发酵液预处理课件.ppt

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1、第三章发酵液预处理两个问题1、为什么要进行发酵液的预处理?不仅在于分离菌体和其他悬浮颗粒，还着眼于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。2、如何选择合适的预处理方法?各种发酵产品，由于菌种不同和发酵液特性不同，其预处理方法的选择也有不同。大多数发酵产物存在于发酵液中，也有少数产物存在于菌体中，或发酵液和菌体中都含有。对于胞内产物，经预处理应尽可能使目的产物转移到液相，然后经固液分离除去固相；对于胞内产物，则应首先收集菌体或细胞，经细胞破碎后，目的产物进入液相，随后再将细胞碎片分离。第一节发酵液过滤特性的改变发酵液的特性特性：⑴发酵产物浓度较低

2、，大多为1~10%，悬浮液中大部分是水；⑵悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；⑶固体粒子可压缩性大；⑷液相粘度大，大多为非牛顿型流体；⑸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。这些特性，使得发酵液的过滤与分离相当困难。物理化学方法一、降低液体粘度常用方法：（1）加水稀释法：有效（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）（2）加热法：同时，在适当温度和受热时间下使蛋白质凝聚，进一步改善了过滤特性。严格控制加热温度与时间二、调整PH等电点法对某一具体的单元操作的作用：改变大分子物质的电荷特性，减少堵塞和污染，如膜过滤。一些物质（如

3、细胞、细胞碎片、胶休物质等）在某个PH下也可能趋于絮凝，有利于过滤进行。三、凝聚与絮凝凝聚与絮凝其处理过程就是将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，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。1、概念上的差别凝聚是指在电解质的作用下，由于胶粒之间双电层排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝则是指在某些絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。2、凝聚胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）机理：（1）中和粒子表面电荷（2）消除双电层结构发酵液的带电现象发酵液中的细胞、菌体或

4、蛋白质等胶体粒子的表面，一般都带有电荷，带电的原因很多，主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。发酵液的带电现象——双电层结构通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的作用使溶液中带相反电荷的粒于（即正离子）被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。但是这些正离子还受到使它们均匀分布开去的热运动的影响，具有离开胶粒表面的趋势，在这两种相反作用的影响下，双电层就分裂成两部分，在相距胶核表面约一个离子半径的stern平面以内，正离子被紧密束缚在胶核表面，称为吸附层或stern层；在stern平面以外，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，

5、称为扩散层。这样就形成了扩散双电层的结构模型。胶体双电层结构凝聚值或凝聚价在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由于能降低ζ电位和脱除胶粒表面的水化膜，就能导致胶粒间的凝聚作用。电解质的凝聚能力可用凝聚值或凝聚价来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L），称为凝聚值或凝聚价。Schulze-Hardy法则——叔米-哈第法则反离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为A13＋＞Fe3+＞H＋＞Ca2十＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+，常用的凝聚剂电解质有：Al2(SO4)3·18H20（明矾）；AlC13·6H2O；FeC1

6、3；ZnSO4；MgCO3等。3、絮凝大分子絮凝剂将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程。机理：架桥作用。絮凝剂通过静电引力、范德华力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。高分子絮凝剂的吸附架桥作用常用的絮凝剂聚丙烯酰胺（po1yacry1amide）类和聚乙烯亚胺（polyethyleneimine）衍生物，根据活性基团在水中解离情况不同，可分为非离子型、阴离子型（含有羧基）和阳离子型（含有胺基）三类。由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少，一般以ppm计量，絮凝体粗大，分离

7、效果好，絮凝速度快以及种类多等优点，所以适用范围广。聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。无机高分子聚合物也是较好的一类絮凝剂，如聚合铝盐和聚合铁盐等。常用的絮凝剂天然有机高分子絮凝剂，如壳聚糖和葡聚糖等聚糖类，还有明胶、骨胶、海藻酸钠等。微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，它是一类由微生物产生的具有絮凝细胞功能的物质。主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相比，最大的优点是安全，无毒和不污染环境。絮凝剂应用优化用量控制：最