發(fā)酵液預(yù)處理與固液分離.ppt

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1、《生物分離工程》BioseparationEngineering第二章發(fā)酵液預(yù)處理與固液分離張翠英天津科技大學(xué)生物工程學(xué)院生物分離過程的一般流程2.發(fā)酵液預(yù)處理與固液分離2.1發(fā)酵液預(yù)處理2.1.1引言2.1.2發(fā)酵液過濾性能的改變2.1.3發(fā)酵液的相對純化2.2固液分離2.2.1過濾2.2.2離心預(yù)處理和固液分離內(nèi)容固液分離發(fā)酵液胞外上清液/濾液預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞內(nèi)富集細(xì)胞生物產(chǎn)品的分類（根據(jù)分離特點）：培養(yǎng)液產(chǎn)品：如飲料酒類，沒有提取與精制，只需考慮除去固相雜質(zhì)即可。細(xì)胞產(chǎn)品：如活性干酵母，只需固液分

2、離和洗滌可溶性雜質(zhì)的過程。粗制產(chǎn)品：如工業(yè)用酶制劑，只需考慮產(chǎn)品提取。精制產(chǎn)品：有純度要求，大多數(shù)生物產(chǎn)品屬此類，其分離回收過程一般包括預(yù)處理與固液分離、提取、精制和成品加工四步。精制產(chǎn)品分離純化一般流程：胞外產(chǎn)品：發(fā)酵液↓預(yù)處理目的產(chǎn)物盡量進(jìn)液相↓固液分離收集液相↓后提取與精制胞內(nèi)產(chǎn)品：發(fā)酵液↓預(yù)處理除雜、改變液相性質(zhì)↓固－液分離收集細(xì)胞或菌體↓細(xì)胞破碎目的產(chǎn)物進(jìn)液相↓固－液分離收集液相↓后提取與精制2.1發(fā)酵液預(yù)處理2.1.1引言發(fā)酵液預(yù)處理的目的：①改變?yōu)V液的性質(zhì)②除去部分可溶性雜質(zhì)③盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中（

3、多數(shù)是液相）——以利于后繼各工序的順利進(jìn)行預(yù)處理的方法加水稀釋法Dilutionwithwater加熱法Heating調(diào)節(jié)懸浮液的pH值RegulationofpH凝聚和絮凝Coagulationandflocculation助濾劑Filteraids和反應(yīng)劑Reactant高價無機(jī)離子的去除Removalofinorganicion雜蛋白的去除Removalofuselessprotein2.1.2發(fā)酵液過濾性能的改變生物懸浮液的特性：①懸浮物顆粒小，比重與液相相差不大；②固體粒子可壓縮性大；③粘度大，含有蛋白質(zhì)、多糖等膠體

4、物質(zhì)，大多為非牛頓型流體。改性的目的：降低濾餅比阻，提高過濾與分離的速率。2.1.2.1加水稀釋加水稀釋法：雖能降低液相粘度，但會增加懸浮液的體積，加大后繼過程的處理任務(wù)。加水稀釋2.1.2.2加熱加熱：可有效降低液相黏度，改善過濾性能。但加熱的溫度必須是在不影響目的產(chǎn)物活性的范圍內(nèi)。溫度↑2.1.2.3調(diào)整pH對于氨基酸、蛋白質(zhì)等兩性物質(zhì)，調(diào)pH至等電點，在等電點下溶解度最小，此即為等電點沉淀。在極端pH值下，蛋白質(zhì)發(fā)生凝固，使之分離。可以使存在于胞內(nèi)的發(fā)酵產(chǎn)物轉(zhuǎn)入液相或使發(fā)酵產(chǎn)物以適合的離子狀態(tài)或游離狀態(tài)存在于發(fā)酵液中，防

5、止其沉淀、氧化或變性等。通過調(diào)整pH值改變膜過濾中易吸附分子的電荷性質(zhì)，可減少膜堵塞和污染。調(diào)整pH→改變某些物質(zhì)的電荷性質(zhì)與強(qiáng)度→發(fā)生絮凝→便于分離。細(xì)胞(碎片)及某些膠體物質(zhì)在某個pH值下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于過濾的進(jìn)行。2.1.2.4凝聚與絮凝（1）凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒間雙電層排斥電位的降低，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。膠體穩(wěn)定機(jī)理：菌體、蛋白質(zhì)等膠體粒子表面都帶負(fù)電荷↓在靜電引力作用下形成雙電層↓保持膠體的分散狀態(tài)凝聚作用機(jī)理：加入電解質(zhì)↓電解質(zhì)中的高價陽離子對膠體周圍離子的影響↓雙電層電位↓↓

6、膠體穩(wěn)定性↓，發(fā)生凝聚電解質(zhì)的凝聚能力可用凝聚值來表示，使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度（mmol/L)稱為凝聚值。陽離子對帶負(fù)電荷的發(fā)酵液膠體粒子凝聚能力的次序為：Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+常用的凝聚電解質(zhì)有硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O(明礬)、氯化鋁AlCl3·6H2O、三氯化鐵FeCl3·6H2O、硫酸亞鐵FeSO4·7H2O、石灰、ZnSO4、MgCO3等。（2）絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。膠體粒子高分子絮凝劑靜電引力范德

7、華力氫鍵作用相互吸附作用形成絮團(tuán)絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，具長鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈上含有許多活性功能團(tuán)，包括帶電荷的離子基團(tuán)和不帶電荷的非離子型基團(tuán)。根據(jù)其來源的不同，常用絮凝劑分為如下三類：①有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙烯類衍生物；②無機(jī)高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等；③天然有機(jī)高分子絮凝劑，如聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖、脫乙酰殼多糖等。（3）混凝凝聚的特點是速度快，但顆粒小；絮凝的特點是速度慢，而顆粒較大。它們單獨使用時效果較差，所以絮凝劑常與無機(jī)電解質(zhì)凝聚劑搭配使用。首先加入電

8、解質(zhì)，使懸浮粒子間的雙電層電位降低、脫穩(wěn)、凝聚成微粒，然后再加入絮凝劑絮凝成較大的顆粒。無機(jī)電解質(zhì)的凝聚作用為高分子絮凝劑的架橋創(chuàng)造了良好的條件，從而大大提高了絮凝的效果。這種包括凝聚和絮凝機(jī)理的過程，稱為混凝。膠體懸浮液↓加入電解質(zhì)粒子間的排斥作用降低、脫穩(wěn)、凝聚成微?！?/p>