年产65438万吨以上糖化酶的工业提取工艺
精制液体糖化酶的开发
曾新民刘璋钟敏
根据糖化酶发酵成熟醪转化率高的特点，对生产液体酶的絮凝剂和絮凝方法进行了筛选和研究，形成了适合工业化生产的独特絮凝工艺。采用先进的板框预涂工艺和超滤膜浓缩分离技术，高效回收产品。单罐回收率达到80%，综合平均回收率达到75%以上，比传统盐析工艺提高7个百分点。
糖化酶；絮凝回收率
通常，在发酵工业中，人们往往注重提高菌种的发酵活性而忽视提高产品的回收率，结果是产量高而收成不好。本研究采用独特的絮凝工艺，通过板框预涂和超滤膜浓缩生产精制液体糖化酶，提高了产品质量等级(从工业级到食品级)，减少了滤液对环境的污染。与传统盐析工艺相比，平均回收率提高了7%，综合平均回收率达75%以上。产品各项技术指标完全符合QB1805.2-93《工业糖化酶制剂》标准，3个月内酶活保存率大于95%。
1材料和设备
(1)絮凝剂:APAM、苯甲酸钠、硅藻土、硫酸锌、黄血盐等。
(2)防腐剂:醋酸钙、青霉素、山梨酸钾、苯甲酸钠等。
(3)絮凝池:V=20 m3，转速:50 ~ 70 r/min。
(4)聚丙烯板框压滤机:60 m2。
(5)滤布清洗机。
(6)预涂槽:V=3 m3，转速:80 r/min。
(7)进口UF809卷式膜超滤机。
(8)储罐:V=20 m3。
(9)成品处理罐:V=3 m3，转速:50 r/min。
精制浓缩液体糖化酶提取工艺的研究
2.1工艺路线确定
这个过程的核心是浓缩方法的选择和絮凝工艺的确定。目前国内同类产品有两种浓缩方式。一种是依靠热源蒸发产品中的水分；另一种是用渗透膜超滤除去产品中的水分。比较以上两种方法，前者设备投资大，能耗大；后者具有投资少、能耗低、操作简单、清洗方便、维护和更换费用低、产品收率高等优点。因此，我们选择了先进的渗透膜超滤浓缩方法。絮凝过程是萃取过程中最关键的一步，它直接决定了板框过滤的工作和产品的质量。近年来，絮凝技术的研究主要集中在絮凝剂的选择上。根据实际情况，我们选择了几乎不含无机金属离子的絮凝剂和高效的过滤方法。
2.2工艺流程
酶发酵液→絮凝→板框压滤→过滤。
↓ ↓
滤饼超滤浓缩
↓ ↓
干燥后作为填料或饲料进行防腐和标准化处理。
↓
最后结果
2.3酶发酵液的质量
酶发酵液的质量直接决定了产品的质量和产量。我们制定的发酵液质量指标见表1。
表1酶发酵液质量指标
显微镜检查项目显示酶活性的pH DE值(U/mL)。
显微镜检查指标正常。
无杂菌> 2.5× 104 4.2 ~ 4.6 < 10
对个别批次发酵液达不到上述要求的，全部改为生产固体粉末。
2.4絮凝过程的研究
絮凝过程是精制浓缩液体糖化酶生产中最关键的步骤。如果絮凝效果不好，会导致处理时间长，增加细菌污染的可能性。
采用絮凝工艺对发酵液进行预处理，可以去除发酵液中的细菌和其他不溶性颗粒，从而大大提高发酵液的过滤性和澄清度。絮凝的机理有以下解释:
絮凝剂(1)中和悬浮颗粒表面的电荷(细菌细胞表面也存在羧基和氨基，所以带电荷)，最终导致这些颗粒的絮凝。
(2)絮凝剂的包埋或吸附是机械吸附包埋细菌等不溶性颗粒。
2.4.1小规模絮凝对比试验
取100 ml样品按以下絮凝方法进行絮凝，然后用内衬漏斗的滤纸在常压下过滤。
方法1:取原样品，直接用滤纸过滤。
方法二:加入1/3水，1%麸皮，2%硅藻土。
方法三:加水1/3和适量APAM。
方法四:加入30% ~ 40%的水、膨润土、硅藻土、苯甲酸钠和APAM。
方法五:加入1/3水和1%锯末，依次加入适量硫酸锌、黄血盐和APAM。结果如表2所示。
