2发酵液的预处理.ppt
2.2.发酵液的预处理发酵液的预处理23发酵液预处理的内容发酵液预处理的内容固液分离固液分离发酵液发酵液胞外胞外上清液上清液/滤液滤液预处理预处理生化分离的第一步，提取生化物质的第生化分离的第一步，提取生化物质的第一步，分两部分：一步，分两部分：胞内胞内富集细胞富集细胞4n发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。外代谢产物，及剩余的培养基残分等。n不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能进行后续操作进行后续操作n对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。n对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。碎和碎片分离，然后提取胞内产物。目的目的促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率：改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。寸，降低液体黏度。相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。蛋白质），以利于后续各步操作。尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；采用絮凝或凝聚的方法，设法增大悬浮液中固体粒子采用絮凝或凝聚的方法，设法增大悬浮液中固体粒子的大小，提高其沉降速度；的大小，提高其沉降速度；或采用稀释、加热等方法降低黏度，以利于过滤。或采用稀释、加热等方法降低黏度，以利于过滤。2.1 2.1 发酵液的预处理发酵液的预处理2.1.1 发酵液过滤特性的改变发酵液过滤特性的改变微生物发酵液的特性为：微生物发酵液的特性为：发酵产物浓度较低，大多为发酵产物浓度较低，大多为1-10%1-10%，悬浮液中大部分是水；，悬浮液中大部分是水；悬浮物颗粒小，相对密度不大；悬浮物颗粒小，相对密度不大；固体粒子可压缩性大；固体粒子可压缩性大；液相粘度大；液相粘度大；性质不稳定，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用性质不稳定，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。的影响。微生物发酵液的成分极为复杂，其中除了所培养的微生物菌体及残微生物发酵液的成分极为复杂，其中除了所培养的微生物菌体及残存的固体培养基外，还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋存的固体培养基外，还有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。白质，以及微生物的各种代谢产物。2.1.2 2.1.2 预处理的方法预处理的方法1.1.加热法加热法 HeatingHeating2.2.调节悬浮液的调节悬浮液的PHPH值值 Regulation of PHRegulation of PH3.3.助滤剂助滤剂Filter aidsFilter aids和反应剂和反应剂 ReactantReactant4.4.凝聚和絮凝凝聚和絮凝 Coagulation and flocculation Coagulation and flocculation 5.5.杂蛋白的去除杂蛋白的去除 Removal of useless Removal of useless proteinprotein1.1.加热加热1 1）加热降低液体粘度）加热降低液体粘度 液体黏度是温度的指数函数，液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。升温是降低黏度的有效措施。可有效提高过滤速率可有效提高过滤速率。加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加热能改善发酵液的操作特性。热能改善发酵液的操作特性。麦芽汁的黏度麦芽汁的黏度-温度曲线。温度曲线。n2 2）加热使蛋白质变性凝固）加热使蛋白质变性凝固 变性蛋白质的溶解度小。如柠檬酸发酵液加变性蛋白质的溶解度小。如柠檬酸发酵液加热至热至8080以上，可使蛋白质变性凝固，过滤以上，可使蛋白质变性凝固，过滤速度加快。速度加快。2.2.调整调整pHpH1)pH1)pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节调节pHpH值可改善其过滤特性值可改善其过滤特性.2)2)调节发酵液的调节发酵液的pHpH到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。大幅度改变大幅度改变pHpH还能使蛋白质变性凝固。还能使蛋白质变性凝固。3)3)细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pHpH值下也可能趋于值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。0020040060061218pH4.6pH4.2pH3.8pH2.8FiltrateVolume,cm3Time,minutesFigTheeffectonfiltratevolumeofpH3.3.