青霉素發(fā)酵液臥螺離心機過濾工藝的研究
行業(yè)動態(tài)
我國目前青霉素生產能力達到12000t以上，占全球生產能力的50%，是世界青霉素生產大國。青霉素發(fā)酵液是一個混合液，其中有菌絲體、未用完的培養(yǎng)基、生產菌的代謝產物和一些雜質，其中青霉素的含量大約占整個發(fā)酵液的0.1%～4.5%，青霉素發(fā)酵由于蛋白含量高，粘度大，過濾難處理。我國抗生素工業(yè)及其他微生物發(fā)酵的發(fā)酵液過濾基本上采用手動板框壓濾機，設備較落后，勞動條件差，濾液純度不高。
近年來，隨著科學技術的進步，出現(xiàn)了一種新的過濾設備——臥螺離心機。臥螺離心機由于固液分離效率高，生產成本低等優(yōu)點受到越來越多廠家的關注，引起了制藥企業(yè)的興趣。
臥螺離心機由轉鼓、螺旋推料器、差速器等部件組成，主要特點是長徑比大、轉速高、分離因數(shù)高，當物料從進料管進入螺旋推料器錐端后，因高速旋轉，物料經雙S面流向轉鼓壁，組成物料的輕重相，由于受到不同的離心力，重相快速沉積到轉鼓內壁上，而輕相則較慢地貼附到重相表面，輕重相之間形成了一層分界面，隨著重相沉積增多，螺旋葉片頂端進入重相沉積層，轉鼓與螺旋同向高速旋轉，且有一定差速，這相對轉速差使重相顆粒向轉鼓小端出料口移動，而輕相液則經螺旋形通道，流向液相出口，液相出口的位置由調節(jié)片控制。
目前，臥螺離心機已經廣泛應用于糧油、食品、化工、礦產品深加工及環(huán)保等行業(yè)。臥螺離心機是利用轉鼓產生的離心慣性力來實現(xiàn)懸浮液、乳濁液或濃縮的機器。臥螺離心機適用于分離粘度大，顆粒細，難過濾的中等及細顆粒，同時固相密度大于液相密度，固相密度在2～50%之間，顆粒直徑變化比較大的懸浮液。
1 實驗部分
1.1 儀器和設備
LW430型臥式螺旋卸料沉降離心機，真空烘干箱，高效液相色譜，722S型分光光度計。
1.2 過濾方法、過濾工藝
向青霉素發(fā)酵液加入一定的絮凝劑，形成礬花，被一次水進行稀釋后，稀釋后的發(fā)酵液利用臥螺離心機進行過濾，濾液收集起來，濾餅由螺旋輸送器送到拉餅車上運走。
發(fā)酵液經一次水稀釋調酸后，加入合適的絮凝劑，使水或液體中懸浮微粒集聚變大，形成絮團，也稱為礬花，從而加快粒子的聚沉，達到更好的固液分離的效果，然后利用螺桿泵，將發(fā)酵液打到臥螺離心機中。
絮凝劑加入到發(fā)酵液中，一般是通過絮粒，分子量在1000萬以上，與發(fā)酵液通過吸附、交聯(lián)、網捕、聚結等作用，將發(fā)酵液中的分子成分，聚結成大的礬花。螺桿泵是通過擠壓作用，將發(fā)酵液打到臥螺離心機內的，在此過程中，不會將發(fā)酵液和絮凝劑形成的礬花打碎。發(fā)酵液經臥螺離心機過濾后，濾液收集起來，濾餅經過皮帶輸送器輸送到拉餅車上。
1.3 實驗數(shù)據(jù)
1.3.1 臥螺離心機處理發(fā)酵液涉及到的各項參數(shù)
調整臥螺離心機的過濾參數(shù)，更好的過濾青霉素發(fā)酵液。臥螺離心機影響發(fā)酵液的過濾參數(shù)主要有主電機頻率、副電機頻率、差速度、臥螺離心機的分離因數(shù)、物料的固含量、進料量等。
臥螺離心機的主電機頻率是關于臥螺離心機轉鼓速度，主電機頻率越大，臥螺離心機的轉鼓速度越大；臥螺離心機的副電機頻率是關于螺旋輸料器的速度；根據(jù)主、副電機頻率可以確定臥螺離心機的差速度。臥螺離心機的差速度是固液分離的一個重要指標。
分離因數(shù)，指的是在同一萃取體系內兩種溶質在同樣條件下分配系數(shù)的比值。分離因數(shù)愈大（或愈小），說明兩種溶質分離效果愈好，分離因數(shù)等于1，這兩種溶質就分不開了。臥螺離心機上的分離因數(shù)則指的是相對離心力，每臺臥螺離心機都有固定的分離因數(shù)。
