发酵液过滤特性的改变

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1、第一节发酵液过滤特性的改变发酵液成分复杂：菌体，残存的固体培养基，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。发酵液特性：1、发酵产物浓度较低，大多为1%—10%，悬浮液中大部分是水；2、悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；3、固体粒子可压缩性大（细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料）；4、液相粘度大，大多为非牛顿型流体；5、性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。以上使固液分离变得相当困难，应进行适当预处理才行，降低滤饼比阻，提高过

2、滤与分离速度U×A=A2△PX=A△Pxwμ（v＋vF）Uwμ（v＋vF）A：过滤面积；△P：为通过滤饼和过滤介质后的压力降；U：滤液通量；W：单位滤液体积中沉积固体的干重；u：滤液的粘度；V：单位时间内累积的滤液体积。vF为沉积与过滤介质阻力相当的滤饼厚度所滤过的滤液体积x=（m-n-1ln+1t2n）(△P)n△P：为通过滤饼和介质后的压力降；m：单位质量干滤饼对应过滤饼的质量；l：床层厚度；n：常数，滤饼的可压缩度，不可压力n=0，高度可压n=1；n=0，x=m-1l=l/m，x下降减少床层

3、厚度；m上升减少滤液的悬浮物；n=1，x=m-2l2t2(△P)2,x下降l下降，t下降（过滤时间），△P下降悬浮物，粘度下降，m上升，减少悬浮物。一、降低液体粘度（加水、加热）对于通过一个圆形直管的粘性流可采用哈根—泊肃叶（Hagen-poiseuilles）议程：U=Dc2△P→U=dm2△P32μlckμbmU：流体的平均速度，μ为流体的粘度，△P为流体流过圆管的压力降，dc和lc分别为圆管的直径与长度。dm、bm为流体流过滤床层的当量直径为长度。K，常数取决于床层结构。可见U与μ成反比，降

4、低粘度可有效提高过滤速率。1、加水稀释法：（1）加大后继过程的处理任务；（2）实际效果：即若加水一倍，则稀释后液体的粘度下降50%以上才能有效提高过滤速度。2、加热：加热可降低粘度：如120Be麦芽汁40度加热到75度粘下降一半，速可加倍。如链霉素PH3.0时，加热70度，半小时，过滤速度可增大10—100倍。（有蛋白质凝聚，m上升）（1）加热温度控制：不影响目标产物的活性；（2）时间控制：不造成细胞溶解，胞内物处溢，使后续分离纯化复杂化。二、调整PH（1）对于两性物质（氨基酸、蛋白质），调PH至

5、等电点，所带净电荷为零，溶解度最小，发生等电点沉淀。（2）膜过滤中，调整PH改变易吸附分子的电荷性质，减少堵塞和污染；（3）细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个PH值下有可能凝聚成较大颗粒，有利过滤。三、凝聚与絮凝1、凝聚（1）双电层：发酵液中胶体粒子的表面——带电荷（吸附溶液中的离子，自动基因的电离）——如菌体或蛋白体（生理PH值下）带负荷——静电引力，吸附阳离子——在界面形成双电层——使胶粒之间不易凝聚，稳定分散。双电层电位越高，电排反越强，胶粒稳定，分散越好，过滤越难。（2）电解质的凝聚：加

6、入电解质——异电离子作用下，双电原电位降低——胶体稳定下降——相互碰撞而凝聚。（3）凝聚值凝聚值：使胶粒发生凝集作用的最小电解质浓度（mmol/L）。反离子的价数越高，凝聚值就越小。A13+＞Fe3+＞H+……常用的有明矾（硫酸铝）、石灰、硫酸亚铁、三氯化铁等。2、絮凝①相对凝颗粒粗大；②相对凝聚更为昂贵；（1）絮凝剂的絮凝作用：絮凝剂（能溶于水的高分子聚合物，相对分子质量数万—1千万，长链结构）——链节上含有许多活性官能团，阴离子（-）或阳电子（-NH3+）、不带电的非离子型基团——通过静电引力

7、、范华力、氢键等吸收在胶粒表面——当许多链节分别吸附在不同胶粒表面上——产生桥架联授——形成较大絮团。（2）絮凝剂化学结构①含有相当多的活性官能团，能与胶粒表面结合。②长链线性结构，与较多的胶粘液表面结合。③相对分子质量不能超过限度，保证其有良好的水溶性。（3）絮凝剂的分类：①有机高分子聚合物：如聚丙大类（絮团粗大、用量少、絮凝快、效好，但有毒）、聚丙烯酸类（无毒，可用于医药、食品）、聚乙烯等。②无机高分子聚合物、如聚合铝盐、聚合铁盐等。③天然有机高分子絮凝剂，如明胶、骨胶、壳多糖、海藻酸钠、聚糖

8、类胶粘物。（4）影响絮凝效果的因素（确定了某种絮凝剂）①添加量：试验确定最适添加量少：胶粒吸附不完全多：形成的絮团小②PH值：影响絮凝剂活性官能团的电离度，进一步影响吸附强弱。另外还有：搅拌转速、时间等。3、混凝混凝是包括凝聚和絮凝机理的过程。（1）单独使用絮凝剂如带负电的菌体、蛋白质+阳离子型高分子絮凝剂→具有降低胶粒双电层电位，产生吸附桥架的双重作用。（2）电解质+絮凝剂在无机电解质的凝聚作用基础上，高分子絮凝剂架桥絮凝→效果更好四、加入助滤剂1、助滤剂：是一种不可压缩的多孔微