据上海生物发酵展微信公众平台2019年6月27日讯 发酵工业是关系国计民生的重要部分。发酵工业是一种以高科技含量为特征的新型工业，它是以含淀粉或糖类的农副产品为原料，利用现代生物技术对农产品进行深加工、生产高附加值产品的产业，发酵液指的是液体培养基接入微生物菌种，经过一段时间的培养后，微生物利用培养基中的营养成分，合成菌体及分泌产物，这种微生物代谢后的液体叫发酵液。发酵液中包含目标产物、菌体菌丝、蛋白、残糖、色素、无机盐及其它培养基残留物等等。想要得到目标产物就必须从发酵液中把目标产物提取出来，再经过提纯得到目标产品。膜分离技术的逐步应用，丰富了加工手段、提升了加工品品质、降低了能耗、减少了排放，为发酵工业带来了技术上的一次革命。
随着提取设备的不断创新升级，对发酵液的处理逐步应用了传统意义的板框压滤机、转鼓过滤机、离心分离机和硅藻土过滤机。相对于最早的直接吸附和自然沉降后再吸附，这些传统的分离方法有着非常明显的优势，提高了产品的收率和品质、缩短了工艺时间、降低了运行费用、也减小了对环境的污染。但这些传统的分离方法只能将发酵液中的菌体菌丝、大的悬浮物等固体杂质予以粗分离，无法将发酵液中大量存在的大分子蛋白、杂糖、色素等杂质去除。从而对后续工艺离交、溶媒萃取、脱色、结晶和蒸发浓缩等负荷仍不小，特别是相较于国外产品来说仍然存在收率低、成本高、废水量大和产品质量低的问题。随着20世纪末湖南恒辉膜科技有限公司引进国外先进的无机陶瓷膜分离技术以及近年来国内无机陶瓷膜产业的发展，将无机陶瓷膜分离技术应用在发酵行业发酵液的处理上，取得了非常好的效果，也能有效解决上述问题。
膜分离技术是用筛分原理，对均相或非均相体系进行选择性分离的一种当今世界最先进的分离操作单元技术。它可根据所分离物质的分子量大小或被分离物质的颗粒大小分为微滤、超滤、纳滤和反渗透等不同的技术，可选择性分离从微米级、亚微米级直到分子、离子和原子级的不同物质。根据不同的需要达到灭菌、分离、净化或浓缩等目的。膜分离与传统过滤方式不同在于，膜可以在分子范围内进行分离，并且为纯物理过程，无相变也不需添加任何药剂，无二次污染，能耗低，运行成本低，系统设备成套化，易于操作和实现自动化运行。
无机陶瓷膜支撑体是以无机材料高温烧结而成的，通过溶胶－凝胶的方法在支撑体上梯状镀上5～10μm膜层，膜层材质主要为Al2O3、ZrO2或TiO2。采用与传统“死端过滤”“滤饼过滤”等过滤方式截然不同的动态“错流过滤”方式：即在压力驱动下，原料液在膜管内侧膜层表面以一定的流速高速流动，小分子物质（液体）沿与之垂直方向透过微孔膜，大分子物质（或固体颗粒）被膜截留，使流体达到分离浓缩和纯化的目的。
恒辉膜公司的陶瓷膜具有与众不同的抗污染结构，因而杂质截留率高，膜通量高，运行周期长，而且清洗方便，通量恢复彻底，并且清洗费用低。膜分离技术的关键点不仅体现在膜元件上，还体现在膜装置的集成化技术上，更体现在膜应用技术和运行经验上。因为膜分离技术的最大劣势是膜过滤运行中的膜污染问题。科学合理解决好膜污染，实践性很强，需要方法得当。而膜应用技术是一项全新的技术，具有开拓性、单一化性和实践性等特点，需在实践中根据不同的料液性质、运行工况、过滤目的物等优化设计和运行操作参数、优化对膜材料及元器件的选型。二十年来，恒辉膜公司在项目应用前期试验研发中狠下功夫和投入成本，解决一个个的难题，并不断摸索、不断总结、不断积累经验，达到在工程项目中有的放矢，工艺流程简单，便于操作；根据用户需求，装置可实现全自动控制，发挥出高效能。
