发酵液的预处理及回收.ppt

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1、第二章发酵液的预处理和菌体的回收为固体密度为液体密度为固体颗粒直径为液体黏度为重力加速度固体颗粒沉降速度与固液分离相关的微生物发酵液特性：①发酵产物浓度较低，大多为1％～10％，悬浮液中大部分是水，处理体积量大；②各类细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大；③细胞含水量大，可压缩性大，一经压缩就会变形；④流变特性复杂，液相粘度大，吸附在滤布上；⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。⑥动植物细胞没有微生物细胞耐剪切，不适于离心。因此，这些特性使得发酵液的过滤与离心相

2、当困难。工业技术中典型的固体粒子固体粒子的类型尺寸（mm×mm)细胞碎片<0.4×0.4尺寸增加回首费用增加细菌细胞1×2酵母细胞7×10哺乳动物细胞40×40植物细胞100×100真菌菌丝或丝状细菌1-10丝网状絮凝物100×100发酵液的预处理发酵液的预处理目的和内容：①改变发酵液的物理性质，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；②分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各工序的顺利进行。发酵液的预处理主要包括：①发酵液过滤特性的改变；②相对

3、纯化。滤饼的过滤速率（一）发酵液过滤特性的改变目的：通过对发酵液进行适当的预处理，即可改善其流体性能，降低滤饼阻力，提高过滤与分离的速率。方法：调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻—解冻及添加助滤剂等。滤饼的过滤速率1降低液体粘度①加水稀释法：能降低液体粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。而且，单从过滤操作看，稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能认为有效，即若加水一倍，则稀释后液体的粘度必须下降50％以上才能有效提高过滤速率。②升高

4、温度：可有效降低液体粘度，提高过滤速率。同时，在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。注意事项：严格控制加热温度与时间。首先，加热的温度必须控制在不影响目的产物活性变质的范围内；其次，温度过高或时间过长，会使细胞溶解，胞内物质外溢，增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。2调整pHpH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。此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。如利用酸碱性来调液pH值使蛋白质等两性物

5、质达到等电点得以除去。又如过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。细胞组成类型蛋白质（%）核酸（%）多糖（%）类脂物（%）细菌40-7013-342-1010-15酵母40-504-10<151-6丝状真菌10-251-3<102-9藻类10-601-5<154-803凝聚与絮凝采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。除此之外，还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液

6、质量。因此，凝聚和絮凝是目前工业上最常用的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理。凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集（1mm左右）的现象。Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+。常用的凝聚电解质有硫酸铝(明矾)、氯化铝、三氯化铁、硫酸亚铁、石灰、硫酸锌、碳酸镁等。胶体双电层的构造絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，当一个高分子聚合物的许多链节

7、分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时，形成粗大的絮凝团（10mm）的过程。絮凝是一种以物理的集合为主的过程。絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万至一千万以上，它们具有长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，这些基团通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。絮凝剂的化学结构1.要求其分子必须含有相当多的活性官能团，使之能和胶粒表面相结合；2.具有长链的线性结构，以便同时与多个胶粒吸附形成较大的絮团，3.相对分子质量不能超过一定限度，以使其具有良好的溶解性

8、。根据其活性基团在水中解离情况的不同，絮凝剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。根据其来源的不同，工业上使用的絮凝剂又可分为如下三类：(1)有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙类衍生物。(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，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。絮凝剂的分类絮凝效果与絮凝剂的加量、相对分子质量和类型、溶液的pH、搅拌转速和时间等因素有关。影响絮凝效果的因素带负电荷