超濾膜過濾在味精母液處理工藝中的應(yīng)用

(山東阜豐生物科技有限公司，山東 臨沂 276600)

味精是一種深受大家認(rèn)可的調(diào)味品，隨著大家對(duì)味精認(rèn)可程度的上升，對(duì)其品質(zhì)的要求也越來越挑剔[1-2]，傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝[3-4]隨著工藝鏈的進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量會(huì)逐步降低，特別是用味精母液生產(chǎn)的產(chǎn)品會(huì)略帶有黃色、呈大小頭狀[5]，在運(yùn)輸過程中會(huì)產(chǎn)生碎晶，要想減少低質(zhì)量的味精產(chǎn)品，需從源頭來解決，超濾膜過濾技術(shù)是一種物理分離技術(shù)，在各行各業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用[6-11]，將超濾膜過濾技術(shù)運(yùn)用到味精的提取工藝上[12]，利用超濾膜膜濾芯的小孔徑將母液中的雜質(zhì)分離出來，可達(dá)到凈化母液的效果。筆者分別從傳統(tǒng)工藝和使用超濾膜過濾技術(shù)的工藝流程差異比對(duì)和選擇合適的超濾膜膜濾芯方面進(jìn)行論述，為味精生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供依據(jù)。

1 傳統(tǒng)味精工藝路線與應(yīng)用超濾膜過濾新工藝的對(duì)比

年產(chǎn)10萬噸的味精生產(chǎn)企業(yè)，每日產(chǎn)約15～20 t質(zhì)量略差的二母味精產(chǎn)品，同時(shí)會(huì)出25～35 m3味精老母液，部分企業(yè)為減少二母味精的產(chǎn)量會(huì)將二母料液回?fù)降街泻鸵?，造成中和液整體質(zhì)量下降。為解決上述問題，可改進(jìn)味精生產(chǎn)工藝，以期既能保證味精質(zhì)量穩(wěn)定，又不再生產(chǎn)二母味精和老母液。

超濾膜過濾技術(shù)是通過膜表面的微孔對(duì)物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離，膜孔徑為1～100 nm。其作用原理[13-14]是在外力的作用下，被分離的溶液按照一定的流速沿著超濾膜表面流動(dòng)，溶液中的溶劑和低分子量物質(zhì)、無機(jī)離子，從高壓側(cè)透過超濾膜進(jìn)入低壓側(cè)，并作為濾液排出，而溶液中的高分子物質(zhì)、膠體微粒及微生物則被超濾膜截留，從而達(dá)到溶液分離、分級(jí)、純化、濃縮的目的。

將超濾膜技術(shù)應(yīng)用到味精提取工藝，可將母液中的雜質(zhì)從料液中提前分離出來，避免了雜質(zhì)在味精結(jié)晶過程中對(duì)味精含量及晶型的不利影響，傳統(tǒng)味精工藝路線與應(yīng)用超濾膜過濾技術(shù)的新工藝分別如圖1,2所示。

圖1 常規(guī)味精生產(chǎn)工藝Fig.1 Conventional monosodium glutamate production process

圖2 應(yīng)用超濾膜過濾技術(shù)生產(chǎn)味精的新工藝Fig.2 A new process of producing monosodium glutamate by ultrafiltration membrane filtration

由圖1可知：常規(guī)的味精生產(chǎn)工藝是將味精中和液經(jīng)過粉碳、炭柱脫色后去結(jié)晶、離心、烘干產(chǎn)出成品味精，離心產(chǎn)出的母液稱為一母料液，部分一母料液回?fù)街泻鸵?，其余的一母料液再脫色、結(jié)晶、離心、烘干產(chǎn)出一母味精，離心產(chǎn)出的母液為稱為二母料液，部分二母料液回?fù)街泻鸵?，其余的二母料液再脫色、結(jié)晶、離心、烘干產(chǎn)出二母味精，離心產(chǎn)出的母液為稱為老母液，外排，用硫酸水解，回用于麩酸等電提取。

