膜分离技术在氨基酸生产中的应用
谢柏明 楼永通 方丽娜
膜分离过程作为一门新型的分离、浓缩、提纯技术，近30年已在各个工业领域及科学研究中广泛应用。在我
国，随着膜设备的引进和科研攻关研究的深入，膜分离技术已大规模应用在海水淡化、纯水制备、液液分离、浓缩、
提纯、工业废水处理等领域。现已从单一膜过程的应用到膜集成过程，再到与其他化工分离过程连用。
膜分离技术以其节能、高效、无相变的特点，在氨基酸发酵液的澄清除菌体、母液除盐和浓缩、产品精制等方
面正在成为开发和应用的热点之一。
１ 超滤、微滤用于氨基酸发酵液澄清除菌体
在氨基酸生产中，高浓度废液排放COD、BOD的影响因素主要为菌丝体、蛋白和氨基酸等。超滤可以截留蛋白
和菌丝体，把菌丝体和蛋白变为可利用的饲料，因而大大减少了废液COD、BOD排放。滤液质量的提高可以提高氨
基酸的结晶收率，因而也减少氨基酸的损失。目前，板式膜、管式膜、陶瓷膜、不锈钢微滤在国内均有应用，各有
优势。值得关注的是，与完善的预处理和清洗程序相结合，有机中空纤维膜系统以其价格优势在国内成功应用。在
赖氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、对羟基苯甘氨酸等生产中，国内的一些厂家已开始采用膜分离技术脱除发酵
液中的菌体和蛋白。
２ 电渗析工艺用于氨基酸母液脱盐
氨基酸生产过程中产生高盐分母液。传统工艺是用离子交换树脂脱除母液中的盐，再通过活性炭脱色。该工艺
的弊端在于酸碱耗量大，树脂损耗量较大，导致生产成本较高，同时由于酸碱的排放，对环境产生较重的污染。母
液的其他处理工艺还有溶剂脱盐法，但需溶剂回收使生产成本增高，因此在大生产中，很少采用此法，只是在小型
工厂和实验室采用。
电渗析作为一种有效清洁的脱盐技术，最初用在纯水制备作为预脱盐系统而被广泛使用。近年来，一些耐化学
物质、耐60℃温度的新型膜和膜堆被相继开发成功，从而电渗析装置在制药和精细化工的生产线上得以稳定运行。
氨基酸工业中，国外几家著名的公司如日本味之素、法国奥桑等均有以电渗析为脱盐工艺的清洁生产专有技术。我
国一些院校和研究机构已开展这方面的开发和研究，近年来不断有成果涌现。国家海洋局杭州水处理中心与氨基酸
企业合作，实现了D-对羟基苯甘氨酸、牛磺酸、阿斯巴甜、甘氨酸等氨基酸母液电渗析脱盐。
甘氨酸 在甘氨酸生产中用电渗析装置脱出氯化铵副产物可大幅度降低因甲醇回收耗用的蒸汽，使能耗下降
50%，还可减轻设备腐蚀。
牛磺酸 采用电渗析处理经活性炭脱色后的料液，料液中产品的浓度为7%～8%，Na2S04的浓度为10%。经脱
盐，90%以上的盐分被脱除。原来的重结晶工艺优化为一步结晶，即可达到产品质量要求。
阿斯巴甜 是由L-天冬氨酸和L-苯丙氨酸组成的二肽化合物，结晶母液中含有0.8%～1.0%的产品，2%的无机
盐。采用电渗析脱去90% 的无机盐分，再将脱盐液浓缩结晶，可回收大部分的产品。
示例：
某企业生产的氨基酸（D酸）是医药中间体，生产过程中产生高盐分母液。原处理工艺是离子交换树脂除盐，
活性炭脱色后与滤液一起进入提纯工艺。原工艺酸碱耗量大，树脂损耗量较大，生产成本较高，并造成环境污染。
采用电渗析技术代替原工艺，处理量为50～60m3/d。母液中产品的含量为2.0%～2.5%，pH 6.5～7.0，杂质浓度(主
要是NaCl)5%～7%，电导率：60000～75000 ?滋S/cm。要求去除90% 以上的盐分，脱盐液电导率小于7000?滋S/cm。
实际生产中运用了6台EDI-A-250型电渗析装置，每天分3批运行，每批运行6h，清洗1h，待机1h。母液中的产
品(即D酸)损失小于5%，每吨料液电耗仅为15～20kＷh。而原离子交换工艺，每吨母液仅酸碱消耗费用就需要100
元以上，电渗析脱盐工艺在该氨基酸的生产上不仅是一项清洁生产的技术，而且还可以通过提高产品收率和节省生
产成本来创造经济效益，环境效益尤其突出。
３ 超滤、纳滤用于氨基酸精制、浓缩
在氨基酸精制方面，传统的氨基酸粗品精制基本采用活性炭脱色。采用超滤技术代替活性炭脱色工艺，可实现
氨基酸的高效提纯与精制。实验结果表明：操作压力为0.15～0.20MPa，操作温度为45℃时，经相对分子量为30000
的聚丙烯腈超滤膜制得的异亮氨酸产品得率高，质量高。
谷氨酸母液经电渗析脱盐后，盐分大约为0.3%～0.5%，酸值约为1.5%～2.0%，调酸后用膜浓缩设备将脱盐液
浓缩，提高酸值。将浓缩液作为调酸液加入到等电点的料液，这样可以有效控制母液量，提高产品的得率。
综合看，膜分离技术的应用包括料液前处理、选择合适的膜材料、分离条件及膜的清洗等工序，对于不同产品
均需通过实验选用合适的工艺条件及清洗方法。用膜分离技术处理不仅可以提高氨基酸产品的质量、收率，而且可
以减少废水的排放量。