发酵液的预处理和固液分离方法

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1、发酵液的预处理和固液分离方法山东农业大学孙中涛预处理和固液分离的目的：1、分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒(细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物)。2、除去部分可溶性杂质。3、改变滤液的性质（降低粘度等），以利于后继操作。总策略：1、胞外产物：应尽可能转移到液相中，常用调pH至酸性或碱性的方法来达到。2、胞内产物：首先收集细胞、破壁，生化物质释放到液相，再分离细胞碎片。3、通常，以含生化物质的液相为出发点，进行后继操作。一、发酵液的预处理1、改变液体物理性质，促进固液分离。细菌及某些放线菌菌体细小，发酵液粘度大，不能直接过滤，由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的

2、存在会造成滤液浑浊，滤速极慢，因此，在预处理中应采用絮凝或凝聚的方法，设法增大悬浮报中固体粒子的大小，提高其沉降速度，或采用稀释、加热等方法降低粘度，以利于过滤。必要性：2、发酵液杂质很多，其中影响最大的是高价无机离子和杂蛋白，预处理时，应尽量除去。高价无机离子危害：在采用离子交换法提炼时，影响树脂的交换容量。杂蛋白质的危害：离子交换法和大网格树脂吸附法提炼时，会降低吸附能力，萃取时，易产生乳化。过滤或膜过滤时，使滤速下降，膜受到污染。(一)、高价无机离子的去除方法宜加入草酸。草酸溶解度小，用量大时，可用其盐，如草酸钠。草酸钙能促使蛋白质凝固，提高滤液质量。草酸

3、的回收：四环类抗生素废液中，加入硫酸铅，在60℃下生成草酸铅。后者在90-95℃下用硫酸分解经过滤、冷却、结晶后可回收草酸。1、去除钙离子：2、除去镁离子：加入三聚磷酸钠，它和镁离子形成可溶性络合物：用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。此法可用于环丝氨酸的提炼。3、除去铁离子：可加入黄血盐，使形成普鲁士蓝沉淀。（二）、杂蛋白的去除方法蛋白质等电点多在pH4.0一5.5，此时溶解度最小。但单靠等电点法不能将大部分蛋白质除去。在酸性溶液中，蛋白质能与一些阴离子如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、蹂酸盐、过氯酸盐等形成沉淀。在碱性溶液，蛋白质能与一些

4、阳离子，如Ag1+，Cu2+，Zn2+，Fe3+和Pb2+等形成沉淀。等电点法：变性蛋白质溶解度较小。最常用方法是加热。加热还能使液体粘度降低，加快过滤速度。但热处理常对原液质量有影响，特别是会使色素增多。只适于热稳定的物质。热变性法：应用举例：1、链霉素发酵液，调至酸性(pH3.0)，加热至70℃，维持l／2h，能去除蛋白质，使过滤速度增大10一100倍，滤液粘度可降低1/6。2、柠檬酸发酵液，加热至80C℃以上，使蛋白质变性凝固，降低发酵液钻度，大大提高过滤速度。大幅度改变pH，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。在抗生素生产中，常将发酵液pH调至偏酸性范

5、围(pH2—3)或较碱性范围(pH8—9）使蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质较多。加有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。使蛋白质变性的其它办法：举例：1、四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质，取得很好的效果。2、枯草杆菌发酵液，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。利用吸附作用除去蛋白质：（三）、凝聚和絮凝技术凝聚：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架

6、桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理的集合为主的过程。基本概念：凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使聚集起来，增大体积，以便于过滤。常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理。菌体或蛋白质等胶体粒子表面一般都带有电荷，带电原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。通常菌体带负电荷，由于静电作用使带正电荷的粒子被吸附在周围，在界面上形成了双电层。但这些正离子还受到热运动的影响，具有离开胶粒表面的趋势，在相距胶核表面约一个离子半径的stern平面以内，正离子被紧密柬缚在胶核表面，称为吸附层或紧密层，在stern平面以外，

7、剩余的正离子则在溶液中扩散开去，距离越远，浓度越小，最后达到主体溶液的平均浓度，称为扩散层。双电层理论：1、凝聚技术当胶粒在溶液中作相对运动时，总有一薄层液体，随着它一起滑移，这一薄层，厚度比吸附层稍大，滑移面(剪切面)在图14—1中用波纹线表示。双电层结构的电位：1、扩散双电层的结构：一旦由于布朗(Brown)运动使粒子间距离缩小到它们的扩散层部分重叠时，即产生电排斥作用，阻止了粒子的聚集。ζ电位越大，电排斥作用就越强，胶粒的分散程度也越大。2、水化层：由于胶粒表面的水化作用，形成了水化层，也能阻碍直接聚集。水化膜主要是伴随胶粒带电而引起，一旦ζ电位降低或消失

8、，水化层也会随之减弱或消