使用陶瓷膜浓缩浓缩益生菌培养液
* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-05-30 4:16:44 * 浏览: 49
近年来，随着国内益生菌产业的不断扩大，细菌的分离和浓缩技术已成为工业生产的关键技术。细菌浓度是将细胞与培养液分离的过程，处理过程需要在保持细胞活性的前提下获得高浓度因子和细菌体产量。浓缩方法主要包括离心和膜过滤。离心分离方法的问题在于离心力的剪切作用和间隙操作的氧损伤导致细胞死亡率的增加。陶瓷膜过滤技术的优点是操作条件温和，对细菌活性的影响很小。过滤系统可与发酵设备连接，实现自动连续生产。到目前为止，国内膜分离技术仅应用于少数生物制剂中。陶瓷膜过滤和益生菌培养液浓缩的应用仍处于实验研究阶段，工业化设备的运行尚未见报道。在膜技术的应用中，原料特性和操作条件对膜分离性能有重要影响。根据原材料的特点选择操作系统，优化操作参数是应用研究的主要内容。在该实验中，使用100nm陶瓷膜中试装置来过滤和浓缩益生菌培养液。目的是检查关键操作参数和浓度效应，优化操作参数和清洁方法，并为放大生产提供技术准备。 1实验材料和方法1.1实验装置颇尔公司单膜管陶瓷膜先导试验系统。实验用陶瓷膜柱：ExekiaMembralox陶瓷膜柱，型号1P1960GL / SD / 100nm。膜有效面积：0.36平方米。水过滤器：ABU0.07P / 1.0um。材料预过滤袋过滤器：MO200 / 200um。洗涤水：软化水。化学清洗剂：分析纯氢氧化钠，分析纯次氯酸钠。 1.2益生菌培养基发酵培养，湿重2.8％~3.5％（w / w），pH 3.8~414，细菌数gt，4×108 cfu / mL。 1.3实验方法1.3.1活菌计数法MRS培养基，平板计数法。 1.3.2确定过滤通量与膜压力之间关系的方法在规定的速度下，保持进料液温度恒定，打开回流阀，关闭过滤阀，并使进料液循环到系统中。过滤出过滤器，将渗透物和回流物返回到进料罐，并将初始膜压力调节到指定的焓。膜压力每30分钟增加0.3巴，记录过滤通量和膜压直到过滤通过。随着膜压力不再改变量，并且进行过滤通量和膜压力之间的关系。 1.3.3确定过滤通量和浓度因子之间关系的方法保持其他参数不变并使益生菌培养液在系统中循环。系统稳定后，缓慢打开过滤器端阀，调节进料泵，使膜压恒定在最佳过滤值。当通过过滤浓缩时，循环罐中的液体体积总是保持在约50L。当过滤通量下降到一定量时，停止加入循环罐直到浓缩过滤结束。在过滤和浓缩过程中，滤出20L液体溶液，记录过滤通量和滤液体积，计算浓度倍数以制备过滤通量和浓缩因子之间的关系。 2结果与分析2.1膜过滤对细菌活性的影响2.1.1切向流速对细菌活性的影响切向流速分别为2m / s，3m / s，4m / s和5m / s循环原料为collected超过30分钟，收集回流液样品，测量活菌数，并收集同时放置的样品作为对照。在实验过程中，陶瓷膜过滤器出口阀关闭，材料温度始终控制在23到25°C之间。实验结果如表1所示。表1中的结果表明，在不同的切向流速下，活菌数量处于同一数量级，表明切向流速产生的剪切效应对其影响较小。细胞的活动。 2.1.2原料循环时间对细胞活性的影响原料在系统中循环，滤液返回原料罐。在循环期间，定期采集样品用于活细菌计数检测。原料在系统中连续循环7小时，实验结果如表2所示。从表2中的数据可以看出，原料在系统中循环的时间对系统没有显着影响。活细胞数量。在膜过滤系统中，影响细菌活性的主要因素是泵的剪切力，膜管的剪切力，设备内表面的摩擦力以及入口和出口之间的压力差。 。原料在系统中循环的时间越长，这些因素效果越显着，对细胞的损害就越大。 7h循环实验表明，陶瓷膜过滤系统对细胞活性影响不大。 2.2操作参数对膜过滤的影响2.2.1膜压对过滤通量的影响恒定过滤温度为23~25℃，切向流速为5m / s，系统稳定后设定膜压，记录过滤量和膜压力的值。过滤通量与膜压之间的关系如图1所示。从图1中可以看出，当膜压低于0.75巴时，膜柱的过滤通量随膜压的增加而增加。当膜压力高于0.75巴时，过滤通量随膜压力增加。下降。实验表明，在过滤压力增加到一定值后，膜污染趋势增加，导致过滤通量降低。 2.2.2浓缩因子与过滤通量的关系170L原料经过滤浓缩后，原料湿重为3％（w / w），原料pH值为4133~4135，过滤温度为23~25° C，切向流速为5m / s。膜压力恒定在0.75巴的确定最佳值。在过滤和浓缩过程中，过滤出20L的进料液，记录过滤通量和滤液体积以计算原料浓度倍数。浓缩系数和过滤通量之间的关系如图2所示。从图2中可以看出，过滤是在温度为23至25℃，切向流速为5 m / s的条件下进行的。并且恒定压力为0.75巴，随着浓缩系数的增加，过滤通量迅速降低，然后趋于稳定。这种现象的原因是发酵液中存在大量的细胞碎片，蛋白质和糖。聚合物材料和胶体物质被捕获在膜的表面上以形成凝胶层，这导致过滤膜的污染并导致过滤通量迅速下降。 。 2.2.3膜过滤和浓缩的效果在23至25℃的温度，5m / s的切向流速和0.75巴的恒定压力下过滤，原料液体浓缩5倍分别对液体和渗透物进行取样以进行活菌计数。 OD値和pH値检测，同时收集发酵罐中的原料作为对照，记录膜浓缩前后液体的特征数据，并检查陶瓷膜对细菌的截留效率。结果是从表3中的实验数据可以看出，100nm陶瓷膜对细菌的截留效率达到99％或更高。 2.3陶瓷膜的清洗选择几种化学清洗剂清洗污染的滤膜，测量清洗后的净化水通量值，检测膜通量的恢复情况。通过实验确定陶瓷膜的清洁方法：用60℃的水冲洗该系统。关闭过滤阀并用2％氢氧化钠和0.5％次氯酸钠的混合物冲洗40分钟。打开过滤阀，继续循环混合物20分钟，最后用水冲洗至中性。该清洁方法的应用可使膜的回收率稳定超过原始净化水通量的90％，并有效地去除膜的表面污染。 3结论1）Membralox陶瓷膜100nm精密浓度的益生菌培养液可有效拦截细菌，过滤过程对细菌活性影响不大。 2）在23至25℃的操作温度，5m / s的切向流速和0.75巴的膜压力的条件下过滤和浓缩益生菌培养溶液可以提高浓缩系数。 3）以下清洗方法可使陶瓷膜水通量回收率达到90％以上：60°C，用清水冲洗系统→关闭过滤阀，2％氢氧化钠+ 0.5％次氯酸钠混合溶液循环清洗40min→打开过滤阀，继续循环20min，系统冷却至室温后，将水冲洗至中性。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器
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