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陶瓷膜浓缩益生菌培养

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-02-25 0:09:22 * 浏览: 28
近年来,随着国内益生菌产业的不断扩大,细菌的分离浓缩技术已成为工业生产的关键技术。细菌细胞浓缩是从培养液中分离细菌细胞的过程。该处理过程需要高浓度因子和高细菌细胞产率,同时保持细菌细胞活性。浓缩方法包括离心和膜过滤。离心分离法的问题在于,离心力的剪切作用和由间隙操作引起的氧损伤导致细菌的死亡率增加。陶瓷膜过滤技术的优点是操作条件温和,对细菌活性的影响小。过滤系统可连接发酵设备,实现自动连续生产。迄今为止,家用膜分离技术仅应用于少数生物制剂中。陶瓷膜用于过滤益生菌培养物的应用仍处于实验研究阶段,尚未报道工业化设备的操作。在膜技术的应用中,原料的特性和操作条件对膜分离性能有重要影响。根据原材料的特性选择操作系统并优化操作参数是应用研究的主要内容。在该实验中,使用了一个100 nm的陶瓷膜中试装置来过滤浓缩的益生菌培养液。目的是检查关键操作参数和浓度影响,优化操作参数和清洁方法,并为扩大生产提供技术准备。 1实验材料和方法1.1实验装置颇尔的单管陶瓷膜中试系统。实验用陶瓷膜柱:ExekiaMembralox陶瓷膜柱,类型为1P1960GL / SD / 100nm。膜有效面积:0.36m2。滤水器滤芯:ABU0.07P / 1.0um。物料预过滤布袋除尘器:MO200 / 200um。洗涤水:软化水。化学清洗剂:分析纯氢氧化钠,分析纯次氯酸钠。 1.2益生菌培养液发酵发酵,湿重2.8%-3.5%(w / w),pH 3.8-414,细菌细胞数gt,4×108cfu / mL。 1.3实验方法1.3.1活菌计数法MRS培养基,平板计数法。 1.3.2确定过滤通量和膜压力之间关系的方法在指定速度下,保持物料液体的温度恒定,打开回流阀,关闭过滤阀,并使物料液体在系统中循环。当系统稳定时,缓慢打开过滤阀,将渗透液和回流液返回至供料罐,将初始膜压力调节至指定压力,每运行30分钟将膜压力增加0.3 bar,记录过滤流量直到过滤通过为止的膜压力值。直到膜的压力不再随膜压力变化而变化为止。 1.3.3确定过滤通量和浓度倍数之间关系的方法使其他参数保持不变,并使益生菌培养液在系统中循环。系统稳定后,缓慢打开过滤器端阀,并调节进料泵,以使膜压力恒定在过滤值。过滤和浓缩时,请始终将循环罐中的液体量保持在50L左右。当过滤通量下降到一定量时,停止向循环罐中添加物料,直到浓缩和过滤结束。在过滤浓缩过程中,每过滤20 L的原料液,记录过滤通量和滤液体积,计算浓缩倍数,并绘制出过滤通量和浓缩倍数之间的关系曲线。 2结果与分析2.1膜过滤对细菌活性的影响2.1.1切向流速对细菌活性的影响在2m / s,3m / s,4m / s和5m / s的切向流速下循环30分钟以上原料,回流液体样品收集样品以检测活细菌的数量,同时收集与对照同时留存的样品。在实验过程中,关闭了陶瓷膜过滤器末端的阀门,材料的温度始终控制在23至25°C之间。实验结果如表1所示。表1中的结果表明,在不同的切向流速下,活细菌处于相同的数量级,这表明切向流速的剪切作用对细菌的活性影响很小。 2.1.2原料循环时间对细菌活性的影响原料在系统中循环,滤液返回原料罐。在循环过程中,定期取样以检测活细菌的数量。原料在系统中连续循环7小时。实验结果示于表2。从表2的数据可以看出,系统中原料循环的时间对活菌数没有显着影响。在膜过滤系统中,影响细菌活性的主要因素是泵的剪切力,膜管的剪切力,设备的内表面摩擦力以及入口和出口之间的压差。原料在系统中循环的时间越长,这些因素对细菌的影响越大,对细菌的损害越大。 7h循环测试表明,陶瓷膜过滤系统对细菌活性的影响较小。 2.2操作参数对膜过滤的影响2.2.1膜压力对过滤通量的影响恒定的过滤温度为23至25°C,切向流速为5m / s。系统稳定后,调节膜压力并记录过滤通量。和膜压。过滤通量和膜压力之间的关系如图1所示。从图1可以看出,当膜压力低于0.75 bar时,膜塔的过滤通量会随着膜压力的增加而增加。当膜压力高于0.75 bar时,过滤通量随膜压力而增加。下降。实验表明,当过滤压力增加到一定值后,膜的结垢趋势增加,导致过滤通量下降。 2.2.2浓缩倍数与过滤通量的关系:以170L的原料进行过滤和浓缩,原料的湿重为3%(w / w),原料的pH为4133〜4135,过滤温度为23〜25 ℃,切向流量为5m / s。膜压力恒定在0.75 bar的确定值。在过滤和浓缩过程中,每过滤20 L的原料液,记录过滤通量和过滤液的体积,并计算原料的浓缩时间。浓缩系数与过滤通量之间的关系如图2所示。从图2可以看出,过滤是在23至25°C的温度,切向流速为5 m / s且压力恒定的条件下进行的。 0.75巴随着浓度因子的增加,过滤通量迅速下降,然后趋于稳定。造成这种现象的原因是发酵液中存在大量的细胞碎片,蛋白质和糖。高分子物质和胶体物质被截留在膜的表面以形成凝胶层,从而导致过滤膜的污染并迅速降低过滤通量。 。 2.2.3膜过滤和浓缩的影响过滤器在23至25°C,切向流速为5 m / s,恒压为0.75 bar的条件下进行过滤。采样原料液,浓缩液的5倍和渗透液以进行活菌计数。 ,OD値和pH値检测,同时收集留在发酵罐中的原料作为对照,记录膜浓缩前后物料液体的特性,并检查陶瓷膜对膜的拦截效率菌。结果如表3所示。由表3的实验数据可知,100nm陶瓷膜的截留效率为细菌达到99%以上。 2.3陶瓷膜清洁选择几种化学清洁剂清洁被污染的滤膜,确定清洁后清洁水通量的值,并检查膜通量的回收率。通过实验确定陶瓷膜的清洁方法:在60°C的水中洗涤系统。关闭过滤阀,并用2%氢氧化钠和0.5%次氯酸钠的混合溶液循环清洁40分钟。打开过滤阀,继续使混合物循环20分钟,最后用水冲洗至中性。通过采用这种清洁方法,可以将膜的回收率稳定在原始清洁水通量的90%以上,并且可以有效地去除膜表面的污染物。 3结论1)采用100nm精密Membralox陶瓷膜对益生菌培养液进行过滤和浓缩,可以有效截获细菌细胞,且过滤过程对细菌细胞的活性影响很小。 2)在工作温度为23至25°C,切向流量为5 m / s,膜压力为0.75 bar的条件下过滤和浓缩益生菌培养液可以增加浓缩因子。 3)使用以下清洁方法恢复陶瓷膜的水通量