2发酵液预处理

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1、2.发酵液的预处理2生物分离过程的一般流程3发酵液预处理的内容固液分离发酵液胞外上清液/滤液预处理生化分离的第一步，提取生化物质的第一步，分两部分：胞内富集细胞4发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能进行后续操作对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。目的促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮

2、液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；采用絮凝或凝聚的方法，设法增大悬浮液中固体粒子的大小，提高其沉降速度；或采用稀释、加热等方法降低黏度，以利于过滤。2.1发酵液的预处理2.1.1发酵液过滤特性的改变微生物发酵液的特性为：发酵产物浓度较低，大多为1-10%，悬浮液中大部分是水；悬浮物颗粒小，相对密度不大；固体粒子可压缩性大；液相粘度大；性质不稳定，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。微生物发酵液的成分极为复杂，其中除

3、了所培养的微生物菌体及残存的固体培养基外，还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。2.1.2预处理的方法1.加热法Heating2.调节悬浮液的PH值RegulationofPH3.助滤剂Filteraids和反应剂Reactant4.凝聚和絮凝Coagulationandflocculation5.杂蛋白的去除Removalofuselessprotein1.加热1）加热降低液体粘度液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。可有效提高过滤速率。加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。麦芽汁的黏

4、度-温度曲线。2）加热使蛋白质变性凝固变性蛋白质的溶解度小。如柠檬酸发酵液加热至80℃以上，可使蛋白质变性凝固，过滤速度加快。2.调整pH1)pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性.2)调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。大幅度改变pH还能使蛋白质变性凝固。3)细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。0020040060061218pH4.6pH4.2pH3.8pH2.8FiltrateVolume,cm3Time,minutesFigTheeffe

5、ctonfiltratevolumeofpH3.凝聚与絮凝凝聚与絮凝处理就是将某些化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。凝聚和絮凝技术常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。机理：1）中和粒子表面电荷,消除双电层结构2）破坏水化膜（1）凝聚指在投加的化学物质（铝、铁的化合物）作用下，使粒子相互聚集成１mm大小块状凝聚体的过程。发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。胶体双电层结构蛋白质分子表面的疏水区域和荷电区域阳离子对带负

6、电荷的胶粒凝聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝Al2(SO4)3•18H2O（明矾）；氯化铝AlCl3•6H2O;三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO3（2）絮凝指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子相互连接，形成10mm大小絮凝团的过程。絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带电荷的阴离子（如---COOH）或阳离子（如---NH2）基团以及不带电荷的非离子型基团。絮凝剂通过静电引力、范

7、德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。18高分子絮凝剂的吸附架桥作用絮凝剂的类型：工业上使用的絮凝剂可分为四类：人工合成有机高分子聚合物天然有机高分子聚合物无机高分子聚合物，微生物絮凝剂1）人工合成有机高分子聚合物：目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸类和聚苯乙烯类衍生物。高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类：阴离子型（含有羧基)阳离子型（含有胺基）、非离子型2）天然有机高分子絮凝剂人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。天然有

8、机高分子絮凝剂具有无毒，