用陶瓷膜浓缩益生菌培养液

近年来，随着国内益生菌产业的不断扩大，细菌的分离浓缩技术已成为工业生产的关键技术。细菌细胞浓度是从培养液中分离细菌细胞的过程。该处理过程需要较高的浓缩比和细菌细胞产率，同时保持细菌细胞的活力。浓缩方法主要包括离心和膜过滤。离心分离的问题在于，离心力的剪切作用和间隙操作的氧气损害使细菌的死亡率增加。陶瓷膜过滤技术的优点是操作条件温和，对细菌活性的影响小。过滤系统可以连接发酵设备，实现自动连续生产。迄今为止，国内的膜分离技术仅应用于少数生物制剂中。陶瓷膜在过滤和浓缩益生菌培养物中的应用仍处于实验研究阶段，尚未报道工业设备的运行。在膜技术的应用中，原材料的特性和操作条件对膜分离的性能有重要影响。根据原材料的特性选择操作系统并优化操作参数是应用研究的主要内容。该实验使用100nm的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影响，优化操作参数和清洁方法，并为扩大生产提供技术准备。 1实验材料和方法1.1实验装置颇尔单膜管的陶瓷膜中试系统。实验用陶瓷膜柱：ExekiaMembralox陶瓷膜柱，型号1P1960GL / SD / 100nm。膜的有效面积：0.36m2。滤水器滤芯：ABU0.07P / 1.0um。物料预过滤袋式过滤器：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益生菌培养液企业的发酵培养，湿重2.8％〜3.5％（w / w），pH 3.8〜414，细菌数gt，4×108cfu / 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确定过滤通量和膜压力之间关系的方法在指定速度下，保持物料液体温度恒定，打开回流阀，关闭过滤阀，使物料液体在系统中循环，然后缓慢打开系统稳定后过滤阀，将渗透液和回流液送入进料罐，将初始膜压力调节至指定值，每运行30分钟将膜压力增加0.3 bar，并记录过滤流量和膜压力直到过滤器通过为止的值量将不会随着膜压力的变化而变化，并在过滤通量和膜压力之间建立关系曲线。 1.3.3确定过滤通量和浓缩因子之间关系的方法，使其他参数保持不变，并使益生菌培养液在系统中循环。系统稳定后，缓慢打开过滤器出口的阀门，并调节进料泵，以将膜压力保持在恒定值以进行过滤。过滤和浓缩时，请始终将循环罐中的液体量保持在50L左右。当过滤通量下降到一定量时，停止向循环罐中添加物料，直到浓缩过滤结束。在过滤浓缩过程中，每20L原料液进行过滤，记录过滤通量和滤液的体积，计算出浓缩系数，得出过滤通量与浓缩系数的关系曲线。 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在切向流速为2m / s，3m / s，4m / s和5m / s的条件下，循环离子对于30分钟以上的原材料，收集返回的液体样本以检测活菌的数量，同时收集与对照在同一时间放置的样本。在实验过程中，关闭陶瓷膜过滤端的阀门，并将材料温度始终控制在23至25°C之间。实验结果示于表1。表1的结果表明，在不同的切向流速下，活细菌的数量处于相同的数量级，表明切向流速产生的剪切作用对细菌的影响很小。细菌的活性。 2.1.2原料循环时间对细菌活性的影响。原料在系统中循环，滤液返回原料罐。在循环过程中，定期取样以检测活细菌的数量。原料在系统中连续循环7小时，实验结果列于表2。从表2的数据可以看出，原料在系统中的循环时间对数量没有明显影响。活细菌。在膜过滤系统中，影响细菌活动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入口之间的压差。出口。原料在系统中循环的时间越长，这些因素对细菌的影响越大，对细菌的损害越大。 7h循环实验表明，陶瓷膜过滤系统对细菌活性的影响很小。 2.2操作参数对膜过滤的影响2.2.1膜压力对过滤通量的影响恒定过滤温度为23〜25℃，切向流量为5m / s，系统稳定后，设定膜压力并记录过滤情况膜压力的大小和值。过滤通量和膜压力之间的关系如图1所示。从图1可以看出，当膜压力低于0.75 bar时，膜塔的过滤通量会随着膜压力的增加而增加。当膜压力高于0.75bar时，过滤通量随着膜压力的增加而增加。下降。实验表明，当过滤压力增加到一定值时，膜结垢的趋势增加，导致过滤通量降低。 2.2.2浓缩系数与过滤通量之间的关系。取原料170L过滤浓缩，原料湿重3％（w / w），原料pH值4133〜4135，过滤温度23〜25℃，切向流量5m / s，膜压力恒定在确定的值为0.75 bar。在过滤浓缩过程中，每隔20L原料液进行过滤，记录过滤通量和滤液体积，计算出原料浓度倍数。浓缩系数与过滤通量的关系如图2所示。从图2可以看出，温度为23〜25℃时，切向流量为5m / s，恒压为0.75bar时，过滤通量随着浓度比的增加而迅速下降，然后趋于稳定。产生这种现象的原因是发酵液中存在大量的细胞碎片，蛋白质，糖和其他物质。聚合物和胶体物质被截留在膜表面上形成凝胶层，这会导致过滤膜污染和过滤通量迅速降低。 2.2.3膜过滤和浓缩的作用。滤液温度为23〜25℃，切向流量为5m / s，恒压为0.75bar。取样原料液，分别为浓缩液和渗透液的5倍，计数活菌，OD值和pH值检测，同时收集留在发酵罐中的原料作为对照，记录发酵罐的特性膜浓缩前后的材料，并检查陶瓷膜对细菌的拦截效率。结果示于表3。根据表3中的实验数据，100nm陶瓷膜对细菌的拦截效率超过99％。 2.3陶瓷膜的清洁选择几种化学清洁剂清洁被污染的滤膜，清洁后测量纯净水的通量值，并检查膜通量的回收率。通过实验确定陶瓷膜的清洁方法：用60℃的清水冲洗系统。关闭过滤阀，并用2％氢氧化钠和0.5％次氯酸钠的混合溶液循环清洁40分钟。打开过滤阀，继续使混合物循环20分钟，最后用水冲洗至中性。这种清洁方法的应用可以将膜的回收率稳定在原始纯净水通量的90％以上，并有效去除膜表面的污染物。 3结论1）采用100nm的Membralox精密陶瓷膜对益生菌培养液进行过滤和浓缩可以有效地截留细菌，且过滤过程对细菌的活性影响很小。 2）在23〜25℃的工作温度，切向流量为5m / s，膜压力为0.75bar的条件下过滤和浓缩益生菌培养液可以增加浓缩因子。 3）使用以下清洁方法恢复陶瓷膜的水通量