发酵液的预处理.ppt

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1、第二章发酵液的预处理第一节概述第二节发酵液预处理的方法第三节发酵液的固液分离及设备基本要求：了解发酵液的特性和固液分离及设备，掌握发酵液预处理的方法。重点：降低液体粘度的方法；凝聚与絮凝；发酵液中高价无机离子的除去；杂蛋白的除去。一、发酵液的一般特征1、发酵液的组成（1）大部分是水；（2）细胞或碎片；（3）少量未用完的培养基；（4）一定量的代谢产物及副产物。第一节概述2、发酵液的特性（1）发酵产物浓度较低，大多为1%~10%；大部分为水，一般为90%~99%。（2）发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物，其颗粒小，

2、带电荷，可形成稳定的胶体溶液；相对密度与液相相差不大；固体粒子可压缩性大；液相粘度大，大多为非牛顿型流体。（3）发酵液中含有培养基成分，对后续操作产生一点影响。（4）发酵液中有代谢产物及性质相似的副产物（5）发酵液中还含有色素、毒性物质、热原质等有机杂质，导致其性质不稳定，随时间变化。（空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解）二、发酵液预处理的目的和要求1、发酵液预处理的目的（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）尽可能使产物转入便于后续工序处理的某一相中（多数是液相）；（3）去

3、除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。2、发酵液预处理的要求预处理要满足以下要求，才能达到目的。（1）菌体分离采用离心和过滤方法。胞外产物，预处理时应尽可能使产物转移到液相，然后用固液分离除去固相。胞内产物，则应先收集菌体或细胞，经细胞破碎后，使产物转移到液相，再用固液分离除去细胞碎片。（2）固体悬浮物的去除采用过滤方法，获得澄清液（3）蛋白质的去除：可溶性蛋白（4）重金属离子的去除（5）色素、毒性物质、热原质等有机杂质的去除（6）改变发酵液的性质，以利于提取和精制后续工序操作的顺利进行（7）调节适宜的pH和温度发酵液

4、预处理的方法有三类：提高过滤速度的方法、改变发酵液性质的方法、杂质去除的方法。具体方法有凝聚与絮凝方法、加热法、加水稀释法、调节pH法、加入助滤剂法、加入反应剂法、加吸附剂法或加盐法、高价无机离子去除的方法、可溶性杂蛋白去除的方法、色素及其他杂质去除的方法等。第二节发酵液预处理的方法一、凝聚与絮凝方法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，破坏其稳定性，使其聚结成较大的可分离的颗粒，以提高过滤速率，便于分离；同时，还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量。工业最常用方法之一。凝聚和絮凝

5、是两种方法，两个概念。凝聚是向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质的异电离子作用下，由于胶体粒子之间双电层电排斥作用降低，电位下降，使胶体体系不稳定（脱稳），胶体粒子间因相互碰撞而聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，将胶体粒子交联成网，形成l0mm大小絮凝团的过程。1、凝聚（1）凝聚机理（原理）凝聚剂的作用有些是对初始粒子表面电荷的简单中和；另一些是消除双电荷层（采用中性盐例如NaCl等）而脱稳；还有一些是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合而产生凝聚。双电层的形成及作用发酵

6、液中的菌体、细胞或蛋白质等胶体粒子的表面，由于吸附溶液中的离子和自身基团的电离，一般都带有电荷。在生理pH值下，菌体或蛋白质常常带有负电荷，由于静电引力的作用，使溶液中带相反电荷的阳离子被吸附在其周围，在界面上形成双电层。这种双电层的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。双电层的电位越高，电排斥作用越强，胶体粒子的分散程度也就越大，发酵液过滤就越困难。凝聚值：使胶体粒子发生凝聚的最低电解质浓度（mmol/L），表示电解质的凝聚能力。反离子的价数越高，凝聚值就越小，即凝聚能力越强。阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚

7、力的次序：Al3+＞Fe3+＞H+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+（2）凝聚剂种类主要是一些无机类电解质，由于大部分被处理物质的颗粒带负电荷，工业上常用的凝聚剂大多为阳离子型，分为：无机盐类：如硫酸铝、矾、硫酸铁和硫酸亚铁。金属氧化物类：如氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙或石灰等。聚合无机盐类：如聚合铝和聚合铁等。2、絮凝（1）机理：絮凝剂主要起架桥作用，即一个高分子聚合物（絮凝剂）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，形成了较大的絮团。絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子量可达数万至一千

8、万，具有长链状结构，其链节上含有许多活性官能团。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。絮凝剂的结构要求：一方面要求其分子必须含有较多的活性官能团，使之能和胶体粒子结合；另一方面要求有长链的线性结构，以便同时和多个胶体粒子结合。（2）絮凝剂的分类A、按絮凝剂官能团分为三大类型：阴离子性：聚丙烯酸钠