由圖2可知：新工藝是味精中和液經(jīng)粉碳、炭柱脫色后，結(jié)晶、離心、烘干產(chǎn)出成品味精，離心產(chǎn)出的母液稱為一母料液，部分一母料液回?fù)街泻鸵?，剩余料液再?jīng)粉碳、炭柱脫色后，經(jīng)超濾膜過濾，濾液經(jīng)過結(jié)晶、離心處理后產(chǎn)生的母液回?fù)街烈荒噶弦海み^濾濃縮液經(jīng)過硫酸水解后用于麩酸等電提取。

常規(guī)工藝在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生不同的母液，依次生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量逐漸降低；超濾膜過濾新工藝工藝鏈，料液規(guī)格少、質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量便于把控，且整個(gè)生產(chǎn)工藝鏈?zhǔn)窃诠に囘^程中進(jìn)行排雜，減少了物料中雜質(zhì)對(duì)產(chǎn)品的影響。

2 用于過濾味精母液的超濾膜濾芯的篩選實(shí)驗(yàn)

先進(jìn)的生產(chǎn)工藝需要有合適的生產(chǎn)設(shè)備來支撐，選擇合適的膜濾芯是超濾膜新工藝實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵點(diǎn)。為選擇適用于味精過濾的膜濾芯，本公司與綠潤(rùn)膜過濾科技有限公司合作，經(jīng)過多次試驗(yàn)，篩選出合適的膜濾芯，主要的實(shí)驗(yàn)情況如下。

2.1 材 料

味精一母料液；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的氫氧化鈉溶液。

2.2 儀器設(shè)備

722分光光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；小試膜設(shè)備，綠潤(rùn)膜過濾科技有限公司；超濾膜膜濾芯，綠潤(rùn)膜過濾科技有限公司；自動(dòng)旋光儀，上海精密科學(xué)儀器有限公司；玻璃溫度計(jì)，市售。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)味精分子量大小，膜廠家提供的膜濾芯以分子量來定義的膜孔徑，以下實(shí)驗(yàn)過程統(tǒng)一用分子量來定義膜濾芯孔徑，膜濾芯的過濾面積為1 m2，因不同膜濾芯材質(zhì)不同，孔徑大小不同，為達(dá)到相同的膜通量，膜設(shè)備的操作壓力也有所不同。選用膜濾芯的編號(hào)和性能參數(shù)如表1所示。

表1 膜性能參數(shù)表Table 1 Superfiltration membrane performance parameter table

2.3.1 具體步驟

1) 開啟小試超濾膜過濾實(shí)驗(yàn)設(shè)備，加入一母原液，調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，設(shè)備正常運(yùn)行，收集濾液，待原液濃縮20倍后結(jié)束，分別檢測(cè)原液、濾液和濃縮液的透光度以及原液、濃縮液的谷氨酸鈉含量。

2) 濃縮液中添加5倍水稀釋，開啟超濾膜過濾實(shí)驗(yàn)設(shè)備，調(diào)整設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，收集濾液，濃縮5倍后結(jié)束過濾，分別檢測(cè)原液、濾液和濃縮液的透光度，原液、濃縮液的谷氨酸鈉含量。

3) 料液過濾完畢后，膜濾芯的清洗步驟是直接用清水沖洗0.5 h，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的氫氧化鈉溶液洗0.5 h。

2.3.2 檢測(cè)方法

1) 谷氨酸鈉透光的檢測(cè)

采用722分光光度計(jì)430 nm波長(zhǎng)條件下檢測(cè)透光度。

2) 谷氨酸鈉含量的檢測(cè)

按照谷氨酸鈉(味精GB/T 8967—2007)法進(jìn)行檢測(cè)。

2.4 結(jié)果與分析

1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)膜濾芯的運(yùn)行、物料參數(shù)和清洗通量數(shù)據(jù)如表2～7所示，料液透光度提升幅度比較如圖3所示。

