Izbira procesa bioproizvodnje: keramične membrane|Glavna rešitev za fermentacijsko čiščenje, sterilizacijo in koncentracijo

V tekmi zelene bioproizvodnje sta bila ločevanje in čiščenje vedno ključnega pomena pri določanju stroškov, donosa in kakovosti izdelkov. Fermentacijske juhe so kompleksne, zelo viskozne in vsebujejo veliko nečistoč. Tradicionalne ploščate-in-ogrodne membrane, centrifuge in organske membrane imajo pogosto pomanjkljivosti, kot so hitro obraščanje, kratka življenjska doba, neobčutljivost na kisline in alkalije ter poslabšanje bioaktivnosti.

Danes bomo razpravljali o keramičnih membranah-, ki so "glavni akter", ki preoblikuje procese ločevanja v bioproizvodnji.

Keramične membrane, imenovane tudi anorganske keramične membrane, so asimetrične večplastne membrane, izdelane iz anorganskih keramičnih materialov, kot so Al2O3, ZrO2, TiO2 in SiC, z visoko-temperaturnim sintranjem. Spadajo v tehnologijo natančne membranske separacije.

1. Osnovna struktura

• Podporni sloj: Zagotavlja visoko trdnost in velike velikosti por

• Vmesna plast: prehodna in stabilizacijska struktura

• Ločevalna plast: določa natančnost in omogoča natančno sejanje na ravni nano- do mikronov-

2. Načelo ločevanja

Poganja razlika v tlaku z uporabo filtracije-navzkrižnega toka: napajalna tekočina teče vzporedno po površini membrane. Majhne molekule (voda, sol, produkti) prehajajo skozi membrano, medtem ko se velike molekule, bakterije, koloidi in suspendirane trdne snovi zadržijo, kar doseže bistritev, sterilizacijo, ločitev in koncentracijo.

3. Natančna klasifikacija

• Microfiltration (MF): >50 nm, odstranjuje bakterije, celične ostanke in suspendirane trdne snovi

• Ultrafiltracija (UF): 2–50 nm, zadrži beljakovine, encime, polisaharide in koloide

• Nanofiltracija (NF):<2nm, concentrates small molecules, desalinates, and decolorizes

Na kratko: keramične membrane so "natančna molekularna sita", izdelana iz anorganskih togih materialov, ki zagotavljajo stabilnost, natančnost in učinkovitost v kompleksnih fermentacijskih sistemih.

V primerjavi z organskimi membranami in tradicionalno filtracijo ponujajo keramične membrane izjemne prednosti v bioproizvodnji.

1. **Ekstremna zmogljivost:**
• **Odpornost na kisline in alkalije:** Zajema pH 0–14, na katerega ne vpliva močno čiščenje s kislinami in alkalijami.
• **Odpornost na visoke temperature:** Lahko na paro-na-mestu (SIP) in čisto-v-liniji (CIP), primerno za visoko-temperaturne dovodne rešitve.
• **Odpornost na organska topila:** Odporen proti koroziji zaradi alkoholov, ketonov in estrov v fermentacijskih sistemih.
• **Visoka mehanska trdnost:** ostane nedeformirana in nepoškodovana pod visokim pritiskom, z življenjsko dobo, ki daleč presega življenjsko dobo organskih membran.

2. **Močno proti obraščanju, stabilen tok in enostavno čiščenje:**
• **Dobra površinska hidrofilnost:** Preprečuje adsorpcijo beljakovin in polisaharidov, zaradi česar je manj obraščanja.
• **Zasnova s-prečnim tokom + anorganska toga struktura:** Počasno upadanje toka.
• **Zmogljivost globinskega čiščenja:** Lahko se globinsko -očisti z močnimi kislinami, alkalijami in oksidanti, s stopnjo obnovitve fluksa, ki je večja ali enaka 95 %.
• **Življenjska doba:** 10–15 let v primerjavi s samo 1–3 leti za organske membrane. Leto za letom dolgoročno prihrani več denarja.

3. Nežno ločevanje, ohranjanje biološke aktivnosti

• Brez fazne spremembe pri sobni temperaturi, ne poškoduje-občutljivih snovi, kot so encimi, beljakovine, probiotiki in antibiotiki.

• Brez flokulantov, brez diatomejske zemlje, brez zunanjega onesnaževanja, bolj v skladu s čisto proizvodnjo.

• Nizka strižna moč, večja stopnja preživetja celic in stopnja zadrževanja encimske aktivnosti.

4. Nizkoogljična in visoka učinkovitost, v skladu z "dvojnim ogljikom" (ogljična učinkovitost, zmanjšanje ogljika in zmanjšanje emisij ogljika).

