第二章发酵液预处理ppt课件.ppt
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1、变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分第二章第二章发酵液预处理发酵液预处理变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分微生物经过好气性发酵可厌氧发酵培养后,微生物经过好气性发酵可厌氧发酵培养后,菌体会大量繁殖,并合成和积累了相当浓菌体会大量繁殖,并合成和积累了相当浓度的代谢产物,这时便终于发酵,进入分度的代谢产物,这时便终于发酵,进入分离加工过程。离加工过程。不管是胞内产物还是胞外代谢产物,在分不管是胞内产
2、物还是胞外代谢产物,在分离纯化目的产物时,首先都要通过发酵液离纯化目的产物时,首先都要通过发酵液的预处理。将固相、液相分离后,才能采的预处理。将固相、液相分离后,才能采用各种物理、化学、生物的方法进行产物用各种物理、化学、生物的方法进行产物的进一步分离纯化。的进一步分离纯化。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分发酵液预处理是指采用凝集、絮凝、加热、发酵液预处理是指采用凝集、絮凝、加热、稀释法等技术来加速固相、液相分离。稀释法等技术来加速固相、液相分离。过滤过滤和和离心离心是其最基本的单元操作。是
3、其最基本的单元操作。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分发酵液预处理技术水平高低、质量好坏,发酵液预处理技术水平高低、质量好坏,对减轻后续分离纯化的负荷、回收率、产对减轻后续分离纯化的负荷、回收率、产品质量和生产成本等均具有重大影响。品质量和生产成本等均具有重大影响。其中从发酵液中进行菌体的回收是目前发其中从发酵液中进行菌体的回收是目前发酵液预处理的瓶颈问题之一。酵液预处理的瓶颈问题之一。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系
4、统接线组成中一个重要组成部分第一节发酵液预处理的方法第一节发酵液预处理的方法发酵产物在发酵液中的浓度较低,并与大发酵产物在发酵液中的浓度较低,并与大量可溶的和混悬的杂质混杂在一起。量可溶的和混悬的杂质混杂在一起。发酵液黏度大,过滤性能差,所以在过滤发酵液黏度大,过滤性能差,所以在过滤前必须进行预处理。前必须进行预处理。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分一、发酵液的一般特征一、发酵液的一般特征不同的发酵过程所用的微生物、原料、培不同的发酵过程所用的微生物、原料、培养基种类和发酵工艺过程各不相同,
5、发酵养基种类和发酵工艺过程各不相同,发酵液的特性也就各不相同,需根据不同发酵液的特性也就各不相同,需根据不同发酵液的特性来合理选择和优化发酵液预处理液的特性来合理选择和优化发酵液预处理的方法及条件。的方法及条件。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分1、发酵液组成大部分是水,含水量达、发酵液组成大部分是水,含水量达90%99%;2、发酵液中发酵产物浓度较低,有的甚至、发酵液中发酵产物浓度较低,有的甚至在在1%以下;以下;3、发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋、发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的
6、胶状物,粘度大,不易过滤,增加了白的胶状物,粘度大,不易过滤,增加了后续的难度。后续的难度。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4、发酵液中含有培养基中的残留成分,对、发酵液中含有培养基中的残留成分,对后续提取、精制等操作产生影响;后续提取、精制等操作产生影响;5、发酵液中含有少量的代谢副产物,其结、发酵液中含有少量的代谢副产物,其结构、理化特性与目标物极为相似,会对后构、理化特性与目标物极为相似,会对后续操作有影响;续操作有影响;6、发酵液中含有色素、毒性物质等有机杂、发酵液中含有色素、毒性物
7、质等有机杂质,不仅增加提取过程的困难,还会对产质,不仅增加提取过程的困难,还会对产品的质量、安全卫生标准等产生负面影响。品的质量、安全卫生标准等产生负面影响。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分二、发酵液预处理的目的和要求二、发酵液预处理的目的和要求发酵液属于复杂的多相体系,产物浓度低,发酵液属于复杂的多相体系,产物浓度低,杂质组成复杂。若不经预处理,会使后续杂质组成复杂。若不经预处理,会使后续的过滤、离心操作速度过慢或无法进行,的过滤、离心操作速度过慢或无法进行,使发酵很难实现规模化的工业生产