从表2可以看出，方法4和方法5是最理想的絮凝方法，滤液清澈透明，过滤速度快，滤饼水分少，可以应用于大规模生产。方法4更符合食品卫生标准。方法1，2，3都不同程度的存在问题，应该淘汰。
表2絮凝法测试结果
方法对过滤速度(s/10滴)结果进行分析。
1 40深红棕色半透明滤饼挤压前未分离，成糊状。难以过滤，不采用此方法。
2 14淡黄色亮度不够，挤压前滤饼变松，分离良好。用纱布挤压滤饼，滤饼变成块状，容易挤出来，水分很少。容易过滤，加快过滤速度后可以采用这种方法。
淡黄色清液透明不挤出前滤纸上无糊，外观分离程度不如方法2。用纱布挤压滤饼，较硬，含有大量水分，滤饼变成软团。过滤效果好，但滤饼难挤出，不松散，滤饼水分多。
4-6浅黄色澄清液体透明滤饼在挤出前变得松散并很好地分离。用纱布挤压滤饼，滤饼变成块状，容易挤出来，水分很少。应该采用更好的过滤方法。
5 7淡黄色澄清液体澄清透明，同4。
应该采用更好的过滤方法。
2.4.2工业生产
在小试的基础上，我们采用四种方法对四批发酵液(按6m3发酵液用量计算)进行了工业絮凝过滤处理。
方法1:发酵液不经任何处理直接过滤。
方法二:加入1%锯末和2%硅藻土，过滤。
方法三:加入1/3纯净水和1%锯末，然后依次加入适量硫酸锌、黄血盐和APAM，过滤。
方法四:加入1/3纯净水、1%硅藻土、适量膨润土、苯甲酸钠和APAM。加入絮凝剂，搅拌30分钟(转速50 ~ 80 r/min)，过滤。结果如表3所示。
从表3可以看出，方法1和方法2处理时间长，滤液不如后两种清澈，滤饼含水量高。方法3和方法4的处理效果基本相同，但考虑到方法3的滤液中含有黄血盐等。
表3絮凝法工业试验结果
项目方法1
9602018批次方法2
9602007批次方法3
9603001批次方法4
9602025批次
释放can的酶活(U/mL)为28 466 30 428 29 265 438+04 29 065 438+08。
絮凝后，直接观察到它是稀的，有点粘，有粗颗粒和明显的絮状物，如方法3。
过滤时间(小时)22 16 6 5
滤液的酶活性(u/ml) 22 772 23 646 24 540 24 566
滤饼的酶活性(u/g) 7 759 6 432 5 648 5 489
滤饼水分(%) 62 58 53 52
滤液的颜色为棕红色、亮棕红色、亮浅棕红色和亮浅棕红色。
滤液体积(m3) 5.2 6.2 5.7 5.7
成品体积(m3)为1.001.101.21.1.20。
成品酶活(U/mL)为104 170 106 437 105 448 104 766。
成品感官鉴定为棕色、粘棕色、微粘棕色、微粘棕色、微粘棕色。
化合物可能会影响成品的质量，所以我们选择方法4进行生产。
在絮凝处理的实验研究和工艺运行中，我们的经验是:
(1)絮凝剂的使用效果与多种因素有关，其中最重要的是絮凝剂的浓度、搅拌速度和搅拌时间。
(2)当絮凝剂用量从零开始增加时，絮凝的悬浮颗粒量相应增加，但超过一定浓度后，絮凝颗粒又重新分散。因此，有必要通过实验来确定絮凝剂的最佳添加量。
(3)加入的絮凝剂与悬浮液中的颗粒接触是絮凝的先决条件，所以需要搅拌。但产生的絮体非常脆弱，过度搅拌会使絮体破碎的倾向大于絮体形成的倾向，所以要控制好搅拌速度和时间。根据实际生产情况，采用搅拌30 min，转速50 ~ 80 r/min的操作，取得了良好的絮凝效果。
2.5板框过滤工艺的工艺操作
