膜蒸餾處理谷氨酸發酵液工藝

最新 08-31

前言

膜蒸餾技術是膜技術與蒸餾過程相結合的一種現代分離技術，它採用疏水微孔膜為分離界面，以膜兩側蒸汽壓差為傳質推動力，將料液中易揮發組分以蒸汽形式帶出膜外而實現分離。在膜分離過程中，蒸發直接發生在進料液一側，而冷凝發生在膜組件以外，故膜對氣液平衡不發生選擇性的干預。因此，通過膜傳導的熱損失可以忽略，同時通過較高的梯度壓差，可以得到較高的分離通量和產品收率。

目前，國內外味精廠通常採用多效蒸發器來濃縮谷氨酸，在用多效蒸發器分離發酵液中的菌體蛋白、殘糖等雜質時，通常採用等電沉降法，但該方法需要使用離子交換柱來濃縮上清液中的谷氨酸，此過程必須使用氨水作為洗脫液，因此將產生大量富含COD、SO2－4 、NH3-N的廢水，這不僅浪費資源，而且對環境造成嚴重污染，極大地制約了我國味精行業和谷氨酸的可持續發展。這些問題如利用膜蒸餾技術將可以得到極大緩解。膜蒸餾技術不需要進行氨水洗脫，不產生污水，設備簡單、成本低廉。此外，在膜分離過程中色素會造成膜污染、降低膜蒸餾的通量。谷氨酸發酵液脫色現常用大孔樹脂和活性炭脫色。大孔樹脂脫色工藝複雜，氨基酸損失較大，並且使用大量洗脫劑，能耗及脫色成本較高。活性炭脫色則具有操作簡便、選擇性好、使用後可重複利用等優點，在脫色中得到廣泛應用。

膜蒸餾技術對谷氨酸發酵液分離的效果

加熱溫度對膜蒸餾分離效果的影響

在進入膜分離系統之前，發酵液蒸餾溫度對膜分離效果具有重要作用。

在溫度(50～70℃ ) 範圍內，利用膜蒸餾技術對發酵液、微濾液和脫色液的分離過程進行了比較，其產水通量皆隨熱側溶液溫度的升高而增加，在相同溶液溫度下，3種過程的通量從大到小依次為脫色液、微濾液、發酵液。

當料液溫度從50℃升高到70℃時，脫色液產水通量由7.87L /( m2·h) 增加20.82L /( m2·h) ，而微濾液和發酵液產水通量分別由6.98L /( m2·h) 和2.1L /( m2.h ) 增加至18.82L /( m2.h ) 和15.14L /( m2·h) 。

谷氨酸濃度提高率對微濾液和脫色液通量的影響

當谷氨酸濃度提高率在1.0-1.8範圍內時，微濾液和脫色液的通量相對穩定，沒有急劇的變化，維持在6.5L( m2·h)和7.88L ( m2·h)左右。谷氨酸濃度提高率在1.8-2.65範圍內時，微濾液和脫色液的通量下降為2.6L /( m2·h) 和3.65L /( m2·h) 左右。

從通量的變化可以明顯看出脫色液比微濾液的膜污染情況明顯降低。在60℃的條件下，微濾液和脫色液谷氨酸的質量分數隨谷氨酸濃度提高率的增加而增加，微濾液和脫色液的最終質量分數分別濃縮到63.2%和65.17%，在試驗過程中，脫色液的色素類物質已脫除乾淨，在濃縮時比微濾液容易，不僅成本降低，膜污染程度也減小。

如果繼續濃縮，微濾液和脫色液中的谷氨酸質量分數還可以繼續提高。但考慮隨著谷氨酸質量分數的增加，膜污染會加劇，微濾液和脫色液的通量不同程度降低，濃縮成本增加，在谷氨酸質量分數到45% 之前，通量隨谷氨酸濃度提高率的變化一直比較平穩，當谷氨酸質量分數超過45%時，膜通量明顯降低，表明濃縮效率降低。如果在味精廠中應用，選擇通量適宜的45%谷氨酸質量分數作為濃縮的最終質量分數即可達到要求。這與味精廠的四效蒸發器谷氨酸的最終質量分數30%相比，已經顯示了膜蒸餾在技術和成本上的優勢。

谷氨酸發酵液濾液的脫色對膜離效果的影響

由於色素對膜有一定的污染，降低了分離效果，因此，發酵液濾液脫色就成為一個重要問題。

影響谷氨酸發酵液濾液脫色效果的主要因素有: 粉末活性炭的用量、搖床轉速、脫色時間。