8、。使发酵很难实现规模化的工业生产。例:枯草杆菌的发酵液例:枯草杆菌的发酵液 P10变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(一)发酵液预处理的目的(一)发酵液预处理的目的1、改变发酵液中固体颗粒的物理性质(忙、改变发酵液中固体颗粒的物理性质(忙改变表面类型、增大尺寸、提高硬度),改变表面类型、增大尺寸、提高硬度),加快悬浮液中固体颗粒的沉淀速度。加快悬浮液中固体颗粒的沉淀速度。2、尽可能使发酵产物转入后续工序处理的、尽可能使发酵产物转入后续工序处理的相中(多为液相)。相中(多为液相)。3、能够除去部
9、分杂质,减少后续处理的负、能够除去部分杂质,减少后续处理的负荷。荷。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(二)发酵液预处理的要求二)发酵液预处理的要求1、菌体分离、菌体分离 发酵液中除发酵产物外,还含有大量的菌发酵液中除发酵产物外,还含有大量的菌体,为方便提取和精制,首先要将菌体与体,为方便提取和精制,首先要将菌体与发酵液分离。发酵液分离。 为保证离心和过滤顺利进行,要正确控制为保证离心和过滤顺利进行,要正确控制发酵终点。否则对目标物的回收均不利。发酵终点。否则对目标物的回收均不利。变电站电气主
10、接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2、固体悬浮物的去除、固体悬浮物的去除 通过过滤处理,将发酵液中相当数量的固通过过滤处理,将发酵液中相当数量的固体悬浮杂质去除,获得透光度合格的澄清体悬浮杂质去除,获得透光度合格的澄清处理液。处理液。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、蛋白质的去除、蛋白质的去除 发酵液中去除菌体和固体悬浮物后,一发酵液中去除菌体和固体悬浮物后,一些可溶性蛋白质仍留在滤液中,需设法去些可
11、溶性蛋白质仍留在滤液中,需设法去除。除。 除去蛋白质的滤液要保证在一定的除去蛋白质的滤液要保证在一定的pH 范范围内不发生混浊,否则影响溶媒提取和离围内不发生混浊,否则影响溶媒提取和离子交换提取。子交换提取。 变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分4、重金属离子的去除、重金属离子的去除 重金属离子的存在,会影响提取和精制,重金属离子的存在,会影响提取和精制,同时会影响发酵产物的质量和回收率,故同时会影响发酵产物的质量和回收率,故必须除去。必须除去。5、色素、热原质、毒性物质的去除、色素、热原质、毒
12、性物质的去除 针对药用发酵产品尤为重要。尤其是针剂。针对药用发酵产品尤为重要。尤其是针剂。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分6、改变发酵液性质,以利于提取和精制后、改变发酵液性质,以利于提取和精制后续工序的操作顺利进行续工序的操作顺利进行 当发酵终了时,发酵产物可能在发酵液当发酵终了时,发酵产物可能在发酵液中,也可以在菌体内部或两相同时存在。中,也可以在菌体内部或两相同时存在。常采用调节常采用调节pH、酸性或碱性的方法使发酵、酸性或碱性的方法使发酵产物转入后续处理的相中。产物转入后续处理的相中
13、。 例:例:P117、调整适当、调整适当pH值和温度值和温度 避免引起产物的破坏和损失。避免引起产物的破坏和损失。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分三、发酵液预处理的方法三、发酵液预处理的方法从发酵液中分离固形物的速度,取决于发酵液的从发酵液中分离固形物的速度,取决于发酵液的物理性质。不同的发酵液,其流动特性不同。物理性质。不同的发酵液,其流动特性不同。 细菌和放线菌的粘度较大;发酵液菌体自溶,细菌和放线菌的粘度较大;发酵液菌体自溶,存在核酸、蛋白质和其它有机杂质,呈悬浮液,存在核酸、蛋白质和
14、其它有机杂质,呈悬浮液,且混浊。会导致过滤速度慢。且混浊。会导致过滤速度慢。 常采用絮凝和凝聚的方法,使发酵液中的固体粒常采用絮凝和凝聚的方法,使发酵液中的固体粒子增大,沉降速度提高;或稀释、加热、调整其子增大,沉降速度提高;或稀释、加热、调整其它理化因子来降低粘度,以利于过滤。它理化因子来降低粘度,以利于过滤。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分对后续提取影响最大的是高价的无机离子对后续提取影响最大的是高价的无机离子(钙、镁、铁)和杂蛋白,前者会影响离(钙、镁、铁)和杂蛋白,前者会影响离子交换
15、的选择性,后者会造成离子交换容子交换的选择性,后者会造成离子交换容量降低和萃取分层困难。量降低和萃取分层困难。根据杂质的种类和性质的不同,采用不同根据杂质的种类和性质的不同,采用不同的方法除去这些杂质。的方法除去这些杂质。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(一)凝集和絮凝(一)凝集和絮凝1、凝集、凝集 凝集凝集是指在投加的化学物质作用下,发酵是指在投加的化学物质作用下,发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大小块状絮凝体的过程。大小块状絮凝体的过程。 凝
