D-核糖是一种重要的五碳单糖，分子式为C5H10O5，常温下为白色结晶性粉末，其口感具有清凉的甜味，可溶于水，不溶于醇，易吸收空气中的水分。D-核糖是核糖核酸（RNA）的重要组成物质，具有重要的生理功能及广阔的应用前景。D-核糖作为生物体内存在于所有细胞中的天然成分，与腺苷酸的形成和三磷酸腺苷（ATP）的再生有密切关系，显著改善心脏缺血，提升心脏功能，增强肌体能量，缓解肌肉酸痛，是生命代谢基本的能量来源之一。
随着科学技术的发展，D-核糖的制备方法随之也发生改变。目前，微生物发酵法生产D-核糖已取代化学合成法制备D-核糖，成为工业生产的主要方法。该方法原材料来源广泛、成本低廉，又避免了化学合成法的环境污染。但是D-核糖发酵液中含有大量的菌体、蛋白质以及色素等小分子杂质，使其的后续提取工序相对复杂。目前国内生产企业常用的提取工艺主要包括菌体分离、发酵液脱色、离子交换、树脂吸附分离和浓缩结晶等步骤。在菌体分离工序，一般采用板框压滤机对D-核糖发酵液进行预处理，处理效果不甚理想，后续超滤负荷大，膜片更换频繁，生产成本高。本文以碟式离心机对D-核糖发酵液进行预处理，对菌体及杂蛋白的除去取得了较为理想的效果，得到了澄清透明的滤液并且体积小，残留的渣浆体积更小，且处理量大，滤速高，有利于D-核糖的分离提取。
1 实验部分
1.1 实验原料及设备
D-核糖发酵液；
工业级硫酸；
722紫外可见分光光度计；
试剂乙醇；
碟片分离机；
pH计。
1.2 实验原理
在D-核糖发酵液净化处理工序中，固液分离是必不可少的重要环节，且采用合适的设备对原发酵液进行预处理，可以大大减轻后续工艺设备的损耗，提高后续设备的使用寿命及利用率。碟片离心机专业用于二相分离和三相分离，其工作原理：被分离的物料输入该机的心脏部分即转鼓内部，在强大的离心力的作用下，物料（混合液）经过一组碟片束的间隔中，以碟片中性孔为分界面，比重较大的液体（重相）沿碟片壁向中性孔外运动，其中重渣积聚在沉渣区，重相则流向大向心泵处。比重较小的液体（轻相）沿碟片壁向内向上运动，汇聚至小向心泵处，轻重相分别由小向心泵和大向心泵输出。
1.3 实验方法
D-核糖发酵液经过初步酸化后利用碟片离心机进行滤液分离，控制碟片离心机进口压力0.2～0.4MPa，出口压力0.2～0.3MPa根据排渣周期选择中间时间段取样，取每小时的混合样检测透光度。
2 实验结果与讨论
2.1 设备参数的影响
对于碟片离心机来说，分离因数是离心机分离能力的主要技术指标，分离因数越大，物料所受的沉降力越大，分离效果越好。因此，对固体颗粒小液体粘度大和难分离的悬浮液或乳浊液，要采用分离因数大的碟式离心机分离。提高转鼓转速或增大转鼓的直径，均可增大分离因数，但增加转鼓的直径要涉及一系列配件的尺寸，所以采用提高转速的办法更为合理，改变转鼓转速，从而改变分离因数，分别取澄清液检测，结果如下表所示：
转速（r/min） | 透光度 | 蛋白透光度 |
6600 | 88.7 | 34.9 |
4800 | 54.3 | 21.5 |
3200 | 23.6 | 9.8 |
由上表可知，碟片离心机的转速越大，分离效果越好，滤液的透光度及杂质含量较少，在考虑到机器自身性能较优的基础上，选择稳定运行的转速6600r/min作为中试参数。
2.2 设备处理量的影响
碟片离心机的进料量对其的分离效果有着显著的影响，过大的进料量会使分离效果下降，主要原因是粒子在转筒中的沉降时间不够，所以，要想达到较好的分离效果，固相粒子沉降到转鼓壁上时间必须小于颗粒在转鼓内停留时间即必须保证待分离浆液在转鼓内的有效停留时间，使得固体颗粒有足够的时间沉降出来。调节进料量，澄清液和渣液的流量相应改变，待运行稳定后，分别取澄清液，进行检测，结果如下表所示：
处理量（m³/h） | 透光度 | 蛋白透光度 |
3.2 | 60.1 | 23.2 |
2.6 | 87.6 | 29.8 |
2.0 | 89.1 | 35.2 |
通过上述数据可知，进料量对碟片离心机分离效果影响较大，进料量越小即生产能力越小，分离效果越好。考虑分离效果且结合工艺要求、生产的处理量等多方面因素，根据物料的不同，结合工作效率，选取处理量为2.6m³/h，既满足工艺参数需求又尽可能的提高产量。
2.3 D-核糖发酵液酸化的影响
原料的性质和品质也在一定程度上影响碟片离心机的分离效果，如固液两相的密度及密度差、固体颗粒大小、物料黏度等密切相关。通常，溶液温度越高，粘度越低，细小的粒子越容易沉降。经过试验发现，调节D-核糖发酵液pH，在碟片离心机分离过程中，发酵液中的菌体和蛋白质，能有效形成较大的絮凝物而快速沉降，并且酸化过程能提高发酵液的温度，在相同的操作参数分离效果更佳，具体实验数据见下表所示：
酸化pH | 透光度 | 蛋白透光度 |
5.6 | 59.6 | 21.8 |
4.5 | 76.2 | 26.7 |
3.7 | 88.3 | 33.4 |
从上述数据可知，D-核糖发酵液酸化后可显著提高滤液的透光度，结合生产成本及工艺参数，选择D-核糖发酵液酸化范围为3.7±0.2。
2.4 优化实验结果
结合单个影响因素的实验结果，初步按照设定参数进行试验，结果显示与预期相符，达到了比较满意的结果。在此基础之上，采用碟式离心机分离D-核糖酸化液，中试采用半手动方式进行多批次实验，实验结果如下表所示：
批次 | 透光度 | 蛋白透光度 |
1 | 85.2 | 29.3 |
2 | 88.1 | 32.6 |
3 | 86.9 | 30.5 |
4 | 86.3 | 31.2 |
5 | 88.4 | 34.9 |
6 | 87.5 | 34.1 |
7 | 86.2 | 32.2 |
8 | 88.9 | 34.6 |
9 | 87.3 | 33.5 |
通过多次重复性试验，通过实验数据发现试验结果的相关性和重复性良好，实验证明，采用碟片离心机对于D-核糖发酵液进行预处理应用于工业生产中效果良好。
3 结论
（1）在D-核糖发酵液的后续提取工序中，采用碟片离心机对于D-核糖发酵液进行预处理，处理效果快速、有效，减少了滤渣的排放。
（2）D-核糖发酵液经碟片离心机预处理后，对于后续工序如：膜过滤、离交分离、色谱分离等，可以显著降低对于膜片、树脂、活性炭的污染，明显提高了其利用率，对于降低D-核糖生产成本，提高产品质量和产量有着积极重要的意义。