液体酶的生产需要滤液，因此滤液的浊度直接影响液体酶的质量和超滤设备的使用。刚开始投料时，因为滤布比较干净，所以要靠罐内的压差自然投料。如果开始时给料加压，滤液会浑浊。一段时间后，当滤液清澈且过滤速度恒定时，缓慢加压进料。这里特别强调的是，板框接收池的排水口要有一个装置，使浊液回流到絮凝池。一旦发现滤液浑浊，可及时退回。每批过滤后，滤布都要清洗干净，摆放整齐，以备下次使用。
板框过滤后的滤饼由各厂家根据实际情况进行处理。因为我们厂也生产固体酶，在它的生产过程中，有些填料需要标准化，所以我们把滤饼烘干，做成填料。干品中有2万多个单位的酶活性，所以这种处理是比较理想的。
2.6超滤浓缩工艺研究
超滤是一种压力膜过滤方法，其工作原理是在一定压力下，将大的溶质分子保持在膜的一侧(原液中)；而小的溶质分子渗透到膜的另一侧，从而达到分离、纯化和浓缩产品的目的。超滤适用于生物大分子(如糖化酶和α-淀粉酶)发酵产物的提取、纯化和浓缩。该工艺成本低，操作方便，条件温和，酶活保持性好，产品回收率高。
我们选用进口UF809卷式超滤膜，根据产品质量和工艺要求，以每组3台，3台并联的形式安装超滤机。超滤器入口压力约为4×9.8×104 Pa，出口压力约为2 ~ 4× 9.8× 104 Pa，进出口压差约为1×9.8×104 Pa。工作温度低于40℃。酶溶液的浓缩倍数视需要而定，一般为4 ~ 5倍左右。在运行过程中，定期测量超滤液的流速和酶活性，以确认超滤器是否正常运行。超滤浓缩的结果如表4所示。
表4超滤浓度统计结果
批评
1号发酵液
酶活性
发酵(单位/毫升)
液体体积
滤液(立方米)
卷
超滤(立方米)
时间
(h)超滤、浓缩和收缩果实。
发酵液体
屈服系数
(%)
成品酶
活力
成品(单位/毫升)
卷
浓度(立方米)
多个的
浓度
多个的
酶活性
屈服系数
(%)
9507-01 29 871 8 5.8 2.5 120 301 1.54 3.76 4.00 98 77.5
9507-02 27 232 8 6.0 2.3 110 380 1.50 4.00 4.05 97 76.0
9503-04 28 431 8 6.1 2.2 115 182 1.56 3.80 4.05 97 79.0
9508-10 30 781 8 5.5 2.0 123 124 1.60 3.44 4.00 98 80.0
9509-07 31 232 8 6.0 2.1 128 429 1.50 4.00 4.10 99 77.0
9509-09 30 231 8 5.9 2.0 111 718 1.60 3.70 3.75 98 75.0
从表4可以看出，处理8t清液大约需要2.3 h，浓缩酶的总收率在75%以上。
2.7精制浓缩液酶保存实验
将浓缩酶(654.38+100，000 u/ml)在室温下储存3个月后，测定酶活性的存活率。结果如表5所示。
表5精制浓缩液酶保存实验
防腐剂添加量(%)残留酶活性(%)
一个星期不加，会发霉，有臭味。
醋酸钙0.1，青霉素1.8万单位/m3 97。
0.2的苯甲酸钠和65438的青霉素+80万单位/m3 96。
苯甲酸钠0.2，山梨酸钾0.1.98。
从表5可以看出，三个月酶活保存率高于95%。山梨酸钾和苯甲酸钠组成的防腐剂，酶活存活率达98%，是上述三种防腐剂中最理想的，适合工业化生产。
作者:曾新民张三门峡发酵厂，卢氏，472200。
刘河南省科学院生物研究所，郑州，450008。
参考
[1]张淑铮编辑。酶制剂行业。北京:科学出版社，1984
[2]曹又声和刘。现代工业微生物学。长沙:湖南科学技术出版社，1998。