预处理及固液分离

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1、第二章发酵液的预处理和固液分离第一节发酵液的预处理主要内容一、发酵液的特点二、发酵液预处理的目的三、发酵液预处理的方法生物技术下游加工过程的一般步骤一、发酵液的基本特性目标产物浓度较低，大多为1-10%；悬浮物颗粒小＜10-5cm，固液悬浮分散体系，细胞密度与培养液相似；液相粘度大，大多为非牛顿型流体，不易过滤；含有高价无机离子（Ca2+,Mg2+,Fe3+，成分复杂（菌丝体、菌种代谢物和剩余培养基）悬浮状态稳定：双电层、水化膜、布朗运动固液分离方法主要是过滤和离心对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度大，不能直接过滤；若用高速离心，能耗很大，设备昂贵；若用膜分离技术

2、（如微滤）易产生膜污染，通量降低。发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离。寻找一种经济有效的方法来提高固液分离速度显得十分必要。预处理是生化物质分离纯化过程中必不可少的首要步骤二、发酵液预处理的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，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率；⑵相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子、杂蛋白质、及色素、热原质、毒性物质等有机物质），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

3、）。三、发酵液预处理的方法加热法（Heating）调节悬浮液的pH值（RegulationofpH）助滤剂和反应剂（FilteraidsandReactant)杂蛋白的去除（Removalofuselessprotein）高价无机离子的去除（Removalofinorganicion）凝聚和絮凝（Coagulationandflocculation）（一）预处理-加热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。麦芽汁的黏度-温度曲线1）加热降低液体粘度流体力学原理过滤速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加水稀释法和加热法等）可有效提高过滤速率。液

4、体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。2）加热使蛋白质变性凝固，去除杂蛋白变性蛋白质的溶解度小。在柠檬酸的生产过程中，将发酵液加热到80℃可以使蛋白质变性凝固，降低发酵液的粘度，在除去杂蛋白的同时，过滤速度也得到了提高。加热处理只适用于对热较稳定的产物。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。有时加热会增加发酵液的颜色增加后处理的难度。（二）预处理-调节pHpH值直接影响发酵液中某些物质的电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。细胞(碎片)及某些胶体物质在某个pH值下也可能趋于聚集成为较大颗粒，有利于过滤的进行。调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是

5、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。通过调整pH值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质，可减少膜堵塞和污染；18pH3.8pH2.8300200400600612pH4.6pH4.2FiltrateVolume,cmTime,minutesTheeffectonfiltratevolumeofpH案例1链霉素生产中，采用调pH至酸性pH3.0，加热至70℃，维持半个小时的方法来使蛋白变性，能使过滤速度增大10-100倍，滤液粘度可降低1/6。案例2柠檬酸发酵液，采用加热至80℃以上，使蛋白质变性凝固和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。（三）加入惰

6、性助滤剂（FILTERAIDS）a)助滤剂是一种颗粒均匀，质地坚硬，不可压缩的粒状惰性物质；b)在发酵液中加入固体助滤剂，则菌体可吸附于助滤剂微粒上，助滤剂就作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，降低了滤饼的可压缩性，使滤饼疏松，减小了过滤阻力，使过滤介质堵塞现象得减轻，易于过滤。c)既能使悬浮液中幼小颗粒状胶态物质截留在格子骨架上，又能使清液有流畅的沟道，能大大提高过滤能力和生产效率，改善滤液澄清度，降低过滤成本。1、助滤剂的选择(1)助滤剂的品种目前生物工业中常用的助滤剂是硅藻土，其次是珍珠岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素、白土等。应根据过滤介质选择助滤剂品

7、种。使用粗目滤网时易泄漏，可选择石棉粉、纤维素；采用细目滤布时，可使用细硅藻土；(2)粒度根据悬浮液中的颗粒和滤液的澄清度确定，一般颗粒较小的滤饼应采用细小的助滤剂。2、助滤剂的使用方法在滤布上预涂一层助滤剂，作为过滤介质使用，待滤毕后与滤饼一起除去；助滤剂按一定比例均匀地混入待滤悬浮液中，然后一起进入过滤机，使其形成疏松的滤饼，降低滤饼的可压缩性，让滤液顺畅通过。（四）加入反应剂加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。1）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，生成的沉淀能使菌丝