发酵液过滤特性的改变

1、第一节 发酵液过滤特性的改变发酵液成分复杂：菌体，残存的固体培养基，未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。发酵液特性：1、发酵产物浓度较低，大多为1%10%，悬浮液中大部分是水；2、悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；3、固体粒子可压缩性大（细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料）；4、液相粘度大，大多为非牛顿型流体；5、性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。以上使固液分离变得相当困难，应进行适当预处理才行，降低滤饼比阻，提高过滤与分离速度U×A=A2P X=APxw（vvF） Uw（vvF）A：过滤面积；P：为通

2、过滤饼和过滤介质后的压力降；U：滤液通量；W：单位滤液体积中沉积固体的干重；u：滤液的粘度；V：单位时间内累积的滤液体积。vF为沉积与过滤介质阻力相当的滤饼厚度所滤过的滤液体积x=（m-n-1ln+1t2n）(P)nP：为通过滤饼和介质后的压力降；m：单位质量干滤饼对应过滤饼的质量；l：床层厚度；n：常数，滤饼的可压缩度，不可压力n=0，高度可压n=1； n=0，x=m-1l=l/m，x下降减少床层厚度；m上升减少滤液的悬浮物； n=1，x=m-2l2t2(P)2,x下降l下降，t下降（过滤时间），P下降悬浮物，粘度下降，m上升，减少悬浮物。 一、降低液体粘度（加水、加热）对于通过一个圆形直管

3、的粘性流可采用哈根泊肃叶（Hagen-poiseuilles）议程： U=Dc2PU=dm2P 32lckbmU：流体的平均速度，为流体的粘度，P为流体流过圆管的压力降，dc和lc分别为圆管的直径与长度。dm、bm为流体流过滤床层的当量直径为长度。K，常数取决于床层结构。可见U与成反比，降低粘度可有效提高过滤速率。1、加水稀释法：（1）加大后继过程的处理任务；（2）实际效果：即若加水一倍，则稀释后液体的粘度下降50%以上才能有效提高过滤速度。2、加热：加热可降低粘度：如120Be麦芽汁40度加热到75度粘下降一半，速可加倍。如链霉素PH3.0时，加热70度，半小时，过滤速度可增大10100倍。

4、（有蛋白质凝聚，m上升）（1）加热温度控制：不影响目标产物的活性；（2）时间控制：不造成细胞溶解，胞内物处溢，使后续分离纯化复杂化。 二、调整PH（1）对于两性物质（氨基酸、蛋白质），调PH至等电点，所带净电荷为零，溶解度最小，发生等电点沉淀。（2）膜过滤中，调整PH改变易吸附分子的电荷性质，减少堵塞和污染；（3）细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个PH值下有可能凝聚成较大颗粒，有利过滤。 三、凝聚与絮凝1、凝聚（1）双电层：发酵液中胶体粒子的表面带电荷（吸附溶液中的离子，自动基因的电离）如菌体或蛋白体（生理PH值下）带负荷静电引力，吸附阳离子在界面形成双电层使胶粒之间不易凝聚，稳定分散。双电

5、层电位越高，电排反越强，胶粒稳定，分散越好，过滤越难。（2）电解质的凝聚：加入电解质异电离子作用下，双电原电位降低胶体稳定下降相互碰撞而凝聚。（3）凝聚值凝聚值：使胶粒发生凝集作用的最小电解质浓度（mmol/L）。反离子的价数越高，凝聚值就越小。A13+Fe3+H+常用的有明矾（硫酸铝）、石灰、硫酸亚铁、三氯化铁等。2、絮凝相对凝颗粒粗大；相对凝聚更为昂贵；（1）絮凝剂的絮凝作用：絮凝剂（能溶于水的高分子聚合物，相对分子质量数万1千万，长链结构）链节上含有许多活性官能团，阴离子（-）或阳电子（-NH3+）、不带电的非离子型基团通过静电引力、范 华力、氢键等吸收在胶粒表面当许多链节分别吸附在不同

6、胶粒表面上产生桥架联授形成较大絮团。（2）絮凝剂化学结构含有相当多的活性官能团，能与胶粒表面结合。长链线性结构，与较多的胶粘液表面结合。相对分子质量不能超过限度，保证其有良好的水溶性。（3）絮凝剂的分类：有机高分子聚合物：如聚丙大 类（絮团粗大、用量少、絮凝快、效好，但有毒）、聚丙烯酸类（无毒，可用于医药、食品）、聚乙烯等。无机高分子聚合物、如聚合铝盐、聚合铁盐等。天然有机高分子絮凝剂，如明胶、骨胶、壳多糖、海藻酸钠、聚糖类胶粘物。（4）影响絮凝效果的因素（确定了某种絮凝剂）添加量：试验确定最适添加量少：胶粒吸附不完全多：形成的絮团小PH值：影响絮凝剂活性官能团的电离度，进一步影响吸附强弱。另

7、外还有：搅拌转速、时间等。3、混凝混凝是包括凝聚和絮凝机理的过程。（1）单独使用絮凝剂如带负电的菌体、蛋白质+阳离子型高分子絮凝剂具有降低胶粒双电层电位，产生吸附桥架的双重作用。（2）电解质+絮凝剂在无机电解质的凝聚作用基础上，高分子絮凝剂架桥絮凝效果更好四、加入助滤剂1、助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，使滤饼疏松，过滤阻力下降，滤速加快。2、使用方法：在过滤介质表面预涂助滤剂直接加入发酵液也可以以上两种并用3、助滤剂选择（1）不吸附目的产物（2）粒度与悬浮与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应（颗粒小、用较细的助滤剂）（3）使用量适合过少：起不到有效的作用过多：浪费、助滤助成为主要的滤饼阻力，速率下降。（4）与过滤介质和过滤情况相配合。粗目滤网：防泄漏：石拦粉、纤维素、淀粉细目滤网：细硅藻土烧结成粘结材料介质：纤维素 五、加入反应剂1、目的：加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。2、举例：（1）加入反应剂生成不溶性沉淀助滤剂、凝固胶体等物质过滤性能上升，如在新生霉素发酵液中加入cacl2和Na3po4，