与此同时，随着膜分离技术的发展，陶瓷膜和有机膜分离集成技术，毫无疑问地成为可替代传统发酵工业的过滤工艺如板框、转鼓、离心机、絮凝沉淀、结晶等。膜分离技术的日渐成熟，在应对粘稠的发酵液上优势渐渐明显，在去除发酵液的菌丝体、大颗粒悬浮物等实现粗分离的同时，同时可有效去除其中大量存在的可溶性蛋白、杂糖、色素等小分子杂质，实现精细分离；同时辅以连续离交、色谱等工艺，实现目标产品的进一步分离与纯化，从而得到更加优质的目标产物。将过去传统的发酵分离工艺简单化，进而提高了产品的品质和效益。
酵液采用传统过滤分离方法和膜分离法对比如表1所示，由表1可知，菌丝去除率和运行稳定性等指标膜分离方法都明显优于传统的过滤方法，采用膜过滤生物发酵液具有传统板框压滤、鼓式真空过滤、离心分离等传统方法无可比拟的优点：
★滤液品质高、收率高，减轻了后序提纯负荷；常温进行，条件温和无成分破坏，特别适宜对热敏感的物质；
★过滤精度高，孔径分布均匀，可实现发酵液有效成分的纯化和浓缩；
★系统清洁生产，劳动力成本低；
★不需添加任何化学助滤剂，不带入二次污染；
★设备占地面积小，自动运行、系统操作简单、流程短、易清洗和维护；
★系统模块化设计，滤材更换方便，设计在线再生清洗和排污装置，降低劳动强度和生产成本，提高生产效率；
★同时优秀的膜分离技术使得发酵液过滤更好，更澄清，对于后续的溶媒萃取、脱色、结晶、蒸发等后续精制工艺极大的减小负荷，减少废水排放，降低生产能耗、提升产品质量等。
【实例】肌苷发酵液处理传统工艺和新工艺对比
1）传统工艺中发酵液使用的是传统方法除杂，由于除杂效果不是很好，后续使用大孔树脂进行吸附后再洗脱，树脂的再生成本很高而且会产生大量的废水。洗脱后采用的是蒸发浓缩，所以蒸发能耗成本也很高。除杂效果不理想而且还影响后续工艺活性碳用量和脱色效果，从而最终影响产品的收率和品质。就会形成高成本高污染条件下生产低品质的产品。
2）而现在的新工艺也就当今最先进的双膜工艺（即无机陶瓷膜超滤+有机膜纳滤浓缩工艺），由于无机陶瓷膜超滤除杂效果很好，膜浓缩倍数高并适当加水透析提高收率。后续工艺又省去了高成本高污染的树脂工艺，直接用有机膜纳浓缩，降低了蒸发浓缩的能耗成本。无机陶瓷膜超滤除杂效果很好同时也减少了后续活性碳的用量，最终提高产品品质。
恒辉膜分离技术在发酵液领域主要工程应用实例
☆氨基酸类：赖氨酸、谷氨酸、苏氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、色氨酸、亮氨酸、缬氨酸、胱氨酸、丝氨酸等
☆有机酸类：柠檬酸、衣康酸、L－乳酸、二元酸等
☆抗生素类：红霉素、头孢菌素、阿维菌素、万古霉素、硫酸粘杆菌素、硫酸链霉素、观霉素、林可霉素、安普霉素、青霉素、金霉素等
☆酶制剂类：蛋白酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、木瓜酶、酰胺酶、凝乳酶、植酸酶等
☆糖类：果葡萄糖、结晶果糖、淀粉糖等
☆维生素类：维生素C、维生素B2、维生素B12等
☆核苷酸类：肌苷、鸟苷、核苷酸、CTP、腺苷、胞苷酸等
☆食品行业：啤酒、葡萄酒、酱油生抽、酵母、醋类、乳制品等
☆化工行业：生物柴油、丙二醇、甘油等
☆农业领域：生物肥料等
发酵领域部分应用实景图（设备由恒辉膜公司提供）