凝聚与絮凝凝聚与絮凝n凝聚与絮凝凝聚与絮凝处处理就是将理就是将某些化学某些化学药剂药剂预预先投先投加到加到悬悬浮液中，改浮液中，改变细变细胞、菌体和蛋白胞、菌体和蛋白质质等等胶体粒子的分散状胶体粒子的分散状态态，破坏其，破坏其稳稳定性，使其定性，使其聚集聚集起来起来,增大体增大体积积以便固液分离。以便固液分离。n凝聚和絮凝技凝聚和絮凝技术术常用于菌体常用于菌体细细小而且黏度大小而且黏度大的的发发酵液的酵液的预处预处理中。理中。机理：机理：1）中和粒子表面电荷中和粒子表面电荷,消除双电层结构消除双电层结构2 2）破坏水化膜）破坏水化膜（1 1）凝聚）凝聚 指在投加的化学物质（铝、铁的化合物）作用下，使粒子相指在投加的化学物质（铝、铁的化合物）作用下，使粒子相互聚集成互聚集成 mm mm 大小块状凝聚体的过程。大小块状凝聚体的过程。n发酵液中菌体表面发酵液中菌体表面带有负电荷，由于带有负电荷，由于静电引力使溶液中静电引力使溶液中反离子被吸附在其反离子被吸附在其周围，在界面上形周围，在界面上形成了双电层。成了双电层。胶体双电层结构胶体双电层结构阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+常用的凝聚剂电解质有：常用的凝聚剂电解质有：硫酸铝硫酸铝 AlAl2 2(SO(SO4 4)3 3 18H18H2 2O O（明矾）；（明矾）；氯化铝氯化铝 AlClAlCl3 3 6H6H2 2O;O;三氯化铁三氯化铁 FeClFeCl3 3;硫酸亚铁硫酸亚铁 FeSOFeSO4 47H7H2 2O O；石灰；石灰；ZnSOZnSO4 4；MgCOMgCO3 3（2）絮凝）絮凝l指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子相互连接，形成子相互连接，形成10mm大小絮凝团的过程。大小絮凝团的过程。l絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，长链状结构，其链节，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带电荷的阴离子（如上含有许多活性官能团，包括带电荷的阴离子（如-COOH）或）或阳离子（如阳离子（如-NH2）基团以及不带电荷的非离子型基团。）基团以及不带电荷的非离子型基团。l絮凝剂通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附絮凝剂通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。在胶粒的表面。18高分子絮凝剂的吸附架桥作用高分子絮凝剂的吸附架桥作用 絮凝剂的类型：絮凝剂的类型：工业上使用的絮凝剂可分为四类：工业上使用的絮凝剂可分为四类：人工合成有机高分子聚合物人工合成有机高分子聚合物天然有机高分子聚合物天然有机高分子聚合物无机高分子聚合物，微生物絮凝剂无机高分子聚合物，微生物絮凝剂1 1）人工合成有机高分子聚合物：）人工合成有机高分子聚合物：目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯聚丙烯酸类和聚苯乙烯类衍生物。酸类和聚苯乙烯类衍生物。高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类：阴离子型（含有羧基可分为三类：阴离子型（含有羧基)阳离子型（含有胺基）阳离子型（含有胺基）、非离子型、非离子型2 2）天然有机高分子絮凝剂）天然有机高分子絮凝剂 人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到存在着有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，原料来源广等优点。原料来源广等优点。n天然有机高分子絮凝剂根据其原料来源不同可分天然有机高分子絮凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。n其中淀粉絮凝剂的研究开发最引人注目。其中淀粉絮凝剂的研究开发最引人注目。3 3）无机高分子聚合物）无机高分子聚合物聚合铁系和铝系两大类聚合铁系和铝系两大类u聚合铁絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影聚合铁絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响小，亲和力强，能有效地去除悬浮物等优点，响小，亲和力强，能有效地去除悬浮物等优点，缺点腐蚀性强、稳定性差。缺点腐蚀性强、稳定性差。u聚合铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机聚合铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。金属盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。4 4）微生物絮凝剂）微生物絮凝剂n微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂，n由由微生物微生物或其分泌物产生的具有絮凝功能的代谢产或其分泌物产生的具有絮凝功能的代谢产物。物。n包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂，克隆技术所获得的絮凝剂胞壁代谢产物的絮凝剂，克隆技术所获得的絮凝剂 n主要成分是糖蛋白、多糖、纤维素及核酸等高分子主要成分是糖蛋白、多糖、纤维素及核酸等高分子物质。物质。