一种用于氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置
阅读说明：本技术 一种用于氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置 (A decoloration device for aminobutyric acid zymotic fluid decoloration purification ) 是由 梁承� 陈成 邹林君 吴宁 邹仕刚 闭革林 吴志雄 于 2020-11-10 设计创作，主要内容包括：本发明涉及发酵过滤领域,具体公开了一种用于氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置,包括内部划分为三层的壳体、若干布置在壳体中层的脱色管、填充各根脱色管的过滤物、水浴模块和进出液口,水浴模块通过水浴方式加热位于壳体中层的各根脱色管,需要过滤的液体从壳体的上层经过各根脱色管流至壳体的下层,其中过滤物包括活性炭和NH2-UiO-66。本方案通过水浴方式能够稳定脱色过程的温度,降低外界环境的干扰,提高分离提纯的稳定性、效率和品质；脱色管采用可拆卸方式安装,方便更换方便维护装置；脱色管内填充了新型的混合物,同时给出了最佳的混合比例,既能提高脱色率,又能降低损失率。(The invention relates to the field of fermentation and filtration, and particularly discloses a decoloring device for decoloring and purifying aminobutyric acid fermentation liquor, which comprises a shell, a plurality of decoloring pipes, a filter, a water bath module and a liquid inlet and outlet, wherein the shell is internally divided into three layers, the decoloring pipes are arranged on the middle layer of the shell, the filter fills each decoloring pipe, the water bath module heats each decoloring pipe on the middle layer of the shell in a water bath mode, liquid to be filtered flows to the lower layer of the shell from the upper layer of the shell through each decoloring pipe, and the filter comprises activated carbon and NH 2-UiO-66. The scheme can stabilize the temperature in the decoloring process in a water bath mode, reduce the interference of the external environment and improve the stability, efficiency and quality of separation and purification; the decolorizing tube is detachably mounted, so that the device is convenient to replace and maintain; the decoloring pipe is filled with a novel mixture, and the optimal mixing proportion is given, so that the decoloring rate can be improved, and the loss rate can be reduced.)
技术领域
本发明属于发酵过滤技术领域，特别涉及一种用于氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置。
背景技术
氨基丁酸广泛地存在于自然界，是一种非蛋白质组成的天然氨基酸，在哺乳动物的中枢神经系统中是最重要的抑制性神经递质，对机体的多种功能具有调节作用，如具有降低血压、治疗癫痫病、抗衰老、增进脑活力、改善更年期综合证等多种生理功能。所以 氨基丁酸作为一种新型功能性因子，在医药、食品、保健、化工及农业等领域具有广泛的引用。
