發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離ppt課件.ppt

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1、教材：起始上世紀(jì)50年代馬譽徵先生主編的《抗生素》，發(fā)展于70-80年代鄔行彥等主編的《抗生素生產(chǎn)工藝學(xué)》，90年代俞俊棠、唐孝宣、鄔行彥主編的《生物工藝學(xué)》?！缎戮幧锕に噷W(xué)》下冊鄔行彥《生物分離工程實驗》劉葉青參考教材《現(xiàn)代生物分離工程》曹學(xué)君《生化分離工程》嚴(yán)?？怠渡锓蛛x工程》孫彥《生物分離技術(shù)》譚天偉1生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程示意圖本門課程解決的問題2生物分離過程的一般流程3第十四章發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離第一講4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5發(fā)酵液成分很復(fù)雜，

2、包含菌（細(xì)胞）體，胞內(nèi)外代謝產(chǎn)物，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)還是胞外，都首先要進(jìn)行培養(yǎng)液的預(yù)處理和固液分離開，才能進(jìn)行后續(xù)操作：對于胞外產(chǎn)物，可先將菌體或其他懸浮雜質(zhì)去處，才能從澄清的濾液中提取代謝產(chǎn)物。對于胞外產(chǎn)物，首先富集菌體，再進(jìn)行細(xì)胞破碎和碎片分離，然后提取胞內(nèi)產(chǎn)物。614.1發(fā)酵液的預(yù)處理（Pretreatment）7為何要對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？發(fā)酵液的基本特性發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為1-10%，懸浮物顆粒小，細(xì)胞的相對密度與培養(yǎng)液相似。可壓縮性液相粘度大，大多為非牛頓型流體；懸浮狀態(tài)穩(wěn)定：雙電層、水化膜、

3、布朗運動8為何要對發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？固液分離方法主要是過濾和離心。對于細(xì)菌及某些放線菌，菌體細(xì)小，液體粘度大，不能直接過濾，若用高速離心，能耗很大，設(shè)備昂貴。若用膜分離技術(shù)（如微濾）易產(chǎn)生膜污染，通量降低。發(fā)酵液中由于菌體自溶，核酸、蛋白質(zhì)及其它有機粘性物質(zhì)的存在也會影響固液分離。因而尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來提高固液分離速度顯得十分必要。9預(yù)處理的目的預(yù)處理的目的：促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率：⑴改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，包括增大懸浮液中固體粒子的尺寸，降低液體黏度。⑵相對純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價無機離子和雜

4、蛋白質(zhì)），以利于后續(xù)各步操作。⑶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）；10預(yù)處理的方法凝聚和絮凝Coagulationandflocculation加熱法Heating調(diào)節(jié)懸浮液的PH值RegulationofPH雜蛋白的去處Removalofuselessprotein高價無機離子的去處Removalofinorganicion助濾劑Filteraids和反應(yīng)劑Reactant11一凝聚和絮凝在發(fā)酵液預(yù)處理中的應(yīng)用凝聚與絮凝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，

5、使其聚集起來,增大體積以便固液分離。凝聚和絮凝技術(shù)常用于菌體細(xì)小而且黏度大的發(fā)酵液的預(yù)處理中。12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）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13凝聚：膠體粒子在中性鹽促進(jìn)下脫穩(wěn)相互聚集成大粒子（1mm）機理：1）中和粒子表面電荷2）消除雙電層結(jié)構(gòu)3）破壞水化膜（一）凝聚Coagulation14發(fā)酵液中菌體表面

6、帶有負(fù)電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附在其周圍，在界面上形成了雙電層。正離子同時受到使它們均勻分布的熱運動影響，具有離開膠粒表面的趨勢。膠體雙電層結(jié)構(gòu)15兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：1）吸附層或stern層；2）擴散層。形成了擴散雙電層的結(jié)構(gòu)模型(Gouy-Chapman-Sternmodel)。膠體雙電層結(jié)構(gòu)16膠體雙電層結(jié)構(gòu)不同界面上形成不同的電位: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;滑移面上的電位為ζ,稱ζ電位（電動電位）。17ζ電位的計算：D—水的介電常數(shù)；q—膠體的電動電荷密度，即

7、滑移面上的電荷密度；δ—擴散層的有效厚度，即為吸附層和擴散層界面處電位φd降低到其值為1/e處的距離，不能直接測定.ζ電位是控制膠粒間電排斥作用的電位，用來表征雙電層的特征，并作為研究凝聚機理的重要參數(shù)。18δ—擴散層的有效厚度式中N一阿伏伽德羅常數(shù)；T一熱力學(xué)溫度：k—波爾茲曼常數(shù)；e—電子電荷；Zi—i種反離子的化合價；Ci—i種離子的摩爾濃度。19雙電層與凝聚由式（14－1）和式（14一2）可知，ζ電位與擴散層厚度δ和電動電荷密度q成正比，而擴散層厚度又與溶液中反離子強度和電荷成反比。對帶負(fù)電性菌體的發(fā)酵液，高價陽離子的存在，可壓

8、縮擴散層的厚度，促使ζ電位迅速降低，而且化合價越高，這種影響越顯著。20凝聚價或凝聚值在發(fā)酵液中加入具有高價陽離子的電解質(zhì)，能脫除膠粒表面的水化膜，降低ζ電位，使雙電層的排斥力減少，當(dāng)不足以抗衡膠粒間的范德