使用陶瓷膜浓缩和浓缩益生菌培养液

近年来，随着国内益生菌产业的不断扩大，细菌细胞的分离浓缩技术已成为工业生产的关键技术。细胞浓缩是从培养液中分离细胞的过程。处理过程需要较高的浓度和细胞产量，同时保持细胞活性。浓缩方法主要包括离心和膜过滤。离心分离法的问题在于，离心力的剪切作用和由间隙操作引起的氧损伤增加了细菌的死亡率。陶瓷膜过滤技术的优点是操作条件温和，对细菌活性影响很小。过滤系统可连接发酵设备，实现自动连续生产。迄今为止，家用膜分离技术仅用于几种生物制剂中。陶瓷膜在过滤和浓缩益生菌培养液中的应用仍处于实验研究阶段。尚未报道工业化设备的运行情况。在膜技术的应用中，原料的特性和操作条件对膜分离性能有重要影响。根据原材料特性选择操作系统，优化操作参数是应用研究的主要内容。在该实验中，使用100nm的陶瓷膜中试装置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，并为大规模生产提供技术准备。 1实验材料和方法1.1实验装置颇尔的单膜管陶瓷膜中试系统。实验陶瓷膜柱：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。化学清洁剂：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，保持进料液温度不变，打开回流阀，关闭过滤阀，并使进料液在系统中循环，然后缓慢打开系统是稳定的过滤阀，将渗透液和液体返回至进料罐，将初始膜压力调节至指定值，每30分钟将膜压力增加0.3 bar，记录过滤通量和膜压力值直至过滤直至该量不再随膜压力的变化而变化，绘制出过滤通量与膜压力的关系曲线。 1.3.3确定过滤通量和浓度倍数之间关系的方法，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，缓慢打开过滤器端阀，并调节进料泵以使膜压力恒定并按该值过滤。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，直到浓缩过滤完成。在过滤浓缩过程中，每过滤20L原料液，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膜过滤对细胞活性的影响2.1.1切向流速对细胞活性的影响切向流速分别为2 m / s，3 m / s，4 m / s和5 m / s时的循环分别当原料超过30分钟，收集回流液样品以检测活菌数量。同时，收集与对照同时留存的样品。在实验过程中，关闭了陶瓷膜过滤器端的阀门，材料的温度始终控制在23至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，活细菌的数量处于相同的数量级，这表明切向流速产生的剪切作用对细菌细胞的活性影响很小。 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，实验结果如表2所示。从表2的数据可以看出，原料在系统中循环的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，设备内表面上的摩擦力以及入口之间的压差。和插座。原料在系统中循环的时间越长，这些因素影响越大，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的过滤温度为23〜25℃，切向流速为5m / s。系统稳定后，调节膜压力并记录过滤膜的量和压力。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0.75bar时，膜塔的过滤通量随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下降而增加。实验表明，当过滤压力增加到一定值时，膜的结垢趋势增加得更快，导致过滤通量降低。 2.2.2浓缩系数与过滤通量的关系取170L的原料进行过滤和浓缩，原料湿重3％（w / w），原料的pH值4133〜4135，过滤温度23〜25℃，切向流速超过5m / s，膜压力恒定在0.75 bar的确定值。在过滤和浓缩过程中，将每20L原料液过滤，记录过滤通量和滤液的体积，并计算出原料浓度倍数。浓缩因子与过滤通量之间的关系如图2所示。从图2可以看出，在23至25°C的温度下，切向流量为5 m / s，恒定压力为0.75 bar ，过滤通量随着浓度因子的增加而迅速下降，然后趋于稳定。造成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。高分子材料和胶体材料被截留在膜表面上形成凝胶层，这会导致滤膜污染和过滤通量迅速下降。 。 2.2.3膜过滤和浓缩的影响在23至25℃的温度，切向流量为5m / s，恒压为0.75bar的条件下，对原料液，5倍浓缩液和渗透液进行采样以对活菌进行计数， OD值和pH值检测，同时收集留在发酵罐中的原材料作为对照，记录膜浓缩前后的物料液体特性数据，并检查陶瓷膜对细菌的拦截效率。结果示于表3。从表3的实验数据获得，截获效率y的100nm陶瓷膜上的细菌达到了99％以上。 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，确定清洁后清洁水通量的值，并检查膜通量的回收率。通过实验确定了陶瓷膜的清洁方法：在60℃下，用清水冲洗系统。关闭过滤阀，并用2％氢氧化钠和0.5％次氯酸钠的混合溶液洗涤40分钟。打开过滤阀，继续使混合物循环20分钟，最后用水冲洗直至中性。这种清洁方法的应用可使膜的回收率稳定在原始净水通量的90％以上，并有效去除膜表面的污染物。 3结论1）采用精度为100nm的Membralox陶瓷膜对益生菌培养基进行过滤和浓缩，可以有效地拦截细菌，且过滤过程对细菌的活性影响很小。 2）在工作温度23〜25℃，切向流量5m / s，膜压力0.75bar的条件下，过滤并浓缩益生菌培养基，可以提高浓缩比。 3）可采用以下清洗方法恢复陶瓷膜的水通量