Proceso de extracción industrial de glucoamilasa con una producción anual de más de 654,38 millones de toneladas

Desarrollo de glucoamilasa líquida refinada

Zeng Xinmin Liu Zhang Zhongmin

Fermentación y maduración a base de glucoamilasa. Debido a la alta tasa de conversión del macerado, se seleccionaron y estudiaron floculantes y métodos de floculación para producir enzimas líquidas, formando un proceso de floculación único adecuado para la producción industrial. Se utiliza tecnología avanzada de prerrecubrimiento de placas y marcos y tecnología de concentración y separación de membranas de ultrafiltración para recuperar productos de manera eficiente. La tasa de recuperación de un solo tanque alcanza el 80% y la tasa de recuperación promedio integral alcanza más del 75%, que es 7 puntos porcentuales más que el proceso tradicional de salazón.

Enzima sacarificante; tasa de recuperación de la floculación

Por lo general, en la industria de la fermentación, las personas tienden a centrarse en mejorar la actividad de fermentación de las cepas pero ignoran mejorar la tasa de recuperación del producto. El alto rendimiento y la mala cosecha no son buenos. Este estudio utiliza un proceso de floculación único para producir glucoamilasa líquida refinada a través de un prerrecubrimiento de placa y marco y una concentración de membrana de ultrafiltración, lo que mejora el nivel de calidad del producto (desde grado industrial hasta grado alimenticio) y reduce la contaminación ambiental del filtrado. En comparación con el proceso tradicional de salazón, la tasa de recuperación promedio aumenta en un 7% y la tasa de recuperación promedio integral alcanza más del 75%. Todos los indicadores técnicos del producto cumplen plenamente con el estándar QB1805.2-93 "Preparaciones de enzimas de glicosilación industrial" y la tasa de conservación de la actividad enzimática en 3 meses es superior al 95%.

1 Materiales y Equipos

(1) Floculante: APAM, benzoato de sodio, tierra de diatomeas, sulfato de zinc, sal de sangre amarilla, etc.

(2) Conservantes: acetato de calcio, penicilina, sorbato de potasio, benzoato de sodio, etc.

(3) Tanque de floculación: V=20 m3, velocidad de rotación: 50 ~ 70 r/min.

(4) Filtro prensa de placa y marco de polipropileno: 60 m2.

(5) Máquina limpiadora de telas filtrantes.

(6) Tanque de prerrevestimiento: V=3 m3, velocidad de rotación: 80 r/min.

(7) Máquina de ultrafiltración de membrana en rollo UF809 importada.

(8) Tanque de almacenamiento: V=20 m3.

(9) Tanque de tratamiento de producto terminado: V=3 m3, velocidad de rotación: 50 r/min.

Investigación sobre el proceso de extracción de glucoamilasa líquida concentrada refinada

2.1 Determinación de la ruta del proceso

El núcleo de este proceso es la selección del método de concentración y el determinación del proceso de floculación. Actualmente, existen dos métodos de concentración para productos similares en China. Una es depender de una fuente de calor para evaporar la humedad del producto; la otra es utilizar ultrafiltración con membrana permeable para eliminar la humedad del producto. Comparando los dos métodos anteriores, el primero tiene una gran inversión en equipos y un alto consumo de energía; el segundo tiene las ventajas de baja inversión, bajo consumo de energía, operación simple, limpieza conveniente, bajos costos de mantenimiento y reemplazo y alto rendimiento del producto. Por lo tanto, elegimos el método avanzado de concentración de ultrafiltración por membrana permeable. El proceso de floculación es el paso más crítico en el proceso de extracción, que determina directamente el trabajo de filtración de placas y marcos y la calidad del producto. En los últimos años, la investigación sobre la tecnología de floculación se ha centrado principalmente en la selección de floculantes. Basándonos en la situación real, elegimos un floculante que casi no contiene iones metálicos inorgánicos y un método de filtración de alta eficiencia.

2.2 Flujo del proceso

Caldo de fermentación enzimática → floculación → filtro prensa de placas y marco → filtración.

↓ ↓

Ultrafiltración y concentración de cachaza

↓ ↓

Después del secado se utiliza como relleno o alimento para la conservación. y estandarización.

↓

Resultados finales

2.3 Calidad del caldo de fermentación enzimática

La calidad del caldo de fermentación enzimática determina directamente la calidad y el rendimiento de el producto. Los indicadores de calidad del caldo de fermentación que formulamos se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1 Indicadores de calidad del caldo de fermentación enzimática

Los elementos del examen microscópico muestran el valor de pH DE de la actividad enzimática (U/mL).

