发酵液预处理与固液分离.ppt

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1、《生物分离工程》BioseparationEngineering第二章发酵液预处理与固液分离张翠英天津科技大学生物工程学院生物分离过程的一般流程2.发酵液预处理与固液分离2.1发酵液预处理2.1.1引言2.1.2发酵液过滤性能的改变2.1.3发酵液的相对纯化2.2固液分离2.2.1过滤2.2.2离心预处理和固液分离内容固液分离发酵液胞外上清液/滤液预处理提取生化物质的第一步，分两部分：胞内富集细胞生物产品的分类（根据分离特点）：培养液产品：如饮料酒类，没有提取与精制，只需考虑除去固相杂质即可。细胞产品：如活性干酵母，只需固液分

2、离和洗涤可溶性杂质的过程。粗制产品：如工业用酶制剂，只需考虑产品提取。精制产品：有纯度要求，大多数生物产品属此类，其分离回收过程一般包括预处理与固液分离、提取、精制和成品加工四步。精制产品分离纯化一般流程：胞外产品：发酵液↓预处理目的产物尽量进液相↓固液分离收集液相↓后提取与精制胞内产品：发酵液↓预处理除杂、改变液相性质↓固－液分离收集细胞或菌体↓细胞破碎目的产物进液相↓固－液分离收集液相↓后提取与精制2.1发酵液预处理2.1.1引言发酵液预处理的目的：①改变滤液的性质②除去部分可溶性杂质③尽可能使产物转入便于后处理的一相中（

3、多数是液相）——以利于后继各工序的顺利进行预处理的方法加水稀释法Dilutionwithwater加热法Heating调节悬浮液的pH值RegulationofpH凝聚和絮凝Coagulationandflocculation助滤剂Filteraids和反应剂Reactant高价无机离子的去除Removalofinorganicion杂蛋白的去除Removalofuselessprotein2.1.2发酵液过滤性能的改变生物悬浮液的特性：①悬浮物颗粒小，比重与液相相差不大；②固体粒子可压缩性大；③粘度大，含有蛋白质、多糖等胶体

4、物质，大多为非牛顿型流体。改性的目的：降低滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。2.1.2.1加水稀释加水稀释法：虽能降低液相粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。加水稀释2.1.2.2加热加热：可有效降低液相黏度，改善过滤性能。但加热的温度必须是在不影响目的产物活性的范围内。温度↑2.1.2.3调整pH对于氨基酸、蛋白质等两性物质，调pH至等电点，在等电点下溶解度最小，此即为等电点沉淀。在极端pH值下，蛋白质发生凝固，使之分离。可以使存在于胞内的发酵产物转入液相或使发酵产物以适合的离子状态或游离状态存在于发酵液中，防

5、止其沉淀、氧化或变性等。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。调整pH→改变某些物质的电荷性质与强度→发生絮凝→便于分离。细胞(碎片)及某些胶体物质在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。2.1.2.4凝聚与絮凝（1）凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒间双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。胶体稳定机理：菌体、蛋白质等胶体粒子表面都带负电荷↓在静电引力作用下形成双电层↓保持胶体的分散状态凝聚作用机理：加入电解质↓电解质中的高价阳离子对胶体周围离子的影响↓双电层电位↓↓

6、胶体稳定性↓，发生凝聚电解质的凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L)称为凝聚值。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力的次序为：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+常用的凝聚电解质有硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O(明矾)、氯化铝AlCl3·6H2O、三氯化铁FeCl3·6H2O、硫酸亚铁FeSO4·7H2O、石灰、ZnSO4、MgCO3等。（2）絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。胶体粒子高分子絮凝剂静电引力范德

7、华力氢键作用相互吸附作用形成絮团絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，具长链状结构，其链上含有许多活性功能团，包括带电荷的离子基团和不带电荷的非离子型基团。根据其来源的不同，常用絮凝剂分为如下三类：①有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物；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。（3）混凝凝聚的特点是速度快，但颗粒小；絮凝的特点是速度慢，而颗粒较大。它们单独使用时效果较差，所以絮凝剂常与无机电解质凝聚剂搭配使用。首先加入电

8、解质，使悬浮粒子间的双电层电位降低、脱稳、凝聚成微粒，然后再加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。无机电解质的凝聚作用为高分子絮凝剂的架桥创造了良好的条件，从而大大提高了絮凝的效果。这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。胶体悬浮液↓加入电解质粒子间的排斥作用降低、脱稳、凝聚成微粒↓加