n微生物絮凝剂和天然絮凝剂（与化学合成的絮凝剂微生物絮凝剂和天然絮凝剂（与化学合成的絮凝剂相比）最大的优点是安全，无毒和不污染环境相比）最大的优点是安全，无毒和不污染环境。n常用微生物絮凝剂常用微生物絮凝剂：红平红球菌，浮游藻类，分枝：红平红球菌，浮游藻类，分枝杆菌，硅酸盐芽孢杆菌。杆菌，硅酸盐芽孢杆菌。絮凝的影响因素絮凝的影响因素n发发酵液的性酵液的性质质（细细胞胞浓浓度，表面度，表面电电荷）；荷）；n絮凝絮凝剂剂的的浓浓度：絮凝效度：絮凝效果呈果呈钟钟形形变变化。化。npH pH 控制；控制；pHpH主要影响离主要影响离子型絮凝子型絮凝剂剂功能功能团团的的电电离度，从而影响了分子离度，从而影响了分子链链的伸展状的伸展状态态，改，改变变了了絮凝作用絮凝作用n搅搅拌速度拌速度4 4.加入助滤剂（加入助滤剂（filter aidsfilter aids）n一种不可压缩的多孔微粒，一种不可压缩的多孔微粒，n在发酵液中加入助滤剂，在发酵液中加入助滤剂，菌体可吸附在助滤剂上，菌体可吸附在助滤剂上，降低了过滤阻力。降低了过滤阻力。n目前生物工业中常用的助目前生物工业中常用的助滤剂是活性炭、石英砂、滤剂是活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素、硅藻土，石棉粉、纤维素、硅藻土，珍珠岩粉等。珍珠岩粉等。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。杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。u1 1）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀,生生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，又能使蛋成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身可作为助滤剂白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身可作为助滤剂.如在新生如在新生霉素发酵液中加入霉素发酵液中加入CaClCaCl2 2和和NaNa3 3POPO4 4，生成，生成CaCa3 3(PO4)(PO4)2 2沉淀。沉淀。u2 2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶酶将其转化为单糖，将其转化为单糖，以提高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前以提高过滤速率。如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入加入0.025%0.025%的淀粉酶，搅拌的淀粉酶，搅拌30min30min后，再加后，再加2.5%2.5%硅藻土助滤剂，硅藻土助滤剂，可提高过滤效率可提高过滤效率5 5倍。倍。5.5.加入反应剂加入反应剂 发酵液中的杂质发酵液中的杂质a.高价无机离子（高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）b.杂蛋白杂蛋白在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。u在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力，在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力，u在常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞或受污染，影响过滤效率。在常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞或受污染，影响过滤效率。因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。2.1.3 2.1.3 发酵液的相对纯化发酵液的相对纯化除去发酵液中一些杂蛋白或高价无机离子除去发酵液中一些杂蛋白或高价无机离子1.1.高价无机离子的去除方法高价无机离子的去除方法1)Ca1)Ca2+2+草酸、草酸钠，草酸、草酸钠，形成草酸钙沉淀形成草酸钙沉淀（注意回收草酸）（注意回收草酸）；2)Mg2)Mg2+2+三聚磷酸钠，三聚磷酸钠，形成三聚磷酸钠镁可形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物；溶性络合物；3)Fe3)Fe2+2+黄血盐黄血盐 K K4 4Fe(CN)Fe(CN)6 6），普鲁士兰普鲁士兰沉淀法沉淀法 KFeKFe2 2(CN)6Fe(CN)6Fe3 3，2.2.杂蛋白去除杂蛋白去除1)1)沉淀法沉淀法 precipitationprecipitation2)2)变性变性 denaturation denaturation 3)3)吸附法吸附法 adsorptionadsorption1)1)沉淀法沉淀法 precipitationprecipitationA.A.等电点沉淀法等电点沉淀法 （isoelectric precipitationisoelectric precipitation）蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。在酸性溶液中带正电荷；在酸性溶液中带正电荷；在碱性溶液中带负电荷。在碱性溶液中带负电荷。