Los indicadores del examen microscópico fueron normales.

Sin bacterias extrañas> 2,5 × 104 4,2 ~ 4,6 < 10

Si los lotes individuales de caldo de fermentación no cumplen con los requisitos anteriores, todos los lotes de caldo de fermentación se convertirán en polvo sólido .

2.4 Investigación sobre el proceso de floculación

El proceso de floculación es el paso más crítico en la producción de glucoamilasa líquida concentrada refinada. Si el efecto de floculación no es bueno, el tiempo de procesamiento será prolongado y aumentará la posibilidad de contaminación bacteriana.

El proceso de floculación se utiliza para pretratar el caldo de fermentación, lo que puede eliminar bacterias y otras partículas insolubles en el caldo de fermentación, mejorando así en gran medida la filtración y claridad del caldo de fermentación.

El mecanismo de floculación se explica a continuación:

El floculante (1) neutraliza la carga en la superficie de las partículas suspendidas (los grupos carboxilo y amino también existen en la superficie de las células bacterianas, por lo que están cargados), lo que finalmente conduce a la floculación de estas partículas.

(2) La incrustación o adsorción de floculantes es la adsorción mecánica e incrustación de partículas insolubles como las bacterias.

2.4.1 Prueba comparativa de floculación a pequeña escala

Tomar 100 ml de muestra para floculación según el siguiente método de floculación y luego filtrarla con papel de filtro forrado con un embudo a presión normal. .

Método 1: Tomar la muestra original y filtrarla directamente con papel de filtro.

Método 2: Añade 1/3 de agua, 1% de salvado y 2% de tierra de diatomeas.

Método 3: Añadir 1/3 de agua y la cantidad adecuada de APAM.

Método 4: Añadir 30% ~ 40% de agua, bentonita, tierra de diatomeas, benzoato de sodio y APAM.

Método 5: Agregue 1/3 de agua y 1% de aserrín, luego agregue cantidades apropiadas de sulfato de zinc, sal de sangre amarilla y APAM en secuencia. Los resultados se muestran en la Tabla 2.

Como se puede ver en la Tabla 2, los métodos 4 y 5 son los métodos de floculación más ideales. El filtrado es claro y transparente, la velocidad de filtración es rápida y la torta de filtración contiene menos humedad, por lo que puede. aplicarse a la producción a gran escala. El método 4 se ajusta más a las normas de higiene alimentaria. Los métodos 1, 2 y 3 tienen problemas en distintos grados y deben eliminarse.

Tabla 2 Resultados de la prueba del método de floculación

El método analiza los resultados de la velocidad de filtración (s/10 gotas).

1 40 La torta de filtración translúcida de color marrón rojizo oscuro no se separa antes de la extrusión y se convierte en una pasta. Difícil de filtrar, no utilice este método.

2 14 El color amarillo claro no es lo suficientemente brillante. La torta de filtración se suelta antes de la extrusión y la separación es buena. Exprima la torta de filtración con una gasa. La torta de filtración se convertirá en un bloque, que es fácil de exprimir y tiene muy poca humedad. Es fácil de filtrar y este método se puede utilizar después de acelerar la filtración.

El líquido transparente de color amarillo claro es transparente y no hay pasta en el papel de filtro antes de la extrusión, y el grado de separación en apariencia no es tan bueno como el método 2. Utilice una gasa para exprimir la torta de filtración. Estará dura y contendrá mucha agua, y la torta de filtración se convertirá en una masa blanda. El efecto de filtración es bueno, pero la torta de filtración es difícil de exprimir, no se suelta y la torta de filtración tiene mucha agua.

4-6 La torta de filtración líquida transparente de color amarillo claro se suelta y se separa bien antes de la extrusión. Exprima la torta de filtración con una gasa. La torta de filtración se convertirá en un bloque, que es fácil de exprimir y tiene muy poca humedad. Se deben utilizar mejores métodos de filtrado.

5 7 El líquido transparente de color amarillo claro es claro y transparente, igual que 4.

Se deben utilizar mejores métodos de filtrado.

2.4.2 Producción industrial

Basándonos en el pequeño ensayo, utilizamos cuatro métodos para realizar un tratamiento de floculación y filtración industrial en cuatro lotes de caldo de fermentación (calculado en base a la dosis de 6 m3). caldo de fermentación).

Método 1: El caldo de fermentación se filtra directamente sin ningún tratamiento.

