陶瓷膜集成技术处理红霉素发酵液实验研究

崔亚放

安徽丰原集团有限公司工程技术部，安徽 蚌埠 233010

红霉素属于大环内酯类抗生素老品种，但由于衍生产品众多，应用范围还是较广，市场需求量较大。红霉素提取工艺中常用到的工艺是板框过滤加溶媒萃取的老工艺，此工艺一般收率在75～80%之间，但由于生产中需要消耗大量的硫酸锌和溶媒，菌渣处理困难，造成提取成本昂贵，污染较大，企业生产成本居高不下，竞争力日益下降。针对传统工艺技术存在的主要问题，我们研究开发陶瓷膜集成技术新的生产工艺，大大降低红霉素提取成本，减少废水排放、提高了目标产物的回收率。

1 实验部分

1.1 实验目的

考察在5～15℃左右、一定的进、出口压力和膜面流速下，膜稳定通量、平均通量、浓缩倍数、渗透液处理效果、膜化学清洗效果。对膜集成方案进行可行性分析，并对方案进一步优化。

1.2 实验方法

先用陶瓷膜在5～15℃温度下对红霉素发酵液进行除杂过滤，控制进口压力在0.25MPa，出口压力在0.1MPa左右，膜面流速为4m/s，考察渗透通量的衰减和渗透液的处理效果。加水透析是在除渗透液30%～50%时加水，加水量为发酵液的1.5～1.7倍 (每次加水量约为发酵液的1/25～1/50)。

然后对陶瓷膜渗透液用纳滤膜进行浓缩去水和除盐。

工艺流程为：

红霉素的效价分析由安徽丰原发酵技术国家工程研究中心分析室分析。

1.3 实验器材

原料：红霉素发酵液（pH7.5～8），由安徽丰原发酵技术国家工程研究中心发酵研究室提供，外观呈乳黄白色浑浊流体，含大量菌丝体、油脂、蛋白、悬浮颗粒等杂质。

1.4 实验设备

膜及膜组件：

陶瓷膜：材质氧化锆，孔径 200nm，规格1016mm，由江苏久吾高科技股份有限公司制造。

纳滤膜，NF-4040，美国GE公司

实验设备：

0.5 m2、3m2陶瓷膜设备

16m2有机膜设备，均由江苏久吾高科技股份有限公司提供。

2 结果与讨论

2.1 陶瓷膜过滤发酵液数据及效果

由图1的 4张对比图可以看出：采用陶瓷膜处理红霉素发酵液，初始通量衰减很快，在不到1小时内通量衰减到40～60L/m2·h，在加透析水后，通量基本稳定在50L/m2·h左右。实验平均通量46.4～64.7 L/m2·h，浓缩倍数最高达到2倍。

由表1可知：处理后渗透液澄清透明，浓缩液成膏状流体，收率在94.8%～85%。因此陶瓷膜处理该发酵液工艺技术可行且较为理想。

图1 陶瓷膜处理红霉素发酵液的通量衰减曲线4个对比图

表1 陶瓷膜处理发酵液数据

2.2 NF膜浓缩红霉素滤液数据

图2 NF膜处理红霉素发酵液的通量衰减曲线

表2 纳滤膜处理滤液数据

从图2 的4张对比图和表2看到：采用纳滤膜处理红霉素陶瓷膜渗透液，渗透通量也衰减较快，但加透析水后通量有所回升，平均通量达到了90L/h以上。纳滤膜渗透液电导很低，可满足指标＜us/cm，渗透液中也无效价单位测出，说明无有效物质透过膜。收率较低，原因主要是设备死体积较大所致，工程上一般浓缩结束后用纯水顶洗至前道工序即可避免。

第三次通量较低，通过截留蛋白实验和酸洗实验表明主要原因可能是高价离子（如Ca2+）含量较高所致，可能与发酵体系有关。

第四次实验针对高价离子采取相应措施预处理，纳滤浓缩液可满足指标：效价≧20000单位

2.3 膜清洗恢复数据及效果见表3

陶瓷膜清洗：

碱洗工业纯水加入2.0%NaOH、1.0%次氯酸钠配成溶液，在60℃～70℃下开供料泵循环清洗30min。清洗结束后，排空系统，加纯水循环冲洗系统，至PH值呈中性。

酸洗工业纯水加入2.0%HNO3，在60℃～70℃下开供料泵循环清洗25min。清洗结束后，排空系统，加纯水循环冲洗系统，至PH值呈中性。

纳滤膜清洗：

工业纯水加入0.15%十二烷基苯磺酸钠、0.1%EDTA配成溶液，用NaOH溶液调PH9～10，在40℃下开供料泵循环清洗45min。清洗结束后，排空系统，加纯水循环冲洗系统，至PH值呈中性。膜管通量恢复率较为理想，都在100%。

表3 膜清洗恢复数据及效果

3 结论

1）200nm陶瓷膜应用于红霉素发酵液菌丝体分离效果较为理想：实验平均通量46.4～64.7L/m2·h，在过滤出渗透液30%～50%后加水洗涤菌丝体，加水量为发酵液体积的1.5～1.7倍 (每次加水量约为发酵液体积的1/25～1/50)，此方式平均通量最大为62.5～64.7L/m2/h，收率最高94.8%～100%。

2）对高价离子采取相应措施预处理，可大大提高纳滤时膜通量；

3）采用纳滤膜处理红霉素发酵液滤液电导可满足指标＜5us/cm，渗透液中无单位测出，对发酵液预除高价离子，纳滤浓缩液效价可满足指标：效价≧20000单位；

4）膜污染后清洗恢复较理想，陶瓷膜采用碱酸洗后，通量恢复率100%；纳滤膜采用碱为主的清洗剂洗后通量恢复率在100%；

5）红霉素发酵液采取先用陶瓷膜澄清，再用纳滤膜浓缩的工艺是可行的。

[1]袁一，等.化学工程师手册[M].北京：机械工业出版社，1999.

[2]刘茉娥，等.膜分离技术[M].北京：化学工业出版社，1998.