在某一在某一pHpH下，净电荷为零，溶解度最小，称为下，净电荷为零，溶解度最小，称为等电点。等电点。蛋白质的等电点大都在酸性范围内蛋白质的等电点大都在酸性范围内(pH4.0(pH4.05.5)5.5)，调节发酵，调节发酵液的液的pHpH到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。B.B.酸碱调节，使蛋白质与离子形成沉淀酸碱调节，使蛋白质与离子形成沉淀l在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子形成沉淀，在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子形成沉淀，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、苦味酸盐等；如三氯乙酸盐、水杨酸盐、苦味酸盐等；l在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子形成沉淀，在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子形成沉淀，如如CuCu2+2+、ZnZn2+2+、FeFe3+,3+,Ag+、等。、等。2)2)变性变性 Denaturation 蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。蛋白质从有规则的排列变成不规则结构的过程称为变性。变性蛋白质溶解度较小。变性蛋白质溶解度较小。l加热，加热，l大幅度调节大幅度调节pHpH值，值，l加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。不足之处：不足之处：a.a.加热法只适合于对热较稳定的目的产物；加热法只适合于对热较稳定的目的产物；b.b.极端极端pHpH值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸碱；值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸碱；c.c.有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。n链霉素生产中，采用链霉素生产中，采用调调pHpH至酸性至酸性（pH3.0pH3.0），加热至），加热至7070，维持半个小时，维持半个小时的方法来使蛋白变性，能使过滤速度增的方法来使蛋白变性，能使过滤速度增大大10-10010-100倍，滤液粘度可降低倍，滤液粘度可降低1/61/6。n柠檬酸发酵液，采用加热至柠檬酸发酵液，采用加热至8080以上，以上，使蛋白质变性凝固和降低发酵液粘度，使蛋白质变性凝固和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。从而大大提高了过滤速度。蛋白质变性例子蛋白质变性例子:3)3)吸附法吸附法 adsorptionadsorptionn加入某些加入某些吸附剂或沉淀剂吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。吸附杂蛋白质而除去。n四环类抗生素生产中，采用四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌黄血盐和硫酸锌的协的协同作用生成胶状沉淀来吸附蛋白质，利用此法除同作用生成胶状沉淀来吸附蛋白质，利用此法除蛋白质已取得很好的效。蛋白质已取得很好的效。n在枯草杆菌发酵液中，常加入在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二氯化钙和磷酸氢二钠钠，这两者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌，这两者本身生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，体及其它不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。从而加快了过滤速度。2.2 2.2 菌体的回收菌体的回收2.2.1 2.2.1 影响发酵液菌体回收的因素影响发酵液菌体回收的因素1.1.发酵液中悬浮粒子的大小形状发酵液中悬浮粒子的大小形状2.2.发酵液的黏度发酵液的黏度viscosityviscosity：固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，菌体回收固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，菌体回收越困难。影响粘度的因素：越困难。影响粘度的因素：l菌体的种类和浓度（重要因素），菌体的种类和浓度（重要因素），通常丝状菌、动物通常丝状菌、动物或植物细胞悬浮液粘度较大或植物细胞悬浮液粘度较大;浓度增大，粘度也提高。浓度增大，粘度也提高。l培养液中蛋白质、核酸大量存在培养液中蛋白质、核酸大量存在：通常细胞破碎或粘：通常细胞破碎或粘度增大。因此细胞破碎的程度应控制，时间要适宜。度增大。因此细胞破碎的程度应控制，时间要适宜。l培养基成分：培养基成分：如用黄豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳如用黄豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都会升高。源，粘度都会升高。