Método 2: Añadir 1% de aserrín y 2% de tierra de diatomeas y filtrar.

Método 3: Agregue 1/3 de agua purificada y 1% de aserrín, luego agregue cantidades apropiadas de sulfato de zinc, sal de sangre amarilla y APAM en secuencia, y filtre.

Método 4: Añadir 1/3 de agua purificada, 1% de tierra de diatomeas, cantidad adecuada de bentonita, benzoato de sodio y APAM. Agregue floculante, revuelva durante 30 minutos (velocidad 50 ~ 80 r/min) y filtre. Los resultados se muestran en la Tabla 3.

Como se puede ver en la Tabla 3, el método 1 y el método 2 tardan mucho en procesarse, el filtrado no es tan claro como los dos últimos y el contenido de agua de la torta de filtración es alto. Los efectos del tratamiento del Método 3 y del Método 4 son básicamente los mismos, pero considerando que el filtrado del Método 3 contiene sales de sangre amarillas, etc.

Tabla 3 Resultados de pruebas industriales del método de floculación

Método de proyecto 1

9602018 método por lotes 2

9602007 método por lotes 3

9603001 método de lote 4

9602025 lote

La actividad enzimática (U/mL) de la lata liberada es 28 466 30 428 29 265 438+04 29 065 438 +08.

Después de la floculación, se observa directamente que es fina, un poco pegajosa, con partículas gruesas y flóculo evidente, como el método 3.

Tiempo de filtración (horas) 22 16 6 5

Actividad enzimática del filtrado (u/ml) 22 772 23 646 24 540 24 566

Torta de filtración Enzima actividad (u/g) 7 759 6 432 5 648 5 489

Humedad de la torta de filtración (%) 62 58 53 52

El color del filtrado es marrón rojizo, marrón brillante -rojo, marrón rojizo claro brillante y rojo marrón claro brillante.

Volumen de filtrado (m3) 5,2 6,2 5,7 5,7

El volumen de producto terminado (m3) es 1.001.101.21.1.20.

La actividad enzimática final (U/mL) es 104 170 106 437 105 448 104 766.

La identificación sensorial del producto terminado es marrón, marrón pegajoso, marrón ligeramente pegajoso, marrón ligeramente pegajoso y marrón ligeramente pegajoso.

Los compuestos pueden afectar la calidad del producto terminado, por lo que elegimos el método 4 para la producción.

En la investigación experimental y operación del proceso de tratamiento de floculación, nuestra experiencia es:

(1) El efecto del floculante está relacionado con muchos factores, el más importante de los cuales es la floculación. concentración del agente, velocidad de agitación y tiempo de agitación.

(2) Cuando la cantidad de floculante aumenta desde cero, la cantidad de partículas floculadas en suspensión aumenta en consecuencia, pero después de exceder una cierta concentración, las partículas floculadas se redispersan. Por lo tanto, es necesario determinar la cantidad óptima de floculante mediante experimentos.

(3) El contacto entre el floculante agregado y las partículas en la suspensión es un requisito previo para la floculación, por lo que es necesario agitar. Sin embargo, el flóculo producido es muy frágil y una agitación excesiva hará que se rompa más de lo que se forma, por lo que se debe controlar la velocidad y el tiempo de agitación. De acuerdo con la situación de producción real, se utilizó la operación de agitación durante 30 minutos y una velocidad de rotación de 50 ~ 80 r/min para lograr un buen efecto de floculación.

2.5 Operación del proceso de filtración de placas y marcos

La producción de enzima líquida requiere filtrado, por lo que la turbidez del filtrado afecta directamente la calidad de la enzima líquida y el uso de equipos de ultrafiltración. . Al comienzo de la alimentación, debido a que la tela filtrante está relativamente limpia, la alimentación depende naturalmente de la diferencia de presión en el tanque. Si la alimentación se presuriza inicialmente, el filtrado estará turbio. Después de un período de tiempo, cuando el filtrado esté claro y la velocidad de filtración sea constante, presurice lentamente la alimentación. Lo que se enfatiza aquí particularmente es que la salida de drenaje del tanque receptor de placa y marco debe tener un dispositivo para permitir que el líquido turbio fluya de regreso al tanque de floculación. Una vez que se descubre que el filtrado está turbio, se puede devolver a tiempo. Después de cada lote de filtración, la tela filtrante debe limpiarse y colocarse cuidadosamente para el siguiente uso.

