生物分离工程预处理和固液分离课件.ppt

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1、生物分离工程发酵液的预处理和固液分离第一章发酵液的预处理和固液分离发酵液的预处理和固液分离生物反应过程示意图概述发酵液的预处理和固液分离生物分离过程的一般流程概述原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液－胞外产物粗分离(盐析、萃取、超过滤等)纯化(层析、电泳)脱盐(凝胶过滤、超过滤)浓缩(超过滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性发酵液的预处理和固液分离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

2、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。14.发酵液的预处理和固液分离发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理14.1悬浮液的预处理悬浮液的基本特性①细胞的相对密度与培养液相似②可压缩性，粘稠，非牛顿流体，流变行为复杂③悬浮状态稳定为何要对发酵液进行预处理？发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与许多杂质夹杂

3、在一起，同时发酵液或生物溶液又属于非牛顿型流体，所以必须进行预处理。预处理的目的发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理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。预处理的方法发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理⑴加热法⑵调节悬浮液的PH值⑶凝聚和絮凝凝聚与絮凝发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理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

4、的絮凝体，再进行分离。凝聚和絮凝发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。凝聚：指在投加的化学物质（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。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。凝聚和絮凝发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理凝聚：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：a中和粒子表面电荷b消除双电层结构絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程机理：架桥作用凝聚和絮凝

5、在发酵液预处理中的应用发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理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.发酵液的带电现象发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理发酵液中的细胞、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。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

6、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，称为扩散层。这样就形成了扩散双电层的结构模型。胶体双电层结构悬浮液的预处理发酵液的预处理和固液分离预处理方法发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理高价无机离子的去除Ca2+草酸Mg2+三聚磷酸钠Fe3+黄血盐（普鲁士蓝）蛋白质去除加热调pH(草酸，无机酸或碱)有机溶剂蛋白沉淀剂ζ电位发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理在不同的界面上就

7、会形成不同的电位，胶核表面的电位φs是整个双电层的电位，Stern平面上的电位为φd，在滑移面上的电位为ζ,称ζ电位（或称电动电位）。这三种电位中只有ζ电位能实际测得，所以可以认为它是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双电层的特征，并作为研究凝聚机理的重要参数。ζ电位的计算：悬浮液的预处理发酵液的预处理和固液分离符号说明：发酵液的预处理和固液分离悬浮液的预处理其中D—水的介电常数；q—胶体的电动电荷密度，即滑移面上的电荷密度；δ—扩散层的有效厚度，即为吸附层和扩散层界面处电位φ