l此外，某些此外，某些染菌发酵液染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增大。，如染细菌，则粘度会增大。l发酵过程的不正常处理发酵过程的不正常处理，如大量过剩的培养基和消沫，如大量过剩的培养基和消沫油加入，都会使粘度增大。油加入，都会使粘度增大。2.2.2 2.2.2 常见的菌体回收方法常见的菌体回收方法n膜分离膜分离 membrane separationmembrane separationn离心离心 CentrifugationCentrifugation（第（第5 5章）章）n过滤过滤 filtrationfiltration39膜分离技术膜分离技术n概念：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选概念：用半透膜作为选择障碍层，利用膜的选择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差择性（孔径大小），以膜的两侧存在的能量差作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物作为推动力，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。中其它组分，从而达到分离目的的技术。40常见膜分离方法常见膜分离方法n按分离粒子大小分类：按分离粒子大小分类：透析（透析（DialysisDialysis，DSDS）微滤（微滤（MicrofiltrationMicrofiltration，MFMF）超滤（超滤（UltrafiltrationUltrafiltration，UFUF）纳滤（纳滤（NanofiltrationNanofiltration，NFNF）反渗透（反渗透（Reverse osmosisReverse osmosis，RORO）电渗析（电渗析（ElectrodialysisElectrodialysis，EDED）渗透气化（渗透气化（PervaporationPervaporation，PVPV）41截留分子量：截留分子量：微滤微滤 0.020.021010m m透析透析 3000 Dalton3000 Dalton 几万几万DaltonDalton超超滤 50501010或或500050005050万万DaltonDalton纳滤 20020010001000DaltonDalton或或1nm1nm反渗透反渗透 200200DaltonDalton42umumA ARELATIVERELATIVESIZE OFSIZE OFCOMMONCOMMONMATERIALMATERIAL过滤对象过滤对象过滤对象过滤对象MOLECULAMOLECULAR R WEIGHTWEIGHT分子量分子量分子量分子量0.0010.00110100.010.011001000.10.1100010001.01.010104 4101010105 51001001000100010106 610107 7100100200200 5,0005,00020,00020,000150,000150,000500,000500,000Aqueous saltsAqueous salts中水盐份中水盐份中水盐份中水盐份Metal ionsMetal ions金属离子金属离子金属离子金属离子SugarsSugars蔗糖蔗糖蔗糖蔗糖FILTRATIONFILTRATIONTECHNO-TECHNO-LOGYLOGY过滤方法过滤方法过滤方法过滤方法PyrogensPyrogens热源热源热源热源VirusVirus病毒病毒病毒病毒Colloidal silicaColloidal silica胶体硅胶体硅胶体硅胶体硅Albumin proteinAlbumin protein白蛋白白蛋白白蛋白白蛋白BacteriaBacteria细菌细菌细菌细菌Carbon blackCarbon black碳黑碳黑碳黑碳黑Paint pigmentPaint pigment颜料色素颜料色素颜料色素颜料色素Yeast cellsYeast cells酵母酵母酵母酵母Milled flourMilled flour面粉面粉面粉面粉Beach sandBeach sand海滩沙砾海滩沙砾海滩沙砾海滩沙砾PollensPollens花粉花粉花粉花粉RO反渗透反渗透Ultrafiltration 超滤超滤Microfiltration微滤微滤Particle filtration一般过滤一般过滤THE FILTRATION SPECTRUM THE FILTRATION SPECTRUM 过滤谱图过滤谱图NF 纳滤纳滤2.2.3 2.2.3 过过 滤滤 filtrationfiltration定义：过滤就是将悬浮在发酵液中的定义：过滤就是将悬浮在发酵液中的固体固体颗粒与液体进行分离颗粒与液体进行分离的过程。的过程。过滤系统过滤系统:过滤介质过滤介质filter mediumfilter medium:过滤采用的多孔物过滤采用的多孔物质；质；滤浆滤浆filter pulpfilter pulp:所处理的悬浮液；所处理的悬浮液；滤液滤液filtratefiltrate:通过多孔通道的液体；通过多孔通道的液体；滤饼或滤渣滤饼或滤渣filter cake:filter cake:被截留的固体物质。被截留的固体物质。1 1）实验室用抽滤装置）实验室用抽滤装置1.1.