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        活性炭對(duì)谷氨酸發(fā)酵液脫色的研究
        文章作者:韓研網(wǎng)絡(luò)部 更新時(shí)間:2025-6-4 15:15:09

          活性炭對(duì)谷氨酸發(fā)酵液脫色的研究

          谷氨酸是一種重要的氨基酸,廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)作為風(fēng)味增強(qiáng)劑,以及在生物化學(xué)領(lǐng)域的多種用途中。它通常通過微生物發(fā)酵生產(chǎn),發(fā)酵過程會(huì)生成含有谷氨酸的發(fā)酵液,同時(shí)夾雜有色雜質(zhì),這些雜質(zhì)會(huì)影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。因此,脫色是發(fā)酵液提純過程中的關(guān)鍵步驟,用于去除這些有色化合物。

          活性炭因其高吸附能力而被廣泛用于脫色,能夠吸附多種有機(jī)化合物。本文探討了活性炭在谷氨酸發(fā)酵液脫色中的應(yīng)用,重點(diǎn)分析最佳脫色條件、吸附特性、動(dòng)態(tài)脫色過程以及與其他提純技術(shù)的整合。

          脫色的最佳條件

          研究表明,活性炭在特定條件下可顯著提高谷氨酸發(fā)酵液的脫色效率。對(duì)于靜態(tài)吸附(使用2倍稀釋的無細(xì)胞上清液),最佳參數(shù)如下:

          顆粒大小:200目

          碘值:1000

          材料:煤基

          pH:6.0

          時(shí)間:140分鐘

          溫度:40℃

          在這些條件下,脫色率達(dá)到94.42%,γ-聚谷氨酸(γ-PGA)回收率為94.22%。這些參數(shù)確保活性炭有效去除有色雜質(zhì),同時(shí)最大限度保留發(fā)酵液中的有用成分。碘值1000表明活性炭具有高吸附能力,而煤基材料因成本效益高而被優(yōu)先選擇。

          吸附特性

          活性炭對(duì)發(fā)酵液中色素的吸附遵循朗muir吸附等溫模型,表明色素以單分子層形式吸附在碳表面。朗muir模型比弗朗德利希模型更適合描述該過程,弗朗德利希常數(shù)1/n為0.49,朗muir分離因子R_L為0.17,表明吸附過程是有利的。

          熱力學(xué)分析進(jìn)一步揭示了吸附過程的特性:

          吉布斯自由能變化(ΔG):負(fù)值,表明吸附是自發(fā)的。

          焓變(ΔH):正值,表明吸附是吸熱的,較高溫度有利于吸附。

          熵變(ΔS):正值,表明吸附過程增加了系統(tǒng)的混亂度。

          這些特性表明,活性炭吸附是一個(gè)高效且熱力學(xué)上可行的過程。

          動(dòng)態(tài)脫色

          在動(dòng)態(tài)脫色中,發(fā)酵液通過活性炭柱流動(dòng),最佳流速為1床體積/小時(shí)(BV/h)。這一流速確保發(fā)酵液與活性炭充分接觸,從而最大化脫色效果。動(dòng)態(tài)脫色適用于工業(yè)規(guī)模的連續(xù)處理,能夠提高生產(chǎn)效率。

          影響脫色率的因素

          多種因素影響脫色率和γ-PGA的回收率,具體如下表所示:

          因素關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)

          顆粒大小:小于200目時(shí)脫色率隨顆粒減小而增加,200目時(shí)脫色率95.93%,40目時(shí)僅2.66%,γ-PGA回收率隨顆粒減小而降低。

          劑量:脫色率隨劑量增加而提高,0.0625%-0.25%時(shí)增幅最大;0.125%時(shí)脫色率54.05%,γ-PGA回收率99.02%。

          材料:煤基、木基、果殼基活性炭脫色效率無顯著差異(p>0.05),煤基因成本低而優(yōu)先。

          時(shí)間:脫色率隨時(shí)間增加,150分鐘后趨于穩(wěn)定,50分鐘時(shí)γ-PGA回收率99.02%。

          pH:pH低于6.0時(shí)脫色率隨pH降低而增加,pH5.0為最佳平衡點(diǎn)。

          溫度:脫色率和γ-PGA回收率隨溫度從25℃升至70℃而增加;熱力學(xué)參數(shù)(pH5.0,50分鐘):ΔG(-3.35至-4.01kJ/mol),ΔH(-1.01kJ/mol),ΔS(14.64J/mol·K),R²0.98。

          這些因素的優(yōu)化對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效脫色和最大化產(chǎn)品回收至關(guān)重要。例如,較小的顆粒大小可提高脫色率,但可能犧牲γ-PGA回收率,因此需要權(quán)衡。

          與等電點(diǎn)沉淀的整合過程

          研究開發(fā)了一種整合活性炭吸附與等電點(diǎn)(IEP)沉淀的工藝。該工藝首先進(jìn)行活性炭吸附,隨后通過等電點(diǎn)沉淀提取谷氨酸。這種順序的最終脫色率達(dá)到95.80%,谷氨酸沉淀率為49.02%。回收的谷氨酸可重復(fù)用于發(fā)酵過程,顯著提高了工藝的可持續(xù)性。

          活性炭在谷氨酸發(fā)酵液脫色中表現(xiàn)出色,尤其在優(yōu)化條件下。吸附過程符合朗muir模型,熱力學(xué)上自發(fā)、吸熱且伴隨熵增加。顆粒大小、劑量、材料、時(shí)間、pH和溫度等因素顯著影響脫色率和γ-PGA回收率。將活性炭吸附與等電點(diǎn)沉淀結(jié)合,提供了一種高效的提純策略,顯著提高了谷氨酸的純度和回收率。

          這項(xiàng)研究為活性炭在生物加工中的應(yīng)用提供了重要見解,特別是在食品和生物化學(xué)工業(yè)中。未來的研究可進(jìn)一步探索其他吸附材料或工藝優(yōu)化的可能性,以提高效率和降低成本。

        文章標(biāo)簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質(zhì)活性炭,木質(zhì)活性炭,蜂窩活性炭,凈水活性炭.

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