超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用:

超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用,黄原胶是由黄单孢杆菌以玉米淀粉为主要 原料进行生物发酵、提纯精制获得的一种微生 物多糖。由于它具有在低浓度下的高粘度、典 型的流变特性、耐酸碱、抗酶解，与其它化学 物质（酸、碱、盐、表面活性剂、防腐剂、增稠剂) 有令人满意的兼溶性，是一种品质优良的增稠 剂、悬浮剂、稳定剂、乳化剂、定型剂和助泡 剂。它广泛应用于石油开采、食品加工、日用 化工、轻纺印染、精细陶瓷、医药、涂料、农 业、消防等行业，是二次效益特别显著的新型 生物产品。

黄原胶发酵液粘度高(3〜10Pa* s),含胶量 仅2%〜3%,杂质多。超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用,要对其进行分离提纯十 分困难，高速离心法虽能去除发酵液中的菌丝 体等不溶物，达到食品级的要求，但应用到大 生产，难度较大，投资高。国内均用醇法提取 黄原胶，但所生产出的食品级黄原胶仍含有菌 丝体。上海化工研宄院采用预处理、多级膜分 离技术的集成工艺，既能达到去除菌丝体等不 溶物，又能去除可溶性小分子量的杂质(包括盐 类)，大大地提高了产品质量，达到国外FCC标 准，而且过程、设备、操作都十分简单，超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用,是目前黄原胶发酵液后处理工艺中最先进的工艺。

黄原胶发酵液预处理去除菌丝体和不溶物 后，所得处理液加入料液槽中，泵输送料液至 超滤装置，阀门2调节超滤器5压差，泵流量 由变速电机调节以改变超滤器的膜面速度。料 液经超滤膜过滤，在去除可溶性蛋白质、小分 子量有机物、盐类的同时，脱去大部分水，得 到浓缩黄原胶液，获得高品质的黄原胶液，所示为黄原胶试验流程图。其中，设备、仪器 有储罐（40L,自制）、膜片式压力表（0〜 0. 6MPa)、0. 09m2超滤器（自制）、不锈钢球阀、 G50- 2螺杆泵(自制)和量筒等。

2分析方法及设备

(1)透过速率：/= At

式中f —透过速率，L/(m、h)

V——透过水量，L A——膜有效面积，m2 t透过量V所需时间，h

(2)粘度：以上海天平仪器厂ND-l旋转 粘度计测。

(3)水分：烘干衡重称量法。

(4)灰分：550C灼烧称重。

(5)N含量：凯氏定氮法。

3试验结果及讨论

3. 1不同品种膜对黄原胶水溶液分离的影响 由表1可见，P-II、P-III型号膜的透过速率 在低浓度时较高，而在较高浓度时透过速率下 降较快。P-I型膜在黄原胶浓缩浓度增大时，透 过速率下降相对较低，透过速率维持在较好的 设备操作点上，因此黄原胶的超滤浓缩用膜为 P-I型。

表1 发酵液-预处理-超滤不同膜 在不同浓度下的透过速率(L/m2h)

6%〇1.0%'1.5%2. 0%

膜型号1#2#1#2#1#2#1#2#

P-I54.5269.0842. 4363. 8239.1450.3337. 8342.31

P-II56.8750.6640. 5146. 3834.5443.7529. 9336.87

P-III51.3949.6737. 8346. 7137.1746.0537. 1743.51

注：1#为醇法提取菌种，2#为酸法提取菌种。

3. 2温度对超滤透过速率的影响

黄原胶溶液超滤与温度有较大关系，温度 升高传质系数增大，一方面减少凝胶层的形成， 另一方面加大了水的渗透性，膜阻力降低。图 2所示为出口压力保持0. 2MPa的超滤试验。

由图2可以看出，温度的升高能有效地增 加超滤透过速率，这是因为黄原胶在低温时容 易成凝胶，增加了膜阻力，温度升高后，破坏了 凝胶层，降低了粘度，膜阻力降低，超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用,透过速率增 加。浓度1.2%黄原胶溶液的透过速率比浓度 5. 8%增加得快，这是由于黄原胶溶液浓度愈 高，料液粘度也愈高，愈容易形成凝胶层，膜阻 力增加。但由于温度升高，能耗增加，同时受超 滤膜及黄原胶溶液在高温下降解等因素的制 约，因而温度不宜太高，一般控制温度在40C 〜60C之间。本试验超滤温度为50C左右。

-〇-3ftJ#:5.8%

604020^ TM"-日•"齋*«*

 

20406080

温度/■〇

图2温度对黄原胶液分离性能的影响

3.3膜面速度对分离性能的影响

在超滤处理黄原胶溶液时，提高膜面速度 可减少沉积于膜面的溶质，减薄边界层厚度，适 当控制浓差极化。膜面速度的提高大大增大了 料液的传质系数，同时也使黄原胶溶液的表观 粘度下降。

图3所示为黄原胶溶液的浓度分别为 1. 0%、2. 0%、3. 8%、5. 1%、6. 8%,压差为

0.06MPa、温度为50°C的超滤数据。由此可见， 膜面速度是影响黄原胶分离性能的主要因素之 一，黄原胶的透过速率随膜面速度增大而提高， 随膜面速度减小而降低，因此在超滤黄原胶溶 液时膜面速度不宜过低，一般控制在大于2 m/s。

3.4操作压力对分离性能的影响

超滤是以压力差驱动的膜分离过程，因此 压差也是分离性能的重要参数。在开始阶段，随 操作压力的增大，透过速率上升。但随着压力率将降低。如此就需提高泵的输送量，提高流 体在膜面上的流速，增加湍流程度，于是能耗 增加。但若膜面高度控制得太低，膜组件的压 力损失增加，也会提高输送泵的能耗。

图5所示为黄原胶溶液浓度3. 68%c,在不 同的膜面高度下,透过速率与膜面速度的关系，

的进一步增大，膜表面的吸附层变厚，膜压实 进一步加大，这时操作压力即使再加大，不但 透过速率不随之上升反而随之下降。一般压力 差宜控制在0. 25MPa以内。图4所示为温度保 持在50C左右，不同黄原胶溶液浓度下，膜面 速度为2m/s时，透过速率与压差的关系。

3. 5膜面高度对分离性能的影响

在板框式超滤中，膜面高度也是重要的设 计参数之一。它的大小是影响透过速率、能耗 的关键因素。膜面高度越低，透过速率越大，膜 组件压力损失也越大，并且在相同的膜面高度 下，膜面速度越大，膜组件的压力损失增加的 幅度也越大；在相同的输送量下，膜面高度越 高，超滤在黄原胶发酵液后处理中的应用,流体在平板膜上的流速就越低，湍流程度 也越低，故膜面易存在浓差极化现象，透过速

由图5可知，适当地降低膜面高度能有效 地提高超滤透过速率。降低膜面高度，提高了 透过速率，同时膜组件压力损失也增大。综合 考虑以上因素，膜面高度在处理低浓度黄原胶 时以0.6〜0.8mm较为适宜，在高浓度时以 0. 8〜1. 0m m为佳。

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