維生素C是以D-山梨醇為原料兩步生物轉(zhuǎn)化獲得α-酮基-L-古龍酸(簡稱古龍酸),再經(jīng)酯化、轉(zhuǎn)化及酸化反應(yīng)最后獲得Vc。這種兩步生物轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)方法是我國首創(chuàng),其先進(jìn)性是國際公認(rèn)的。但在分離、濃縮、結(jié)晶工藝等方面的步驟較多,造成周期長,能耗大,收率低[33]。原工藝流程如圖所示,為了提高發(fā)酵液提取收率與質(zhì)量,徹底截留溶液性蛋白與雜質(zhì),可采用超濾技術(shù)實(shí)現(xiàn)化學(xué)凝聚預(yù)處理、板框過濾或鼓式真空過濾、高速離心沉降三步合一,使古龍酸鈉與菌絲體、蛋白質(zhì)及懸浮微粒等大分子分離。這樣既降低了濾液中可溶性蛋白及雜質(zhì)含量,提高樹脂吸附容量與壽命,又簡化過濾工藝,增加收率,降低運(yùn)行成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。
發(fā)酵液放罐后,使用Ultra-flo超濾系統(tǒng)進(jìn)行過濾與分離。膜系統(tǒng)使用泵作為壓力驅(qū)動(dòng)源。采用循環(huán)運(yùn)行的過程,膜透過液即古龍酸鈉清液被被收集并可直接轉(zhuǎn)入下步工藝。而菌體及蛋白在膜的濃縮側(cè)與循環(huán)罐之間循環(huán)。隨著清液體的不斷濾出而逐漸增稠。含固量亦不斷提高。為提高收率,在操作中濾出大部分濾液后,可在殘留液中加入大部分水洗滌,以把其中的有效成分洗滌出來,并繼續(xù)過濾把洗滌液也過濾出來,即成為“透析過濾(diafil-tration)”模式(簡稱“透濾”或“重過濾”),直至達(dá)到所期望的分離要求。
Ultra-flo超濾系統(tǒng)組件外觀極其平凡,但其內(nèi)在結(jié)構(gòu)卻異常特殊。實(shí)質(zhì)上組件內(nèi)部的每一片膜均已被變形扭曲以適應(yīng)支撐板的棱紋結(jié)構(gòu),支撐板有眾多的橫向和縱向棱紋,從而形成錯(cuò)流通道。膜表面所形成的棱紋結(jié)構(gòu)可增加渦流,破壞膜表面的邊界層,阻止吸附,避免阻塞 。因此,該組件允許固含量或菌絲充填密度高達(dá)50%的未經(jīng)任何處理的放罐發(fā)酵液進(jìn)膜處理,且膜通量幾乎保持不變,可維持在75~150L/(m2.h)的水平。膜的再生清洗也極為容易。它適于處理高粘度的液體,并達(dá)到較高的濃縮倍數(shù),使含菌絲/蛋白及其他大分子物質(zhì)的濃縮液呈漿糊狀,其固體填充密度可高達(dá)95%以上,從而使發(fā)酵液過濾收率達(dá)99%的水平。濃縮液中的菌絲/蛋白由于受助濾劑及絮凝劑的污染而可直接用作動(dòng)物飼料,這樣既增加了收益,又減少了污物處置的費(fèi)用。
應(yīng)用超濾系統(tǒng)處理發(fā)酵液,最大優(yōu)點(diǎn)在于不需要加入任何助濾劑或絮凝劑,操作溫度及pH均可根據(jù)處理料液的要求加以控制與調(diào)整。其次是在對料液進(jìn)行過濾時(shí),不僅可把菌絲體及其他固體雜質(zhì)完全分離,而且可把99%以上的蛋白、膠體也一同截留,使得濾液質(zhì)量大幅度提高。
經(jīng)Ultra-flo超濾系統(tǒng)處理的發(fā)酵液清澈透明,不含蛋白,可直接走后續(xù)工藝,其低單位濃度的濾液必要時(shí)也可通過納濾技術(shù)進(jìn)一步濃縮至更高濃度。
需指出的是該膜軟件可用于處理多種抗生素發(fā)酵液(如:頭孢菌素C、紅霉素、萬古霉素、麥迪霉素等),氨基酸及味精發(fā)酵液,還可用于食品工業(yè)(如乳制品、豆制品、果汁等)及飲料如酒類等。
Ultra-flo超濾設(shè)備一般為板框式,每塊支撐板兩個(gè)面各支撐一片超濾膜。整疊塊通過隔板可分2~5段,常見的為4段或5段。整臺(tái)(套)支撐板數(shù)目及膜的有效面積視具體應(yīng)用場合作適當(dāng)調(diào)整,頗具靈活性。如用于維生素C發(fā)酵液和頭孢菌素C發(fā)酵液的每臺(tái)(套)Ultra-flo超濾設(shè)備支撐板為近200塊,相應(yīng)膜面積達(dá)40~48m2。