生物分離工程預(yù)處理和固液分離課件.ppt

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1、生物分離工程發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離第一章發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離生物反應(yīng)過程示意圖概述發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離生物分離過程的一般流程概述原料液細(xì)胞分離(離心，過濾)細(xì)胞－胞內(nèi)產(chǎn)物路線一路線二細(xì)胞破碎碎片分離路線一A路線一B清液－胞外產(chǎn)物粗分離(鹽析、萃取、超過濾等)純化(層析、電泳)脫鹽(凝膠過濾、超過濾)濃縮(超過濾)精制(結(jié)晶、干燥)包含體溶解(加鹽酸胍、脲)復(fù)性發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離概述發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離概述微生物或動植物細(xì)胞在合適的培養(yǎng)基，ＰＨ值，溫度和通氣攪拌（或厭氣）等發(fā)酵條件下進(jìn)行生長和合成生物活性物質(zhì)，因為在其培養(yǎng)（發(fā)酵）液中包含

2、了菌（細(xì)胞）體，胞內(nèi)外代謝產(chǎn)物，胞內(nèi)的細(xì)胞物質(zhì)及剩余的培養(yǎng)基殘分等。不管人們所需要的產(chǎn)物是胞內(nèi)的還是胞外的或是菌體本身，都首先要進(jìn)行培養(yǎng)液的預(yù)處理和菌體回收，只有將固，液分離開，才能從澄清的濾液中采用物理、化學(xué)的方法提取代謝產(chǎn)物，或從細(xì)胞出發(fā)進(jìn)行破碎、碎片分離和提取胞內(nèi)產(chǎn)物。14.發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理14.1懸浮液的預(yù)處理懸浮液的基本特性①細(xì)胞的相對密度與培養(yǎng)液相似②可壓縮性，粘稠，非牛頓流體，流變行為復(fù)雜③懸浮狀態(tài)穩(wěn)定為何要對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理由于所需的產(chǎn)品在培養(yǎng)液和菌體中濃度很低，并與許多雜質(zhì)夾雜

3、在一起，同時發(fā)酵液或生物溶液又屬于非牛頓型流體，所以必須進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理的目的發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理預(yù)處理的目的主要有三個：⑴改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離器的效率；⑵盡可能使產(chǎn)物轉(zhuǎn)入便于后處理的一相中（多數(shù)是液相）；⑶去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)，以利于后續(xù)各步操作。預(yù)處理的方法發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理⑴加熱法⑵調(diào)節(jié)懸浮液的PH值⑶凝聚和絮凝凝聚與絮凝發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理凝聚與絮凝其處理過程就是將化學(xué)藥劑預(yù)先投加到懸浮液中，改變細(xì)胞、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，使它們聚集成可分離

4、的絮凝體，再進(jìn)行分離。凝聚和絮凝發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理凝聚和絮凝是兩種方法，兩個概念。凝聚：指在投加的化學(xué)物質(zhì)（鋁、鐵的鹽類或石灰等）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成１mm大小塊狀凝聚體的過程。絮凝：指使用絮凝劑（天然的和合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團(tuán)的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。凝聚和絮凝發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理凝聚：膠體粒子(10-100nm)中性鹽促進(jìn)下脫穩(wěn)相互聚集成大粒子（1mm）機(jī)理：a中和粒子表面電荷b消除雙電層結(jié)構(gòu)絮凝：大分子聚電解質(zhì)將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)狀，形成絮凝團(tuán)的過程機(jī)理：架橋作用凝聚和絮凝

5、在發(fā)酵液預(yù)處理中的應(yīng)用發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理凝聚和絮凝技術(shù)能有效的改變細(xì)胞菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài),使其聚集起來,增大體積以便固液分離,常用于菌體細(xì)小而且黏度大的發(fā)酵液的預(yù)處理中.發(fā)酵液的帶電現(xiàn)象發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理發(fā)酵液中的細(xì)胞、菌體或蛋白質(zhì)等膠體粒子的表面，一般都帶有電荷，帶電的原因很多，主要是吸附溶液中的離子或自身基團(tuán)的電離。通常發(fā)酵液中細(xì)胞或菌體帶有負(fù)電荷，由于靜電引力的作用使溶液中帶相反電荷的粒于（即正離子）被吸附在其周圍，在界面上形成了雙電層。但是這些正離子還受到使它們均勻分布開去的熱運動的影響，具有離開膠粒表面的趨勢，在這兩

6、種相反作用的影響下，雙電層就分裂成兩部分，在相距膠核表面約一個離子半徑的stern平面以內(nèi)，正離子被緊密束縛在膠核表面，稱為吸附層或stern層；在stern平面以外，剩余的正離子則在溶液中擴(kuò)散開去，距離越遠(yuǎn)，濃度越小，最后達(dá)到主體溶液的平均濃度，稱為擴(kuò)散層。這樣就形成了擴(kuò)散雙電層的結(jié)構(gòu)模型。膠體雙電層結(jié)構(gòu)懸浮液的預(yù)處理發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離預(yù)處理方法發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理高價無機(jī)離子的去除Ca2+草酸Mg2+三聚磷酸鈉Fe3+黃血鹽（普魯士藍(lán)）蛋白質(zhì)去除加熱調(diào)pH(草酸，無機(jī)酸或堿)有機(jī)溶劑蛋白沉淀劑ζ電位發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理在不同的界面上就

7、會形成不同的電位，膠核表面的電位φs是整個雙電層的電位，Stern平面上的電位為φd，在滑移面上的電位為ζ,稱ζ電位（或稱電動電位）。這三種電位中只有ζ電位能實際測得，所以可以認(rèn)為它是控制膠粒間電排斥作用的電位，用來表征雙電層的特征，并作為研究凝聚機(jī)理的重要參數(shù)。ζ電位的計算：懸浮液的預(yù)處理發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離符號說明：發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離懸浮液的預(yù)處理其中D—水的介電常數(shù)；q—膠體的電動電荷密度，即滑移面上的電荷密度；δ—擴(kuò)散層的有效厚度，即為吸附層和擴(kuò)散層界面處電位φ