物料固含量高，制約著臥螺離心機處理的能力，一般而言，物料固含量越低，臥螺離心機處理量越大、物料固含量越高，臥螺離心機處理量越低。目前，關于物料固含量與處理量關系主要是通過實驗進行確定的。
1.3.2 發(fā)酵液各項指標
臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液的實驗，需要對青霉素發(fā)酵液過濾后的濾液和濾餅等各項指標進行檢測。
濾液的指標主要有濾液透光率、濾餅的殘留效價、濾餅的含水率等。
1.3.3 儀器
722S型分光光度計，高效液相色譜，真空干燥箱，酸度計。
1.3.4 臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液主要因素水平的確定
臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液，需要調整的因素有臥螺離心機主電機頻率、副電機頻率、差速度、分離因數(shù)等。由于臥螺離心機的差速度是由主電機頻率和副電機頻率決定的，每臺臥螺離心機都有一個固定的分離因數(shù)。本次實驗，選用的是LW430型臥螺離心機，分離因數(shù)為1505。
因此，臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液的實驗，涉及到的主要因素有主電機頻率和副電機頻率。
1.3.5 利用臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液的實驗數(shù)據(jù)
臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵的過濾效果，除了與臥螺離心機自身的因素有關外，還與青霉素發(fā)酵液的預處理有關。
青霉素發(fā)酵液的預處理，包括調整青霉素發(fā)酵液的pH值、一次水對青霉素發(fā)酵液的稀釋、加入合適的絮凝劑等。
青霉素發(fā)酵液中，含有一定量的蛋白，調整青霉素發(fā)酵液的pH值，達到發(fā)酵液中的主要蛋白的等電點，使絕大部分蛋白沉淀，改善了青霉素發(fā)酵液的過濾效果。由于青霉素對pH值比較敏感，調整發(fā)酵液的pH值，有可能導致青霉素的降解。因此，青霉素發(fā)酵液的pH值調整范圍在4.5～6.5之間。物料的固含量制約著臥螺離心機分離物料的處理量和處理效果，青霉素發(fā)酵液固含量高，需要對青霉素發(fā)酵液進行一次水稀釋，達到臥螺離心機處理發(fā)酵液的較好效果。一次水對發(fā)酵液的稀釋比在0.5～1的范圍內。臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液一定要選擇合適的絮凝劑和絮凝劑合適的加量，本實驗利用臥螺離心機處理青霉素發(fā)酵液，選擇的絮凝劑是PAM陽離子型絮凝劑，加量范圍在300ppm～800ppm。
2 結論
臥螺離心機雖然廣泛應用于糧油、食品、化工、礦產品深加工及環(huán)保等行業(yè)，在制藥行業(yè)曾經應用過，但在青霉素制藥行業(yè)，臥螺離心機還沒有使用過。本次，青霉素發(fā)酵液利用臥螺離心機進行過濾處理，取得了較好的實驗效果，是一次很好的嘗試。
但是青霉素發(fā)酵液在利用臥螺離心機進行過濾處理時，絮凝劑加量偏大，濾液與板框過濾后的濾液有一定的區(qū)別，對提取工藝有一定的影響，需要對臥螺離心機過濾后的濾液做進一步的實驗。