表2 1號(hào)膜濾芯運(yùn)行參數(shù)及物料參數(shù)表Table 1 Operation parameter and material parameter table of NO.1 membrane filter core

表3 1號(hào)膜濾芯清洗通量數(shù)據(jù)表Table 3 No.1 membrane filter core cleaning flux data table

① 恢復(fù)比例=質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的氫氧化鈉溶液洗后通量/原始通量。

表4 2號(hào)膜濾芯運(yùn)行參數(shù)及物料參數(shù)表Table 4 Operation parameter and material parameter table of No.2 membrane filter core

表5 2號(hào)膜濾芯清洗通量數(shù)據(jù)表Table 5 No.2 membrane filter core cleaning flux data table

表6 3號(hào)膜濾芯運(yùn)行參數(shù)及物料參數(shù)表Table 6 Operation parameter and material parameter table of No.3 membrane filter core

表7 3號(hào)膜濾芯清洗通量數(shù)據(jù)表Table 7 No.3 membrane filter core cleaning flux data table

圖3 料液透光度提升幅度比較圖Fig.3 Comparison of improvement of liquid light intensity

由表2～7和圖3可知：1號(hào)、2號(hào)膜濾芯提升料液的透光度幅度大于15%，3號(hào)膜濾芯提升透光度的幅度僅10%左右，1號(hào)膜濾芯的運(yùn)行壓力在2.9～3.51 MPa，2號(hào)、3號(hào)膜濾芯的運(yùn)行壓力僅1.8 MPa。一母原液經(jīng)超濾膜過濾，膜濾芯的孔徑越大，料液透過膜濾芯的雜質(zhì)越多，濾液的透光度越低，膜濾芯的除雜效果越差，所以3號(hào)膜濾芯提高透光度的效果差，膜濾芯的孔徑越小，要達(dá)到膜平均通量變化幅度小的效果，需要的運(yùn)行動(dòng)力大，1號(hào)膜濾芯運(yùn)行需要的動(dòng)力大。綜上所述，2號(hào)膜濾芯是本實(shí)驗(yàn)可選的最佳膜濾芯。3支膜濾芯清洗后的通量都能恢復(fù)95%以上，不會(huì)產(chǎn)生膜通量無法恢復(fù)的問題。3 000分子量的超濾膜濾芯能實(shí)現(xiàn)一母料液的除雜效果，經(jīng)超濾膜過濾后的味精一母料液透光至少提升15%，透光度達(dá)到84%以上。

將2號(hào)膜過濾的濾液用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀結(jié)晶后，用離心機(jī)離心、烘箱烘干得到味精成品，對(duì)離心后的母液進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表8所示。

表8 2號(hào)膜過濾的濾液結(jié)晶、離心后所得母液參數(shù)表Table 8 Parameters of mother liquor obtained after crystallization and centrifugation of filtrate filtered by No.2 membrane

由表8可知：一母料液的透光度在70%左右，用超濾膜過濾后的濾液精制味精所得母液的透光度≥76%，透光度遠(yuǎn)高于一母料液的透光度。

3 結(jié) 論

將超濾膜過濾技術(shù)應(yīng)用到味精提取過程，調(diào)整生產(chǎn)工藝后，可以避免生產(chǎn)二母味精和老母液，調(diào)整后的工藝選用3 000分子量孔徑的膜濾芯過濾味精一母料液，提升料液的透光度達(dá)15%，膜過濾濾液的透光度達(dá)到84%以上，濾液結(jié)晶、離心后的母液透光度≥75%，一母料液透光度僅在70%左右，膜過濾濾液與一母料液混合后，能提升一母料液的整體透光，3 000分子量孔徑的膜濾芯在味精提取過程中的使用實(shí)現(xiàn)了超濾膜過濾技術(shù)在味精生產(chǎn)中的應(yīng)用。