目前氨基丁酸的制备过程主要分为化学法和生物法，其中生物法又包括植物富集法和微生物发酵法，化学合成氨基丁酸安全性较差，植物富集的氨基丁酸含量不高，因此微生物发酵生产氨基丁酸就显得非常具有开发前景。但是发酵过程仅仅是其中一个过程，发酵后的氨基丁酸发酵液往往需要进行提纯。之后的脱色是氨基丁酸中纯化的一个重要操作单元。
活性炭具有比表面积大、吸附容量高、便宜、稳定等优点，被广泛用于氨基丁酸发酵液的脱色。活性炭作为氨基丁酸脱色的过程存在以下缺点：
1、发酵液中氨基丁酸同时被吸附，损失率大；2、对温度敏感，因此需要在合适恒定温度下脱色，而报道的氨基丁酸发酵液脱色纯化装置又少有进行条件控制，特别是没有对温度的控制，易受周围环境温度的干扰，造成分离纯化效果差、效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置，减少氨基丁酸发酵液脱色过程中氨基丁酸损失率，提高了氨基丁酸发酵液纯化的效果。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置，包括：壳体，所述壳体为回转体结构，所述壳体的内部设有分别位于不同高度的两个隔板，两个所述隔板将所述壳体的内部划分为上中下三层的空间，所述壳体的顶部设有与上层连通的进液口，所述壳体的底部设有与下层连通的排液口；若干根脱色管，采用导热材质制作，各个所述脱色管均匀分布在所述壳体的中层，所述脱色管的首尾两端连接着上下所述隔板，所述壳体的内部上下层通过所述脱色管连通，所述壳体的中层不与上下层连通，所述脱色管内填充的过滤物包括活性炭和NH2-UiO-66；水浴模块，所述水浴模块包括加热单元和控制板，所述水浴模块的进水口和出水口分别连通所述壳体的中层的不同位置，所述水浴模块在所述壳体的中层形成水浴循环用于加热脱色管。
作为上述方案的改进，所述排液口的主管道上依次设有液泵和分支管道，分支管道的出口折返回所述壳体的进液口，通过分支管道将排液口的部分或全部液体折返回所述壳体内重新过滤。
作为上述方案的改进，所述脱色管为直管，当所述脱色管的管身穿过上下两个所述隔板后，上下层所述隔板在被所述脱色管穿过的位置通过螺栓安装有压盖，所述压盖的中间具有避开所述脱色管的内孔的穿孔，上下两个压盖将对应的脱色管夹持和密封在两个隔板之间。
作为上述方案的改进，所述壳体的顶部设有泄气阀、补水口、第一温度传感器和第一液位观察窗，所述壳体的中层设有第二温度传感器和第二液位观察窗。
作为上述方案的改进，在所述脱色管内，所述活性炭和NH2-UiO-66的比例为9:0.5-1.5。
作为上述方案的改进，所述脱色管的过滤物填充高度为所述脱色管长度的2/3-3/4。
作为上述方案的改进，所述水浴模块为所述壳体的中层提供的水浴温度为25-35℃。
作为上述方案的改进，所述脱色管的高径比为15-20:1。
作为上述方案的改进，所述脱色管的直径为1-3cm。
作为上述方案的改进，相邻两所述脱色管的轴心线距离为3-5cm。
本发明具有如下有益效果：1、本方案通过水浴方式能够稳定脱色过程的温度，降低外界环境的干扰，提高分离提纯的稳定性、效率和品质；2、脱色管采用可拆卸方式安装，方便更换方便维护装置；3、脱色管内填充了新型的混合物，同时给出了最佳的混合比例，既能提高脱色率，又能降低损失率。
附图说明
图1是一种实施例下脱色装置的结构图；
图2是一种实施例下脱色管的首尾两端的结构图。
附图标记说明：10、壳体；111、上隔板；112、下隔板；12、泄气阀；13、进液口；14、排液口；15、主管道；21、脱色管；22、压盖；30、水浴模块；31、进水口；32、排水口。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参照图1和图2，本发明公开了一种用氨基丁酸发酵液脱色纯化的脱色装置。从外部看，脱色装置包括壳体10和水浴模块30；壳体10的内侧为回转体结构，壳体10的外侧不做严格要求，可以与壳体10的内侧同为回转体结构。壳体10的内部设有分别位于不同高度的两个隔板，两个隔板暂时将壳体10的内部空间划分为互不连通的上中下三层；为了后续方便引用，将位于上层的隔板称为上隔板111，将下层的隔板称为下隔板112。由于壳体10的内部为回转体，相应地，上下隔板均为圆盘结构。壳体10的顶部设有与上层连通的进液口13，壳体10的底部设有与下层连通的排液口14。
作为优选，所述壳体10的顶部设有泄气阀12、补水口、第一温度传感器和第一液位观察窗，所述壳体10的中层设有第二温度传感器和第二液位观察窗。
