效果和工作效率，碟片離心機(jī)分離該脂肪酶發(fā)酵液較適轉(zhuǎn)速為11500r/min。
2.2 進(jìn)料量對(duì)碟片離心機(jī)分離效果的影響
在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，進(jìn)料量越小，物料在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓中停留時(shí)間越長(zhǎng)，分離效果越好，但過(guò)小的進(jìn)料量會(huì)影響生產(chǎn)效率，不同進(jìn)料量對(duì)碟片離心機(jī)分離效果的影響見(jiàn)下表：
進(jìn)料量（m3/h） | 清液濕重（g/L） | 濃液濕重（g/L） | 清液中脂肪酶酶活（u/mL） |
1.8 | 2 | 756 | 9823 |
2 | 4 | 738 | 9779 |
2.2 | 8 | 705 | 9736 |
由上表可知，進(jìn)料量對(duì)碟片離心機(jī)也有一定影響，隨著進(jìn)料量增大，物料在離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓中停留時(shí)間縮短，物料中濃相菌體不能夠完全沉降，分離效果降低，造成清液濕重增高，濃相濕重下降。綜合考慮碟片離心機(jī)的分離效果和分離效率，較佳進(jìn)料量取2m3/h。
2.3 較優(yōu)條件下碟片離心機(jī)對(duì)脂肪酶發(fā)酵液的分離效果評(píng)價(jià)
根據(jù)2.1與2.2中試驗(yàn)數(shù)據(jù)，較優(yōu)工作條件為碟片離心機(jī)轉(zhuǎn)速11500r/min、進(jìn)料量2m3/h，以該工藝參數(shù)進(jìn)行多批次試驗(yàn)，驗(yàn)證碟片離心機(jī)對(duì)脂肪酶發(fā)酵液的分離效果。試驗(yàn)結(jié)果如下表所示：
批次 | 清液濕重（g/L） | 濃液濕重（g/L） | 清液中脂肪酶酶活（u/mL） |
1 | 3 | 742 | 9787 |
2 | 4 | 736 | 9865 |
3 | 4.5 | 744 | 9823 |
4 | 3.5 | 739 | 9784 |
5 | 3 | 738 | 9779 |
6 | 2.5 | 745 | 9765 |
7 | 4 | 747 | 9843 |
8 | 3 | 740 | 9812 |
由上表可知，在較優(yōu)工作條件下，碟片離心機(jī)對(duì)脂肪酶發(fā)酵液的分離效果良好，并且穩(wěn)定可靠，能夠滿足批量連續(xù)的工業(yè)化生產(chǎn)要求。
3 結(jié)語(yǔ)
本試驗(yàn)表明，連續(xù)排渣高速碟片離心機(jī)在脂肪酶發(fā)酵液分離提取工藝中的應(yīng)用效果良好，能夠?qū)崿F(xiàn)脂肪酶發(fā)酵液清液、濃液的有效分離。連續(xù)排渣高速碟片離心機(jī)的結(jié)構(gòu)特性，決定其具有密閉衛(wèi)生、連續(xù)、穩(wěn)定、可靠、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)的板框壓濾機(jī)設(shè)備耗費(fèi)人力、工作環(huán)境差、容易造成產(chǎn)品交叉污染的痛點(diǎn)，是酶制劑、生物醫(yī)藥中間體等高附加值發(fā)酵產(chǎn)品分離提取設(shè)備的應(yīng)用方向。
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