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超滤技术在GABA发酵液分离纯化过程中的应用
作者:管理员    发布于:2016-04-26 15:59:06    文字:【】【】【

  超滤技术在GABA发酵液分离纯化过程中的应用王文,冯(江南大学食品学院,江苏无锡214036)步的分离和纯化。针对发酵液成分的复杂性,采用高速离心进行初步的分离,然后运用超滤和稀释过滤相结合的方法,在去除大分子的同时,尽量提高GABA的回收率。用分子切割量为50000D的PES膜组件进行试验,研究了各操作参数的影响,得到优化参数:温度低于40,压差02MPa,循环流速0.5m/s,pH=5因超滤后GABA的回收率较低,故采用稀释过滤,以提高回收率。在两次间歇式稀释过滤后,GABA的回收率由原来的50提高到将近95,达到较好的分离效果。超滤后的滤液可再作进一步的纯化处理。

  基金项目:2004年教育部科学技术研究重点项目(104091)-),男,山东烟台人,硕士生(wwl9801011sohu.com),主要从事膜技术应用方面的研究。

  丁酸)是一1种活性氨基酸,广泛存在于动物的脑、脊髓和肝脏等器官中,具有降血压、改善脑部血液循环、安神、健肾及健肝等生理活性,因而其研究开发日益受到人们的重视m.GABA的制备有化学合成和生物合成两种方法,其中化学合成法成本高、产率低,且不能作为天然食品添加剂应用于食品中,而生物合成法成本较为低廉,且又安全,故有明显的优势。

  生物合成法是用特定的菌种和培养基在一定条件下发酵合成GABA,发酵后必须进行分离提纯。发酵液的组成较为复杂,其中既有悬浮颗粒、油乳滴和胶状颗粒,又有各种不同相对分子质量的物质,如蛋白质、糖类、氨基酸和无机离子等。对这样的复杂体系,进行一步分离操作不可能达到分离和纯化,而需常规操作压差操作温度pH值截留分子量在0.5MPa5-60要一系列的操作进行分离。膜分离因可在温和条件下进行,能耗又低,用于生物活性产品的分离提纯较为理想U1.但由于体系和技术的复杂特性,一般均需针对特定体系进行研究。作者针对所研究的溶液,解决了用超滤法对发酵液进行分离提纯过程中的一些相关问题。

  1试验1.1材料与设备GABA发酵液:本学院食品科学与工程学科组提供。

  中空纤维膜组件:化工学院膜,显然反冲的效果是比较显著的,通量大约比无反冲的提高50,这种操作方式实际上是在膜污染不很严重时即进行清洗,对超滤是十分有利的。

  2.3稀释过滤2.3.1稀释过滤操作方式的选择超滤将发酵液中的大分子截留,使GABA得到了初步的提纯,在浓缩比为4时,GABA的纯度可达到20以上。但是GABA的回收率比较低,从物料平衡推算,有相当多的GABA存在于浓缩液中和膜上。为提高GABA的回收率,进行了稀释过滤。

  稀释过滤的操作方式有两种。间歇稀释过滤(简称DD)是在超滤达到一定的浓缩比之后,加人水稀释浓缩液,再继续过滤,直到满意为止;连续稀释过滤(简称CD)是连续加人水,维持料液的总体积不变,以达到纯化目的的操作。根据计算,假如膜对GABA的截留率为0(全部通过),如果有2L物料,为了使99的GABA透过,使用DD需要加人4.5 ~6L水,而如果采用CD至少需要加人5倍于初始体积的水。两者比较,CD可以维持较高的通量,但是要达到相同的分离效果,其加入水的量远远多于DD,使液体浓度很低,给后续的操作增加负担。所以,采用DD作为稀释过滤的操作方式。

  2.3.2DD的优化取2L发酵液,分别进行三次DD操作,以期得到佳的加水量。每一次均是在2L的基础上浓缩到0.5 L,然后加水至2L,重复上述操作,试验结果见表3.表3 DD的优化样品体积/L固形物质量分数/ GABA质量纯度/回收率/离心后发酵液UF透过液次DD后透过液次透过液第二次DDi透过液由表3可以看出,随着DD操作次数的增加,GABA回收率逐渐提高。在UF过后,其透过液1. 5L,回收率只有50.可见大部分的GABA存在于浓缩液中和膜上。经过次稀释过滤后,GABA的质量浓度虽然下降到1.77mg/mL,但是透过液的体积却增加了一倍,为3L.所以GABA的回收率其实是上升了,将近80.同理,进行到第二次DD,GABA的回收率已接近95,其纯度也达到了22.2.假如继续进行到第3次DD,GABA的回收率只增加1.8个百分点,但是却加人了1.5L水,而纯度也有所下降,分析其原因是稀释溶剂将发酵液中的固形物带出的缘故。因此从工艺的经济性和浓缩的效果等各方面考虑,应在第二次DD后即停止,可以达到很好的分离效果。

  3结论用超滤方法处理含GABA的发酵液,以将大分子截留,达到纯化的目的。溶液的固形物质量分数,特别是大分子的质量分数并不算高,但还是表现出类似蛋白质溶液的性质,在不很高的压差下进人传质控制区。对影响超滤通量的主要操作参数进行分析考察,得到了优化的操作参数组合。根据试验结5m/s,pH=5,t<40t下进行超滤,结合反冲,可以得到令人满意的效果。

  进一步利用稀释过滤U=3),可以有效地提高GA-BA的回收率。经过超滤的发酵液可以用纳滤进一步纯化,得到纯度更高的产品,也可以用其他方法进一步分离提纯。

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