陶瓷膜在赖氨酸提取中的应用价值研究

丘福华

（三达膜科技（厦门）有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

赖氨酸（Lysine）的化学名称为2，6-二氨基己酸。赖氨酸是人类和哺乳动物的必需氨基酸之一，机体不能自身合成，必须从食物中补充。L 型赖氨酸采用生物工程原理，用玉米淀粉等原料经过液体深层发酵、精制而生产出来的饲料添加剂。赖氨酸的产量逐年增长，其中最主要的销售市场是在畜牧业上作为饲料。

根据“陶瓷膜赖氨酸提取实验”的情况，结合陶瓷膜在赖氨酸工业生产中的应用经验，可以发现，陶瓷膜在赖氨酸提取方面具有较强的应用优势。陶瓷膜是由SiO2、TiO2、ZrO2、Al2O2等多种无机材料制备形成的多孔膜材，具有较强的耐碱性、耐酸性、耐有机溶剂性。陶瓷膜的机械强度较大，能够实现反向冲洗，同时又有较强的耐微生物能力、耐高温能力，能够被运用于纯化、浓缩、分离、除菌、澄清、除盐等多项工艺活动中。在该次赖氨酸提取陶瓷膜的应用中，工作人员利用陶瓷膜取代以往的金属膜等传统工艺，通过各项实验情况和工艺设计应用的分析发现，陶瓷膜在赖氨酸提取方面的可用性较强[1]。

采用陶瓷膜过滤赖氨酸发酵液，将发酵液中的所有菌体、固体蛋白、胶体、杂质等不溶物彻底去除，使进入树脂的料液清澈透明，大大提高树脂利用率。较传统提取工艺提高树脂交换当量15%以上，进入树脂柱的污染物大大减少，使树脂漂洗水量大幅减少，能大大延长树脂的使用寿命，并提高提取总收率。

1 陶瓷膜分离实验

1.1 陶瓷膜分离技术实验

膜分离技术是一种较为经典的氨基酸提取技术，膜分离实验目的是为了验证陶瓷膜在赖氨酸工业生产应用的可行性。

实验主要的参数指标有4 个。1）操作压力、温度、膜通量及其稳定性。2）最终产品的质量、产品收率。3）膜的浓缩倍数。4）膜清洗可恢复性等。

在该次黑龙江伊品生物科技有限公司的“赖氨酸酸化液陶瓷膜过滤实验”中，同时考察50 nm、100 nm 2 种孔径的陶瓷膜过滤性能。经过实验对比发现，陶瓷膜的膜分离技术在赖氨酸发酵液提取的过程中，50 nm 的陶瓷膜具有更强的实用性，能够有效实现澄清的目的，这种清液可以达到后续连续离交的进柱要求，利用高心机进行离心处理，15 min 之内均没有出现沉淀的情况[2]。

1.2 陶瓷膜实验工艺过程

实验人员将赖氨酸发酵液投入设备料罐中，启动设备，将泵作为驱动力，控制压力差，利用陶瓷膜截留效果，将发酵液中分子较大的物质截留在浓缩液中，同时将小分子物质分离出来。在该次实验中，实验人员要分别记录实验时间、实验温度与实验压力，详细记录数据信息，同时对过滤速度进行测定，在实验结束之后将料液收集起来，清洗实验设备。膜分离技术工艺流程如图1 所示。

2 陶瓷膜生产应用设计

结合陶瓷膜在赖氨酸实验数据经验，进行陶瓷膜在赖氨酸工业生产的应用设计，设计的陶瓷膜应用系统主要包括以下2 个部分。

2.1 预处理系统

在进入陶瓷膜组件前，先经过预处理系统，去除一些硬质颗粒杂质，以此来保证陶瓷膜组件的稳定运行。预处理系统可以分为旋流分离器部分与刮刀式自清洗过滤器部分。其中旋流分离器部分能够有效处理50 μm 以上的大比重固体颗粒，例如：铁质颗粒、焊渣、砂粒。刮刀式自清洗过滤器部分则能够对大团菌丝团、线头、悬浮性固体杂质、固体颗粒等物质进行过滤与分离，具有极强的清除效果，过滤效果良好，能够有效保护陶瓷膜。

