发酵液的预处理和固液分离方法

1、 14.发酵液的预处理和固液分离影响发酵液后处理的主要因素粘度粘度, ,杂蛋白杂蛋白n影响树脂对产物的吸附能力；影响树脂对产物的吸附能力；n在萃取操作中，易产生乳化，不利在萃取操作中，易产生乳化，不利 于两相的分离；于两相的分离；n污染滤膜，降低滤速污染滤膜，降低滤速高价无机离子高价无机离子 当采用离子交换法提取产物时，影响当采用离子交换法提取产物时，影响树脂对生化物质的交换容量树脂对生化物质的交换容量14.1发酵液的预处理降低发酵液粘度去除杂蛋白14.1.1 14.1.1 凝聚凝聚和和絮凝絮凝技术技术 这两项技术能有效地改变细胞、菌体和这两项技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散

2、状态、使之聚集，蛋白质等胶体粒子的分散状态、使之聚集，增大体积，利于过滤，常用于菌体细小且粘增大体积，利于过滤，常用于菌体细小且粘度大的发酵液预处理中。度大的发酵液预处理中。凝 聚定义： 在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象，称凝聚。sd电位：可测n电位：n电位与扩散层厚度电位与扩散层厚度和电动电荷密度和电动电荷密度q q成成正比。扩散成厚度正比。扩散成厚度又与溶液的离子强度又与溶液的离子强度I I有关。高价阳离子的存在，可压缩扩散层有关。高价阳离子的存在，可压缩扩散层厚度，使电位迅速降低。厚度，使电位迅速降低。Dq4221.41000CiZiNeDkT常用凝聚剂

3、高价阳离子凝聚能力的次序为：凝聚能力的次序为：AlAl3+3+FeFe3+3+HH+ +CaCa2+2+MgMg2+2+KK+ +NaNa+ +LiLi+ +常用电解质：常用电解质：AlAl2 2(SO(SO4 4) )3 318H18H2 2O O、AlClAlCl3 36H6H2 2O O、FeClFeCl3 3、ZnSOZnSO4 4、MgSOMgSO4 4絮 凝定义： 是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使细胞聚集形成粗大的絮凝团的过程。常用絮凝剂：人工高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯，聚乙稀人工高分子聚合物：聚丙烯酰胺、聚苯乙烯，聚乙稀亚胺的衍生物亚胺的衍生物无机高分子聚合

4、物：聚合铝盐、聚合铁盐无机高分子聚合物：聚合铝盐、聚合铁盐天然有机高分子絮凝剂：壳聚糖、葡聚糖、明胶、骨天然有机高分子絮凝剂：壳聚糖、葡聚糖、明胶、骨胶胶微生物絮凝剂：糖蛋白，粘多糖，纤维素，核酸微生物絮凝剂：糖蛋白，粘多糖，纤维素，核酸聚丙烯酰胺絮凝剂聚丙烯酰胺絮凝剂影响絮凝的因素絮凝剂的加量絮凝剂的加量絮凝剂的分子量絮凝剂的分子量溶液的溶液的pHpH搅拌速度搅拌速度搅拌时间搅拌时间14.1.2 14.1.2 杂蛋白的其他去除方法杂蛋白的其他去除方法变性沉淀变性沉淀热变性：适于热稳定物质热变性：适于热稳定物质大幅度调整大幅度调整pHpH：根据产物特性反向调节，：根据产物特性反向调节，加有机溶

5、剂加有机溶剂等电点沉淀等电点沉淀化合法沉淀化合法沉淀 在酸性溶液中，蛋白质与阴离子形在酸性溶液中，蛋白质与阴离子形成沉淀，如：三氯乙酸，水杨酸盐，钨成沉淀，如：三氯乙酸，水杨酸盐，钨酸盐，苦味酸盐，鞣酸盐，过氯酸盐等酸盐，苦味酸盐，鞣酸盐，过氯酸盐等 在碱性溶液中，与阳离子形成沉淀，在碱性溶液中，与阳离子形成沉淀，如：如：AgAg+ +，CuCu2+2+，ZnZn2+2+，FeFe3+3+，PbPb2+2+等等14.1.3 14.1.3 高价无机离子的去除高价无机离子的去除GaGa2+2+：加入草酸和草酸盐，生成草酸钙；加入磷：加入草酸和草酸盐，生成草酸钙；加入磷酸盐，生成磷酸钙酸盐，生成磷酸

6、钙MgMg2+2+：加入草酸；加入磷酸盐，生成磷酸镁；三：加入草酸；加入磷酸盐，生成磷酸镁；三聚磷酸钠（聚磷酸钠（NaNa5 5P P3 3O O1010），生成可溶性络合物），生成可溶性络合物FeFe3+3+：加入黄血盐，生成普鲁士兰沉淀：加入黄血盐，生成普鲁士兰沉淀14.2 发酵液的固液分离14.2.1 14.2.1 影响固液分离的因素影响固液分离的因素14.2.2 14.2.2 过滤过滤定义： 在一定的压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中的固体粒子，进行固液分离的方法称为过滤。)(RcRmpAdtdQLAWRc过滤介质无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭、铁矿砂等无定形颗粒：无烟煤、砂

