臥螺離心機(jī)在L-蘇氨酸提取回收中的應(yīng)用
行業(yè)動(dòng)態(tài)
L-蘇氨酸（Threonine，簡(jiǎn)寫(xiě)為Thr）是構(gòu)成人類及動(dòng)植物蛋白質(zhì)的一種必須氨基酸。L-蘇氨酸主要用于醫(yī)藥、化學(xué)試劑、食品強(qiáng)化劑和飼料添加劑等領(lǐng)域。特別是在飼料添加劑領(lǐng)域的用量增長(zhǎng)快速，常添加到未成年仔豬和家禽的飼料中，是豬飼料的第二限制氨基酸和家禽飼料的第三限制氨基酸，也是家禽飼料配方中的第三或第四大限制氨基酸。在飼料中添加L-蘇氨酸，不但可以平衡氨基酸組成，促進(jìn)家禽生長(zhǎng)，還可提高氮的利用率，降低飼養(yǎng)成本。
目前，我國(guó)的L-蘇氨酸生產(chǎn)以發(fā)酵法為主，傳統(tǒng)L-蘇氨酸生產(chǎn)過(guò)程中大部分是以玉米漿和糖蜜作為發(fā)酵氮源，通過(guò)L-蘇氨酸轉(zhuǎn)化菌株進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜設(shè)備進(jìn)行截留，將其中的菌體蛋白等雜質(zhì)去除，再經(jīng)濃縮結(jié)晶、離心分離、干燥、篩分和包裝等工藝操作，獲得L-蘇氨酸成品。此過(guò)程中L-蘇氨酸發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后的濃縮液中含有大量的L-蘇氨酸，若將此部分料液直接進(jìn)行絮凝沉淀處理，會(huì)降低母液的利用價(jià)值，而排放到環(huán)境中會(huì)造成環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。臥螺離心機(jī)具有處理能力大、連續(xù)化作業(yè)和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，主要部件由轉(zhuǎn)鼓、螺旋推進(jìn)器和差速系統(tǒng)等構(gòu)成，分離過(guò)程是：物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁以設(shè)計(jì)速度高速旋轉(zhuǎn)，沿著轉(zhuǎn)鼓殼體形成一個(gè)同心液層，成為液環(huán)層；物料內(nèi)所含的固體在離心力作用下沉積到轉(zhuǎn)鼓上，再通過(guò)螺旋的運(yùn)轉(zhuǎn)將干物料推至轉(zhuǎn)鼓錐端，上清液則從轉(zhuǎn)鼓大端排出，實(shí)現(xiàn)固液分離。分離過(guò)程中不需要添加任何助濾劑，并能確保分離出的重相無(wú)外來(lái)添加的雜質(zhì)。臥螺離心機(jī)已經(jīng)在制藥、污泥脫水和化工等行業(yè)成功應(yīng)用，在檸檬酸清液、色氨酸發(fā)酵及淀粉糖生產(chǎn)中的應(yīng)用有少量報(bào)道，而在L-蘇氨酸生產(chǎn)中的應(yīng)用比較少見(jiàn)，鮮有報(bào)道。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
臥螺離心機(jī)，型號(hào)為LW230×700；臺(tái)式高速離心機(jī)，型號(hào)為KH19A；全自動(dòng)電位滴定儀，型號(hào)為20J-3D；電熱鼓風(fēng)干燥箱，型號(hào)為DHG-9075A。
1.2 濃縮液中L-蘇氨酸濃度分析
選取生產(chǎn)上不同批次的經(jīng)陶瓷膜截留后濃縮液10mL，分別編號(hào)為SD1～5組。利用臺(tái)式高速離心機(jī)在轉(zhuǎn)速為11000r/min下離心10min，測(cè)量上清液體積y，各上清液吸取5mL，分別置于干燥的稱量瓶中（干燥的稱量瓶質(zhì)量為m1），將其放置于真空干燥箱中105℃恒溫干燥180min。待干燥完成后進(jìn)行稱量并記錄質(zhì)量為m2，記錄干燥前后質(zhì)量的差值，將每組干燥后的干物質(zhì)用刮刀刮下，每組分別稱量＜0.1g于100mL干凈的玻璃燒杯中，加入3mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的甲酸，50mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%的冰乙酸，混合均勻，開(kāi)啟全自動(dòng)電位滴定儀進(jìn)行滴定。
2 結(jié)果與討論
2.1 實(shí)驗(yàn)工藝流程
傳統(tǒng)L-蘇氨酸生產(chǎn)過(guò)程是通過(guò)L-蘇氨酸轉(zhuǎn)化菌株進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜設(shè)備進(jìn)行截留，將其中的菌體蛋白等雜質(zhì)去除，再經(jīng)濃縮結(jié)晶、離心分離、干燥、篩分和包裝等后提取工藝操作，獲得L-蘇氨酸成品，此過(guò)程中L-蘇氨酸發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后的濃縮液中含有大量的L-蘇氨酸，若將此部分料液直接進(jìn)行絮凝沉淀處理，會(huì)降低母液的利用價(jià)值，而排放到環(huán)境中會(huì)造成環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。通過(guò)臥螺離心機(jī)進(jìn)一步分離回收陶瓷膜過(guò)濾后濃縮液中的蘇氨酸，并且在分離過(guò)程中不需要添加任何助濾劑，確保分離出的重相無(wú)外來(lái)添加的雜質(zhì)，達(dá)到提高蘇氨酸提取收率的目的。