• Poraba energije je veliko manjša kot pri izhlapevanju in ekstrakciji.

• Manj odpadne vode, velik izkoristek, manj potrošnega materiala.

• Neprekinjeno in avtomatizirano delovanje, kar bistveno zmanjša stroške dela.

Keramične membrane so globoko prodrle v pet glavnih zlatih tirov: biofarmacevtika, bio-materiali, bioenergija, proizvodi fermentacije v razsutem stanju ter fermentirana hrana in pijača.

1. Biofarmacevtski izdelki: "zlati standard" za čiščenje in sterilizacijo

Farmacevtski izdelki so največje področje uporabe keramičnih membran, saj predstavljajo skoraj 30 %.

• Antibiotična fermentacijska brozga (eritromicin, cefalosporini, vankomicin) sterilizacija in bistrenje

• Koncentracija in čiščenje beljakovin, encimov in peptidov

• Aseptična filtracija cepiv in vode za injekcije, ki ustreza zahtevam GMP

• Nadomešča centrifugiranje na plošči in okvirju, poveča izkoristek za 10–20 % in zmanjša nečistoče za 90 %+

2. Bio{1}}osnovani materiali: močno orodje za čiščenje zelenih monomerov

• 1,3-propilen glikol: mikrofiltracijska sterilizacija + nanofiltracijsko razsoljevanje in razbarvanje, izkoristek večji ali enak 99 %

• Prekurzorji mlečne kisline/polimilečne kisline: koncentracija in ločevanje nanofiltracije, poenostavitev postopka

• Ketoglutarat: dvo{0}}stopenjska integracija membrane, bistrenje + razbarvanje v enem koraku

3. Bioenergija: Nova rešitev za čiščenje obnovljivih goriv

• Biodizel: Ločevanje glicerola in čiščenje estrske faze, ki nadomešča tradicionalno pranje z vodo, brez odpadne vode

• Etanol za gorivo: neprekinjeno ločevanje v fermentacijskih sistemih CO z zmogljivostjo nad 200.000 ton/leto

• Biobutanol: Membransko- spajanje fermentacije ublaži zaviranje produkta ter izboljša koncentracijo in učinkovitost.

4. Produkti fermentacije v razsutem stanju: organske kisline, aminokisline, vitamini

• Organske kisline (jantarna kislina, citronska kislina, glutaminska kislina): Odstranjevanje nečistoč → Bistrenje → Koncentracija → Kristalizacija

• Aminokisline (lizin, glutaminska kislina): 50nm sterilizacija keramične membrane in odstranjevanje beljakovin, izboljšanje učinkovitosti smole

• Vitamin B12/B4: Membransko-spajanje fermentacije, spletno zadrževanje celic, znatno povečanje donosa

5. Fermentirana hrana in pijača: ohranjanje in izboljšanje kakovosti, zmanjšanje stroškov in povečanje učinkovitosti

• Pivo: ločevanje pivine, bistrenje mladega piva, predelava spodnjega dela piva, hladna sterilizacija, ohranjanje svežega okusa

• Sojina omaka/kis: sterilizacija pri sobni temperaturi, brez žganja, brez potemnitve, čistejši okus

• Sadni sok/mlečni izdelki: bistrenje in sterilizacija, podaljšanje roka uporabnosti, ohranjanje hranilne vrednosti in okusa

Za fermentacijsko juho je ključnega pomena izbira prave membrane na podlagi teh 5 točk:

1. Razmislite o cilju: mikrofiltracija za odstranjevanje bakterij; Ultrafiltracija za odstranjevanje beljakovin; Nanofiltracija za koncentracijo in razsoljevanje.

2. Upoštevajte material: Al₂O₃ za splošno uporabo; ZrO₂/SiC za zelo korozivne materiale.

3. Razmislite o konfiguraciji: več-kanalne cevaste membrane so prednostne za visoko vsebnost trdnih snovi in ​​visoko viskoznost.

4. Upoštevajte delovne pogoje: Keramične membrane so idealne za močne kisline/alkalije in visoke temperature.

5. Upoštevajte stroške: višja začetna naložba, vendar daljša življenjska doba, manj čiščenja in večji donos; vračilna doba 1-3 let se bolj splača.

Osrednji trendi v bioproizvodnji so: zelena, učinkovita, stabilna in nizki-stroški.

S svojo odpornostjo na visoke in nizke temperature, kisline in alkalije, odpornostjo proti obraščanju, dolgo življenjsko dobo in visoko natančnostjo so keramične membrane popolnoma primerne za kompleksne sisteme fermentacijskih brozg in hitro nadomeščajo organske membrane in tradicionalne postopke ter postajajo glavna izbira za biološko ločevanje in čiščenje.