7、、颗粒活性炭、铁矿砂等成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂粘成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂粘结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤维非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤维滤布、短纤维滤布。滤布、短纤维滤布。金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。过滤设备选择的依据被过滤液体的特性被过滤液体的特性 固形物含量固形物含量1-101-10是采用连续式过滤机的极限。是采用连续式过滤机的

8、极限。生产规模：大规模生产规模：大规模连续式连续式 小规模小规模间歇式间歇式操作条件操作条件操作要求操作要求过滤机的材料：食品和药品工业过滤机的材料：食品和药品工业聚丙烯或聚酯聚丙烯或聚酯过滤设备板框过滤机优点： 结构简单、装配紧凑、过滤面积大、允许采结构简单、装配紧凑、过滤面积大、允许采用较大的操作压力，辅助设备少，动力消耗小，用较大的操作压力，辅助设备少，动力消耗小，过滤和洗涤质量好，对固形物含量要求低，材料过滤和洗涤质量好，对固形物含量要求低，材料选择范围广。选择范围广。缺点： 设备笨重、占地面积多、辅助时间长生产效设备笨重、占地面积多、辅助时间长生产效率低。率低。 板框过滤机板框过滤机

9、 真空转鼓过滤机优点： 真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、处理量大。特别适合固体含量大（量大。特别适合固体含量大（1010）的悬浮液的分离，在）的悬浮液的分离，在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细胞悬浮液的过滤分离。浮液的过滤分离。缺点： 由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的由于受真空度的限制，不适于菌体较小和粘度较大的细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。细菌发酵液的过滤，且过滤所得固相的干度不如加压过滤。 真空转鼓过滤机真空转鼓过滤机14.2.3 离

10、心定义： 借助离心机旋转所产生的离心力的作用，促使不同大小，不同密度的粒子分离的技术。rNNrrFC22224)2(离心力（单位质量）分离因数gFZCn粒子的重力沉降速度nStokes 定律：n n粒子的离心沉降速度离心分离方法差速离心差速离心工业上最常用的离心分离方法工业上最常用的离心分离方法菌体、菌体、细胞细胞大小大小/m离心力离心力/g实验实验室室工业工业规模规模大肠大肠杆菌杆菌2-4150013000酵母酵母2-715008000血小血小板板2-45000红细红细胞胞6-91200淋巴淋巴球球7-12500区带离心区带离心多用于生化研究多用于生化研究 事先在离心管中用某种低分子溶质调配

11、事先在离心管中用某种低分子溶质调配好密度梯度，在密度梯度之上加待处理的料液后好密度梯度，在密度梯度之上加待处理的料液后进行离心。进行离心。常用密度梯度物质： 蔗糖、蔗糖、CsCl、NaBr实验室常用的转子碟片式离心机 是传统离心机，为目前工业上应用最广泛的是传统离心机，为目前工业上应用最广泛的离心机。分离因数可达离心机。分离因数可达1000-200001000-20000，最大处理，最大处理量达到量达到300m300m3 3/h/h，常用于大规模的分离过程，常用于大规模的分离过程。适用范围 细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片离心分离设备 管式离心机 管式离心机是一种分

12、离效率很高的离心分离设管式离心机是一种分离效率很高的离心分离设备，其转鼓细长，可在备，其转鼓细长，可在15000-5000015000-50000的高转速下工作，的高转速下工作，分离因数可达分离因数可达10104 4-6-610105 5。它设备简单、操作稳定。它设备简单、操作稳定。适用范围 细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、核酸等。特别适合一般分离机难以分离的固形物含量酸等。特别适合一般分离机难以分离的固形物含量1% 1% 发酵液的分离。发酵液的分离。 倾析式分离机 是一种靠离心力和螺旋的推动力作用自是一种靠离心力和螺旋的推动力作用自动连续排渣的离心机。具操作连续、适应动连续排渣的离心机。具操作连续、适应性强、结构紧凑和维修方便的优点。分离性强、结构紧凑和维修方便的优点。分离因数为因数为1500-30001500-3000。适用范围 特别适合固形物含量较多的悬浮液的特别适合固形物含量较多的悬浮液的分离。分离。14.3 全发酵液提取全发酵液提取全发酵液的提取全发酵液的提取: :从悬浮液中直接提取生化物从悬浮液中直接提取生化物质质n膜技术膜技术n双水相萃取双水相萃取n扩张床扩张床( (膨胀床膨胀床):):expended bed adsor