2.2 陶瓷膜系统

陶瓷膜系统主要包括供料系统、清洗系统、安全过滤器、膜组件、排污系统、控制系统。在这一工序过程中，赖氨酸发酵液经过了预过滤系统，料液打到进料罐中，此时可以充分发挥陶瓷膜的作用，对发酵液进行分离处理，分离工艺流程为：

图1 膜分离技术工艺流程图

陶瓷膜设计基础参数见表1。

表1 陶瓷膜设计基础参数

3 陶瓷膜应用情况分析

3.1 优势

结合上述的赖氨酸陶瓷膜实验情况，以及陶瓷膜系统工业生产应用运行情况可以发现，陶瓷膜在赖氨酸提取分离过程中，系统运行状态稳定、操作简单，具有较强的应用优势。

首先，陶瓷膜具有较高的分离精度，能够将处理之后清液中的悬浮物数量控制在0.5%以下，具有稳定的处理效果，且截留性能较强。

其次，陶瓷膜过滤系统能够在高通量的状态下维持长期稳定运行，且过滤出来的物料制作出的产品质量有保障。相较于传统的带式过滤设备、板式压滤设备处理液体的除菌程度不足、澄清度较低等情况具有较强的优势。

再次，陶瓷膜的结构一般为多孔性管状结构。相较于有机膜，陶瓷膜的结构不容易发生堵塞的情况，且易于清洗，能够在短时间内恢复通量，再生性较强。一般来说，陶瓷膜芯的使用周期在3～5 年。

最后，陶瓷膜具有良好的热稳定性能。根据赖氨酸酸化液陶瓷膜过滤应用过程，发现其可以长期处于高温环境中作业。此外，陶瓷膜过滤系统的膜材与辅助材料都是无污染材料，能够满足现场清洁需求，符合GMP 规范[3]。

3.2 生产运行出现问题分析

结合上述的陶瓷膜过滤系统运行过程，可以发现，虽然陶瓷膜具有较强的应用优势，但是仍然存在很多的不足之处，需要工作人员结合具体问题分析其原因，提出有效的解决措施，从而充分发挥陶瓷膜在赖氨酸提取中的应用价值。

举例分析，陶瓷膜过滤系统中的陶瓷膜芯容易损坏，且陶瓷膜芯的更换频率较高，相较于金属膜，陶瓷膜芯更容易受到机械设备的损坏。针对这一问题，工作人员要严格控制过滤系统在运行过程中的压力数值，将其始终控制在一定范围内，从而有效保证陶瓷膜芯的使用效果，避免陶瓷膜芯在运行的过程中，由于外界局部压力过大而发生断裂的情况。

此外，在系统长期运行的过程中，陶瓷膜的通量会随着运行时间的延长而出现缓慢持续下降的情况。基于此，需要工作人员优化设计陶瓷膜过滤系统的运行参数，明确陶瓷膜过滤系统的生产标准，控制运行时间，定期更换新的陶瓷膜系统材料，以此来保证陶瓷膜过滤系统的运行与生产效率。

4 结语

综上所述，根据黑龙江伊品生物科技有限公司的陶瓷膜赖氨酸提取实验过程，及其工业生产应用设计的结果显示，无论是从膜分离技术本身来说，还是从陶瓷膜的赖氨酸提取效果来说，陶瓷膜均比较适合赖氨酸的提取与分离生产。在这一过程中，工作人员不断优化膜设备的运行模式，大大提升了赖氨酸提取效率与效果，这是以往的金属膜分离技术所不具备的。因此，可以基本推断出，随着陶瓷膜技术的不断发展，陶瓷膜的赖氨酸提取工艺具有较大的发展空间，其提取效果、提取效率均具有较大的上升空间，且将陶瓷膜运用于赖氨酸提取的生产过程中，不仅能够优化工艺流程，更能够有效降低生产成本，提高企业生产效益。