Cada fabricante procesará la torta de filtración después de la filtración de placas y marcos de acuerdo con la situación real. Debido a que nuestra fábrica también produce enzimas sólidas, durante su proceso de producción, algunos rellenos deben estandarizarse, por lo que secamos la torta de filtración para hacer rellenos. Hay más de 20.000 unidades de actividad enzimática en el producto seco, por lo que este tratamiento es ideal.

2.6 Investigación sobre el proceso de concentración de ultrafiltración

La ultrafiltración es un método de filtración por membrana a presión. Su principio de funcionamiento es mantener grandes moléculas de soluto en un lado de la membrana bajo una cierta presión. la solución original); mientras que pequeñas moléculas de soluto penetran al otro lado de la membrana, logrando así el propósito de separar, purificar y concentrar el producto. La ultrafiltración es adecuada para la extracción, purificación y concentración de productos de fermentación de macromoléculas biológicas (como la glucoamilasa y la α-amilasa). El proceso tiene bajo costo, fácil operación, condiciones suaves, buena retención de la actividad enzimática y alta tasa de recuperación del producto.

Elegimos membranas de ultrafiltración tipo rollo UF809 importadas e instalamos máquinas de ultrafiltración en un grupo de 3 unidades y 3 unidades en paralelo según la calidad del producto y los requisitos del proceso. La presión de entrada del ultrafiltro es de aproximadamente 4 × 9,8 × 104 Pa, la presión de salida es de aproximadamente 2 ~ 4 × 9,8 × 104 Pa y la diferencia de presión entre la entrada y la salida es de aproximadamente 1 × 9,8 × 104 Pa. La temperatura de trabajo es inferior a 40 ℃. El factor de concentración de la solución enzimática depende de la necesidad, generalmente entre 4 y 5 veces. Durante el funcionamiento, mida periódicamente el caudal y la actividad enzimática del ultrafiltrado para confirmar si el ultrafiltro está funcionando normalmente. Los resultados de la concentración de ultrafiltración se muestran en la Tabla 4.

Tabla 4 Resultados estadísticos de la concentración de ultrafiltración

Crítica

Caldo de fermentación nº 1

Actividad enzimática

Fermentación (unidad/ml)

Volumen de líquido

Filtrado (metro cúbico)

Volumen

Ultrafiltración (metro cúbico)

Tiempo

(h) Ultrafiltración, concentración y contracción del fruto.

Líquido de fermentación

Coeficiente de rendimiento

(%)

Enzima terminada

Actividad

Producto terminado (unidad/ml)

Volumen

Concentración (metro cúbico)

Múltiple

Concentración

Múltiple

Actividad enzimática

Coeficiente de rendimiento

(%)

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. 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 pág >9509- 09 30 231 8 5,9 2,0 111 718 1,60 3,70 3,75 98 75,0

Como se puede ver en la Tabla 4, se necesitan aproximadamente 2,3 horas para procesar 8 toneladas de líquido transparente y el rendimiento total de enzima concentrada es superior a 75 %.

2.7 Experimento de almacenamiento de enzima concentrada refinada

Después de almacenar la enzima concentrada (654,38+100.000 u/ml) a temperatura ambiente durante 3 meses, determine la tasa de supervivencia de la actividad enzimática. Los resultados se muestran en la Tabla 5.

Tabla 5 Experimento de almacenamiento de enzimas concentradas refinadas

Cantidad de adición de conservante (%) Actividad enzimática residual (%)

Si no se agrega durante una semana, se forma moho se formará. Huele mal.

Acetato de calcio 0,1, penicilina 18.000 unidades/m3 97.

0,2 benzoato de sodio y 65438 penicilina + 800.000 unidades/m3 96.

Benzoato sódico 0,2, sorbato potásico 0.1.98.

Como se puede observar en la Tabla 5, la tasa de conservación de la actividad enzimática a los tres meses es superior al 95%. El conservante compuesto de sorbato de potasio y benzoato de sodio tiene una tasa de supervivencia enzimática del 98%. Es el más ideal de los tres conservantes anteriores y es adecuado para la producción industrial.

Autor: Fábrica de fermentación Zeng Xinmin Zhang Sanmenxia, ​​Lushi, 472200.

Instituto Liu de Biología, Academia de Ciencias de Henan, Zhengzhou, 450008.

Referencia

[1] Editado por Zhang Shuzheng. Industria de preparación de enzimas. Beijing: Science Press, 1984

[2] Cao Yousheng y Liu. Microbiología industrial moderna. Changsha: Prensa de ciencia y tecnología de Hunan, 1998.