2.2 濃縮液中L-蘇氨酸濃度分析
經(jīng)全自動(dòng)電位滴定儀測(cè)定的5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，濃縮液中L-蘇氨酸的質(zhì)量濃度平均值為1.0g/dL，現(xiàn)確定發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后濃縮液中L-蘇氨酸的理論質(zhì)量濃度為1.0g/dL。
2.3 小試確定工藝可行性
采用型號(hào)為LW230×700臥螺離心機(jī)進(jìn)行小試實(shí)驗(yàn)，利用臥螺離心機(jī)對(duì)發(fā)酵液經(jīng)陶瓷膜截留后的濃縮液進(jìn)行L-蘇氨酸的回收。
設(shè)置離心機(jī)進(jìn)料流量為0.6m3/h，對(duì)離心機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行改變，對(duì)分離的液體體積、L-蘇氨酸濃度和L-蘇氨酸回收率進(jìn)行考察。通過(guò)考察結(jié)果可知：臥螺離心機(jī)的轉(zhuǎn)速在4000r/min時(shí)，進(jìn)料流量為0.6m3/h，運(yùn)行1h后進(jìn)料體積為0.6m3，上清液為0.372m3，蘇氨酸回收率為90.52%。
由小試結(jié)果可知：應(yīng)用臥螺離心機(jī)完全可以實(shí)現(xiàn)蘇氨酸陶瓷膜濃縮液的菌體蛋白和清液的分離，提高L-蘇氨酸收率，初步判斷可利用臥螺離心機(jī)分離蘇氨酸陶瓷膜濃縮液。綜合考慮能耗與離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓的壽命，把離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)為3500r/min比較適宜，此時(shí)蘇氨酸收率為90.03%。
2.4 臥螺離心L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液的生產(chǎn)運(yùn)行
利用臥螺離心機(jī)對(duì)L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液進(jìn)行離心分離，經(jīng)過(guò)膜過(guò)濾濃縮的L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液連續(xù)進(jìn)入離心單元，由于臥螺離心機(jī)在離心時(shí)設(shè)置輕相與重相卸料口，使菌體蛋白與離心清液進(jìn)行分離，從而達(dá)到固液分離的目的。生產(chǎn)工藝是：測(cè)量濃縮液儲(chǔ)罐中菌體蛋白的體積V，查看清液卸料管道是否與清液儲(chǔ)罐相連接，檢查絞龍與重相卸料管是否連接。設(shè)置臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速為3500r/min；進(jìn)料流量為17.5m3/h；菌體蛋白L-蘇氨酸質(zhì)量濃度為1.0g/dL左右；固形物含量為13%左右；pH為7.0左右。開(kāi)啟離心機(jī)，料液自動(dòng)泵入離心系統(tǒng)，連續(xù)運(yùn)行5h。
5批次L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液在進(jìn)料流量為17.5m3/h的情況下連續(xù)3500r/min離心5h后，到離心清液的體積占總進(jìn)料體積的60.34%，菌體蛋白沉淀水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.96%，L-蘇氨酸回收率均值為87.97%。
3 結(jié)論
運(yùn)用臥螺離心機(jī)將陶瓷膜濃縮液中的L-蘇氨酸進(jìn)行回收，可以有效的將濃縮液中的液體與固體物質(zhì)分開(kāi)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用臥螺離心機(jī)對(duì)L-蘇氨酸陶瓷膜濃縮液進(jìn)行離心固液分離，可以回收蘇氨酸陶瓷膜濃縮液中87%的蘇氨酸，但目前該工藝對(duì)臥螺離心機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)料量要求較高，工藝設(shè)備投資回報(bào)率較長(zhǎng)，后續(xù)需要作進(jìn)一步的設(shè)備選型及工藝優(yōu)化、調(diào)整，以期獲得更大的利潤(rùn)。
