以超過濾回收玻尿酸

醱酵產物玻尿酸之分子量為1,100 kDa，於是先採用 100 kDa 的超過濾膜，直接回收於 醱酵液中的玻尿酸。實驗操作條件控制在壓力為10 psi、液相流速為 75 ml/min。從 Table 3-1 可以看出：在pH 6.8 下，有 12%的玻尿酸可通過 100 kDa 的濾膜，100 kDa 的濾膜無法完 全回收1,100 kDa 的玻尿酸分子之原因可能在於玻尿酸為一線性高分子，在超過濾操作下，

容易被拉伸成線性，因而通過100 kDa 的濾膜。為了減少玻尿酸的損失，本研究將醱酵液

pH 調整為 2.5，以便增加玻尿酸分子間作用力，彼此之間較為聚集而形成一較為剛性的高

分子。超過濾回收的實驗結果發現，在pH 2.5 的條件下玻尿酸的損失約只有 4%，但殘留

在濾膜的玻尿酸卻增加了，亦即濃度極化效應較為明顯。

Table 3-1 Effect of pH on the recovery of hyaluronic acid

pH HA (g) Filtrate Recovered Fouled Loss 6.8 0.42 0.056 g 0.21 g 0.16 g 12%

2.5 0.42 0.004 g 0.19 g 0.22 g 4%

兩相流動過濾系統可藉由注入空氣造成邊界層擾動，降低濃度極化現象；氣液兩相流 體接觸產生的氣泡的大小與穩定將影響邊界層擾動程度。如Fig. 3-4所示，箭頭指向為流體 流動方向。操作條件為：透膜壓力30 psi、液相流速35 ml/min、氣相流速30 ml/min、注入因 子為0.46。然而實驗發現導入的空氣易受到管壁的阻礙，而降低氣體的流速，且渠道的寬 度為1.2 cm，高度為0.5 cm，但注入空氣與醱酵液的管徑卻只有0.3 cm，相形之下，氣泡更 顯微小，不易壓縮邊界層。因此，利用空氣向上的浮力、及液體向下之重力，可使得導入 模組的氣泡可以壓縮邊界層；於是在將同的操作條件下，將模組旋轉45°及180°。結果發現

氣泡大小明顯增大，而模組偏轉180°的氣泡幾乎占據整個模組，如Fig. 3-4所示。這是因為 當模組偏轉之後，注入的空氣會受到斜放或平放模組底部的阻力，使得原本可以快速進入 模組的空氣在進口端聚集，於是得到形狀較大的氣泡。

比較在不同模組操作方式下的濾出液通量可以看出(Fig. 3-5)，模組角度旋轉180°可顯 著提高濾出液通量，由氣泡的類型判斷Taylor bubble的形成可能是提高濾速的關鍵條件。

Fig. 3-4 Filtration flow modes with various angles in an ultrafiltration apparatus.

Fig. 3-5 The permeate fluxes at different filtration flow modes. Symbols:

({)45^o, (z)90^o, (▼)180^o.

研究進一步探討導入氣體流率比例對於濾出液通量之影響。由Fig. 3-6可發現，在相同 的液體流速 35 mL/min，導入空氣10 mL/min (注入因子(injection factor)為0.22)，其效果反 而比不通氣來的差。由實驗觀察，此時由於氣體流速較慢，所以容易堆積在模組內，氣泡 流動不易，且氣泡直徑約0.5 cm，均勻分散於渠道中。此時氣泡的存在，反而降低了液體 過濾的有效面積。而注入因子為046的操作則有較明顯的氣泡擾亂邊界層，濾出液通量也略

θ = 90^ο θ = 45^ο

θ = 180^ο

θ = 90^o θ = 45^o θ = 180^o

Time (min)

0 20 40 60 80 100 120

J v (m 3 /m 2 h)

0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018

有提高。

Fig. 3-6 Effect of injection factor on permeate flux. Injection factor:

(z)0; ({)0.22; (▼)0.36; (V)0.46.

Fig. 3-7 Effect of gas flow rate on permeate flux. Symbol: ({) liquid flow rate = 35 ml/min, without gas; (z) liquid flow rate = 75 ml/min, gas flow rate = 65 ml/min; (▼) liquid flow rate = 35 ml/min, gas flow rate = 30 ml/min.