壳体10的内部，即上隔板111与下隔板112之间均匀地设置若干个脱色管21，脱色管21可选的有直圆管或弯曲盘旋的圆管（可以增加液体的过滤路径，延长液体停留的时间，加强过滤效果）。脱色管21采用导热材质制作。各个脱色管21的上下两端分别连接着上隔板111和下隔板112，此时壳体10的内部上下层通过各个脱色管21连通。此时需要过滤的液体可以在上下层空间流动但是无法进入中间层。脱色管21内填充的过滤物包括活性炭和NH2-UiO-66。
水浴模块30包括加热单元和控制板，往壳体10的中层空间通入热介质（例如：水），此时热介质会充满中层空间并被水浴模块30牵引流动，加热单元（例如：电热管）加热流入的热介质然后再排出实现调节壳体10的中层空间的作用。液体（发酵液离心去除菌体后的上清液）从壳体10的上层流到下层的时候，被中层的热介质加热。为了提高循环效果，水浴模块30的进水口31和出水口采用对称对角布置的方式，即进水口31布置在0°、靠近上隔板111的位置，出水口布置在180°、靠近下隔板112的位置。
具体参照图2，采用了中断画法，当所述脱色管21的管身穿过上下两个所述隔板后，上下层所述隔板在被所述脱色管21穿过的位置通过螺栓安装有压盖22，所述压盖22的中间具有避开所述脱色管21的内孔的穿孔，压盖22的穿孔等于脱色管21的内径两个平面光顺过渡，上下两个压盖22将对应的脱色管21夹持和密封在两个隔板之间。压盖22同时贴合隔板的侧面和脱色管21的端面，同时在贴合处增加密封圈提高密封效果。
所述排液口14的主管道15上依次设有液泵和分支管道，分支管道的出口折返回所述壳体10的进液口13，通过分支管道将排液口14的部分或全部液体折返回所述壳体10内重新过滤。图1中可以看到分支管道和原先的进液管虽然都连通壳体10的上层，但是位置不同。进液口13、出液口及其他管道上均设有阀门。需要临时取样的时候，在主管道15上增加一个三通，三通的最后一个端口便作为取样口。
壳体10包括可以相互分离的上下两部分，在组装装置时把上隔板111、脱色管21和下隔板112先制作成一个整体，然后一齐放入壳体10内，最后盖上壳体10的另一部分。
本实施例中，优选的水浴加热温度为25-35℃，脱色管21的高径比为15-20:1，脱色管21的直径为1-3cm，相邻两所述脱色管21的轴心线距离为3-5cm，脱色管21的过滤物填充高度为所述脱色管21长度的2/3-3/4。在所述脱色管21内，所述活性炭和NH2-UiO-66的比例为9:0.5-1.5。
实施例1，脱色管21内的活性炭与NH2—UiO-66的混合比例为9：0.5。
对比实施例1-1，其他参数基本与实施例1相同，脱色管21内等质量填充活性炭。
对比实施例1-2，其他参数基本与实施例1相同，脱色管21内等质量填充NH2—UiO-66。
实施例2，其他参数基本与实施例1相同，脱色管21内的活性炭与NH2—UiO-66的混合比例为9：1。
实施例3，其他参数基本与实施例1相同，脱色管21内的活性炭与NH2—UiO-66的混合比例为9：1.5。
脱色率测定：经三通的一个端口取少量样品，以去离子水作为对照，在420nm的波长下分别测定脱色前和脱色后的吸光值，平行测定3次后计算平均值。测定公式：脱色率=（脱色前的吸光值-脱色后的吸光值）/脱色前的吸光值。
损失率测定：1、参照标准QB/T 4587-2013中 5.2检测氨基丁酸方法测定脱色前后发酵液中氨基丁酸含量，以氨基丁酸发酵液代替氨基丁酸粉末作为试样；2、称量脱色前后样品的总质量。测定公式：损失率=（脱色前氨基丁酸的含量-脱色前氨基丁酸的含量）/脱色前氨基丁酸的含量。
由实验结果可知，实施例1的脱色率为93%、损失率为4.1%；实施例2的脱色率为97%、损失率为3.4%；实施例3的脱色率为94%、损失率为3.1%；对比实施例1-1的脱色率为81%、损失率为20.5%；对比实施例1-2的脱色率为48%、损失率为2.3%。
由实验结果可知活性炭和NH2—UiO-66混合物在比例为9：0.5，9：1，9：1.5的条件下脱色过程氨基丁酸损失率分别为4.1%、3.4%、3.1%，仅用活性炭脱色过程中氨基丁酸损失率20.5%，用NH2—UiO-66脱色损失2.3%；保证脱色效果条件下，加权综合后，在活性炭和NH2—UiO-66的比例在9:0.5~1.5范围较优。
本发明具有如下有益效果：1、本方案通过水浴方式能够稳定脱色过程的温度，降低外界环境的干扰，提高分离提纯的稳定性、效率和品质；2、脱色管21采用可拆卸方式安装，方便更换方便维护装置；3、脱色管21内填充了新型的混合物，同时给出了最佳的混合比例，既能提高脱色率，又能降低损失率。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。