预处理和固液分离.ppt

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1、生物反应过程示意图概述发酵液的预处理和固液分离概述微生物或动植物细胞在合适的培养基，ＰＨ值，温度和通气搅拌（或厌气）等发酵条件下进行生长和合成生物活性物质，因为在其培养（发酵）液中包含了菌（细胞）体，胞内外代谢产物，胞内的细胞物质及剩余的培养基残分等。不管人们所需要的产物是胞内的还是胞外的或是菌体本身，都首先要进行培养液的预处理和菌体回收，只有将固，液分离开，才能从澄清的滤液中采用物理、化学的方法提取代谢产物，或从细胞出发进行破碎、碎片分离和提取胞内产物。生物分离过程的一般流程概述1.原料液的预处理和固液分离2.初步纯化（除去性质相差大的杂质）3.精制（除去性质相差小的

2、）4.成品加工一、悬浮液的预处理悬浮液的基本特性①浓度低②颗粒小，相对密度与培养液相似③可压缩性大，粘稠，④性质不稳定、易氧化、降解等预处理的目的预处理的目的主要有三个：⑴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；⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。预处理的方法⑴降低液体粘度（加热法、稀释法）⑵调节悬浮液的PH值⑶凝聚和絮凝，或者是混凝⑷加入助滤剂⑸加入反应剂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

3、性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。凝聚凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚：指在投加的电解质（铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１mm大小块状凝聚体的过程。发酵液的带电现象发酵液中的细胞、菌体或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。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。凝聚凝聚凝聚：胶体粒子(10-100nm)在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm）机理：a中和粒子表面电荷b消除双电层结构絮

4、凝絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。机理：架桥作用凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用凝聚和絮凝技术能有效的改变细胞菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,使其聚集起来,增大体积以便固液分离,常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中.高分子絮凝剂的吸附架桥作用常用的絮凝剂有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类和聚乙烯亚胺衍生物、聚苯乙烯类衍生物无机高分子聚合物，如聚合铝盐和聚合铁盐等。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。加入助滤剂一种不可压缩的多孔微粒

5、，能使滤饼疏松、滤速增大常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩等加入方法：过滤介质表面预涂助滤剂直接加入发酵液两法兼用加入反应剂加入某些不影响目的产物的反应剂，可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响，提高滤速。如CaSO4、AlPO4等可与某些盐类发生反应生成不溶性沉淀，生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，沉淀本身可作为助滤剂，并能使胶状物和悬浮物凝固，改善过滤性能。1.杂蛋白质的去除？可溶性蛋白质的存在，在用离子交换和吸附法提取时会降低交换容量和吸附能力；用有机溶剂和双水相萃取时易产生乳化；并且过滤时易使过滤介质堵塞或受污染二、发酵液的相对纯化1）沉淀蛋

6、白质为两性物质，可与阴离子或阳离子形成沉淀或者等电点沉淀2）变性蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。变性蛋白质溶解度较小。最常用加热。加热还能使液体粘度降低，加快过滤速度。有机溶剂等电点沉淀链霉素生产中，采用调pH至酸性（pH3.0），加热至70℃，维持半个小时的方法来去除蛋白质，能使过滤速度增大10-100倍，滤液粘度可降低1/6。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。3）吸附作用利用吸附作用也可除去蛋白质。四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]

7、2的胶状沉淀来吸附蛋白质，利用此法除蛋白质已取得很好的效果。在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，这两者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。2.高价无机离子的去除？在用离子交换提取时，会影响树脂对目的产物的交换容量。去除钙离子，加入草酸。用量大时，可用其可溶性盐，如草酸钠。反应生成的草酸钙还能促使蛋白质凝固，提高滤液（也称为原液）质量。草酸镁的溶解度较大，故加入草酸不能除尽镁离子。要除去镁离子，可以加入三聚磷酸钠，它和镁离子形成可溶性络合物：用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子