微滤技术在发酵工业中的应用

微滤技术在发酵工业中的应用宋伟杰陈国强苏仪万印华(中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室北京．100190)doi：103969／]iSSrl18740：31g201004008摘要本文综述了微滤膜技术在发酵工业中的研究和应用进展，主要针对该技术在酒精类饮料(啤酒等)，抗生素(头孢类、硫酸连杆菌类、青霉素类、红霉素类等)、有机酸(甘氨酸、谷氨酸、色氨酸、乳酸等)三大类发酵产品中的应用进行了介绍。关键词：微滤，发酵，啤酒，抗生素、有机酸微滤膜分离技术，是以静压差为推动力，利用膜的“筛分”作用进行分离的膜过程。微滤主要用于从气相和液相悬浮液中截留微粒、细菌及其他污染物，以达到净化、分离和浓缩等目的。微滤膜的厚度在90-150m左右，过滤粒径在0．08～10“m之间操作压在0．01～0．12MPa。目前微滤技术已经广泛应用于制药、食品、微电子、生物化工和环保工业中。发酵是一个重要的生物工程过程，酿造工业中的酒精类饮料、食醋、酱油等以及制药工业中抗生素、维生素和氨基酸的生产均采用生物发酵法获得产品。在发酵生产过程中．通常采用板框过滤、真空转鼓、离心机、硅藻土等传统的过滤技术，来除去发酵液中可能含有的菌体、蛋白、有机抗体等杂质。这些方法具有过滤精度差、产品品质低、操作复杂、成本高等缺点。而利用微滤膜技术代替传统过滤工艺进行发酵液的菌体和大分子脱除具有收率高．分离精度高，透过液品级高，操作简便高效，生产成本低等优点，目前已在工业生产中得到广泛应用。本文将主要介绍微滤膜技术在-'-■■■■■■■■■■■■■■■■■_i垫兰垦作者简介酒精类饮料(啤酒等)，抗生素(头孢类离技案奎军盖责事膜分硫酸连杆菌类、青霉素类、红霉素类等)、ETe⋯l：I1．010州-62。54g3@30h1。⋯ipe_。有机酸(甘氨酸、谷氨酸、色氨酸、乳酸等)生产中的研究进展和应用情况。1微滤在酒精类饮料(啤酒)中的应用在啤酒生产过程中，通常采用高温①参考文献瞬时杀菌或者巴氏法除菌，而采用硅藻技术盖土过滤的方法除去杂质。高温杀菌会破o。坏啤酒原有的风味，而硅藻土过滤的方法存在着环境污染和健康危害等问题。微滤技术则可以在常温下除去啤酒中残留的细菌，从而可以有效地保持生啤酒的原始风味，同时除去混合啤酒中的悬浊物，包括酒花树脂、单宁、蛋白质等，改善啤酒的口味和透明度。在啤酒微滤过程中，为了提高过滤性能，通常采用在过滤前加入絮凝剂的方法，使各种杂质聚集沉淀下来。聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpolypyrrolidone)是最常用的絮凝剂来去除啤酒中的多酚(polyphenols)。注意预处理沉淀的时间要足够长，否则聚集物会很大程度上影WWW．biobusiness．com．cnJ201O．04(7月)．1生物产业技术65②参考文献StopkaJ，SchlosserS，D6m6nyZ，~mogroviovDFluxdeclineinmicrofillxationofbeerandrRelatedsolutionsofmodelfoulantsthroughceramicmembranes[J]PolishJournalofEnvironmentalStudies．2000，9(1)：65—69③参考文献肖志刚，王辉，申勋宇微孔滤膜在酿造工业中的应用[J1．酿酒，2005，32(4)：1O6．1O7．响微滤膜的过滤性能。目前，应用微孔滤膜过滤啤酒，大多在发酵液经过硅藻土过滤或者板框过滤后，再采用2-3级串联过滤的过程，其过滤流程如图1所示。第一级滤件一般采用较大孑L径的深层滤芯(如1m的超细聚丙烯纤维滤层滤芯等)，主要是为了保护终端膜滤芯，延长终端膜滤芯寿命，降低运行费用。终端膜滤芯是关键部件，一般采用0．22m或0．45m孑L径的复合滤芯，可以是耐酸碱的聚偏氟滤膜、聚砜类膜或耐强碱的尼龙膜，也可以是纤维素类膜等。由于采用两层不同孔径的膜复合而成的滤芯，其外层可滤去颗粒较大的胶体及酵母菌，减轻后层膜的负担，从而提高了啤酒过滤的质量和速度。终端膜其孔径和材质直接影响到生啤酒的口味和保质期。有机微滤膜和无机微滤膜均可以应用到啤酒过滤中．但是有机膜的以下特点限制了其在酒精类饮料过滤中的应用——膜寿命短，难以在高温下操作，化学稳定性差，有机聚合物溶解对啤酒风味的影响等。而以陶瓷膜为代表的无机微滤膜则有效的避免了以上不足，其最大的优点是热稳定性好，因此可以在比较高的温度下操作和清洗。。传统的啤酒澄清过程为：发酵液一离心分离一硅藻土过滤一平板过滤一终端过滤一灭菌过滤，而采用陶瓷膜可以彻底摒弃硅藻土过滤过程，两步即可完成：发酵液一离心分离一陶瓷膜错流微滤。美国、德国、日本等国家在20世纪80年代初已经在鲜生啤酒生产中采用了微滤膜技术。荷兰Norit公司与德国Oettinger集团合作