常用过滤设备常用过滤设备实验室用抽滤机实验室用抽滤机板框压缩机板框压缩机鼓式真空过滤机鼓式真空过滤机离心分离机离心分离机硅藻土过滤机硅藻土过滤机 2 2）板框压滤机：）板框压滤机：板框压滤机的过滤板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的液压推动力来自泵产生的液压。广泛应用于广泛应用于培养基制备的过滤培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、及霉菌、放线菌、酵母菌和细菌等多种酵母菌和细菌等多种发酵液发酵液的固液分离。适合于固的固液分离。适合于固体含量体含量1-10%1-10%的悬浮液的分离。的悬浮液的分离。板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵进入框板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵进入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，从滤液出口流出，内，滤液穿过滤框两侧滤布，从滤液出口流出，固体被截留在框内形成滤饼。固体被截留在框内形成滤饼。3 3）真空转鼓过滤机（）真空转鼓过滤机（rotary-drum vacuum filterrotary-drum vacuum filter）真空过滤设备以真空过滤设备以大气与真空之间的压力差作为过滤大气与真空之间的压力差作为过滤操作的推动力。操作的推动力。生物工业中，用得较多的是转筒式生物工业中，用得较多的是转筒式真空过滤机和带式真空过滤机。真空过滤机和带式真空过滤机。转筒真空过滤机转筒真空过滤机是一种连续操作的过滤设备，设备是一种连续操作的过滤设备，设备的主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，表面的主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒，表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布有一层金属丝网，网上覆盖滤布,圆筒内沿分隔成若圆筒内沿分隔成若干个空间。干个空间。转筒真空过滤机结构：转筒真空过滤机结构：带式真空过滤机带式真空过滤机n带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工艺要带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工艺要求进行调速；操作方便和动力消耗低的一种新型高求进行调速；操作方便和动力消耗低的一种新型高效的脱水设备效的脱水设备。带式真空过滤机流程带式真空过滤机流程n1 1、进料、进料过滤过滤滤饼洗涤滤饼洗涤吸干吸干卸料卸料滤布清洗连滤布清洗连续进行，自动化程度高。续进行，自动化程度高。2 2、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤、吸干的工艺要求，滤带运行速度可调，对不同物料有吸干的工艺要求，滤带运行速度可调，对不同物料有广泛的适应性。广泛的适应性。转鼓转鼓滤饼滤饼滤布滤布滤网滤网离心过滤机工作原理图离心过滤机工作原理图原理：原理：由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、由于离心力作用，液体产生径向压差，通过滤饼、滤网及滤筐而流出。滤网及滤筐而流出。4 4）离心过滤机）离心过滤机（centrifugal filtercentrifugal filter）5 5）硅藻土过滤机）硅藻土过滤机 diatomite filterdiatomite filteru硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，硅藻土过滤硅藻土中的硅藻有许多不同的形状，硅藻土过滤是以硅藻土作为过滤介质的过滤技术。是以硅藻土作为过滤介质的过滤技术。由于硅藻土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸由于硅藻土具有细腻、松散、质轻、多孔、吸水和渗透性强的特性水和渗透性强的特性（照片），（照片），所以它是一种性所以它是一种性能优良的工业滤剂。能优良的工业滤剂。u在酿造、饮料、酒类和水处理等方面得到广泛应在酿造、饮料、酒类和水处理等方面得到广泛应用。目前，国内主要用于酒类和饮料过滤用。目前，国内主要用于酒类和饮料过滤 硅藻硅藻设备设备主要结构主要结构过程过程特点特点适用性适用性板框压板框压滤机滤机滤板滤板/滤框滤框/夹夹紧机构紧机构/机架机架装合装合过滤过滤洗涤洗涤卸渣卸渣整理整理加压过滤，推动力较大加压过滤，推动力较大 结构简单，造价低；结构简单，造价低；过滤面积大，能耗少；过滤面积大，能耗少；间歇操作；间歇操作；洗涤时间长，生产效率低。洗涤时间长，生产效率低。应用广泛。对应用广泛。对原料的适应性原料的适应性强强转鼓真转鼓真空过滤空过滤机机转筒转筒(滤网、滤网、滤布滤布)/)/分配头、分配头、滤浆槽滤浆槽过滤过滤洗涤洗涤吹干吹干卸渣卸渣连续化生产，自动化程度高连续化生产，自动化程度高真空过滤，推动力较小；，真空过滤，推动力较小；，滤饼湿度大，设备投资高滤饼湿度大，设备投资高适于粒度中等，适于粒度中等，粘度不太大的粘度不太大的物料物料离心过离心过滤机滤机转鼓转鼓(滤网、滤网、滤布滤布)/)/机架机架过滤过滤洗涤洗涤卸渣卸渣离心过滤，推动力最大；离心过滤，推动力最大；滤饼湿度小，设备成本高，滤饼湿度小，设备成本高，应用广泛，过应用广泛，过滤面积小。滤面积小。几种过滤设备的比较几种过滤设备的比较作业：1.名词解释：絮凝，凝聚2.凝聚原理3.絮凝原理