16、集剂的作用:粒子表面电荷的简单中和;凝集剂的作用:粒子表面电荷的简单中和;消除粒子表面稳定的双电荷层;通过氢键消除粒子表面稳定的双电荷层;通过氢键或其它复杂的形式与粒子结合。最终使胶或其它复杂的形式与粒子结合。最终使胶体粒子的排斥电位降低而发生聚沉。体粒子的排斥电位降低而发生聚沉。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分2、絮凝、絮凝絮凝絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之是指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团间产生桥梁作用,使胶粒形成粗大絮凝团的过程。的过程。絮凝
17、的作用:增大发酵液中悬浮粒子的体积;絮凝的作用:增大发酵液中悬浮粒子的体积;提高固液分离速度和滤液质量。提高固液分离速度和滤液质量。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(1)絮凝剂)絮凝剂无机絮凝剂:使胶体的排斥电位降低而发生沉淀。无机絮凝剂:使胶体的排斥电位降低而发生沉淀。有机絮凝剂:絮凝剂的活性基团通过静电引力强有机絮凝剂:絮凝剂的活性基团通过静电引力强烈的吸附在胶粒表面上,降低胶粒双电层的排斥烈的吸附在胶粒表面上,降低胶粒双电层的排斥电位,在胶粒间产生架桥作用,使其相互连接成电位,在胶粒间
18、产生架桥作用,使其相互连接成块状结构而沉淀。块状结构而沉淀。 有机高分子絮凝剂含有离子化基团,分子中电荷有机高分子絮凝剂含有离子化基团,分子中电荷密度很高,可以中和胶体的电性,起凝聚作用。密度很高,可以中和胶体的电性,起凝聚作用。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分细胞壁表面常带负电,一般常用阳离子絮细胞壁表面常带负电,一般常用阳离子絮凝剂处理发酵液。可析出沉淀物,也可改凝剂处理发酵液。可析出沉淀物,也可改善分离后滤液的澄清度,同时可凝固部分善分离后滤液的澄清度,同时可凝固部分可溶性杂蛋白,将滤
19、液总蛋白含量降低,可溶性杂蛋白,将滤液总蛋白含量降低,而对目标产物的活性无影响。而对目标产物的活性无影响。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(2)影响絮凝效果的因素)影响絮凝效果的因素絮凝剂种类:絮凝剂分子量在,链越长,吸附架絮凝剂种类:絮凝剂分子量在,链越长,吸附架桥效果越好,但在水中溶解度减小会对絮凝不利,桥效果越好,但在水中溶解度减小会对絮凝不利,故应分子量适当的絮凝剂;故应分子量适当的絮凝剂;絮凝剂浓度:低浓度时,增大浓度有利于絮凝,絮凝剂浓度:低浓度时,增大浓度有利于絮凝,但浓度过大
20、同样会产生反作用;图但浓度过大同样会产生反作用;图2-1pH值:影响絮凝剂活性基团的解离,应选择合适值:影响絮凝剂活性基团的解离,应选择合适pH值,使絮凝剂解离度最大,作用最好。图值,使絮凝剂解离度最大,作用最好。图2-2搅拌和时间:搅拌速度和时间要控制在一个合理搅拌和时间:搅拌速度和时间要控制在一个合理范围。图范围。图2-3变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分凝集凝集和和絮凝絮凝是发酵液预处理的主要方法,是发酵液预处理的主要方法,是将化学药剂事先加入发酵液中,通过改是将化学药剂事先加入发酵液中
21、,通过改变菌体细胞和蛋白质等胶体粒子的分散状变菌体细胞和蛋白质等胶体粒子的分散状态,破坏其稳定性,使它们聚集成可分离态,破坏其稳定性,使它们聚集成可分离的絮凝体,然后再进行下一步分离。的絮凝体,然后再进行下一步分离。凝集和絮凝能使悬浮颗粒尺寸增加,并会凝集和絮凝能使悬浮颗粒尺寸增加,并会加大颗粒的沉降速度,从而使过滤饼在深加大颗粒的沉降速度,从而使过滤饼在深层过滤时产生较好的颗粒保留作用。层过滤时产生较好的颗粒保留作用。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分3、对发酵液凝聚和絮凝方法的研究、对发酵
22、液凝聚和絮凝方法的研究 P13-14 对不同的发酵液,首先应根据发酵液的对不同的发酵液,首先应根据发酵液的性质、杂质的种类等,采用实验的方法进性质、杂质的种类等,采用实验的方法进行絮凝剂和凝集剂的筛选;然后对筛选得行絮凝剂和凝集剂的筛选;然后对筛选得到的絮凝剂或凝聚剂,再用实验的方法分到的絮凝剂或凝聚剂,再用实验的方法分别从絮凝剂或凝聚剂的用量、温度别从絮凝剂或凝聚剂的用量、温度pH值、值、搅拌速度、时间等因素,进行絮凝或凝集搅拌速度、时间等因素,进行絮凝或凝集处理条件的优化,达到提高絮凝效果的目处理条件的优化,达到提高絮凝效果的目的。的。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力
23、系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(二)加热法(二)加热法前题:热稳定性高的发酵液。前题:热稳定性高的发酵液。方式:最简单和廉价的预处理方法。将发方式:最简单和廉价的预处理方法。将发酵液加热至所需温度并保持一定时间。酵液加热至所需温度并保持一定时间。效果:降低发酵液黏度,加速聚集作用以效果:降低发酵液黏度,加速聚集作用以除去热变性杂蛋白,破坏凝胶状胶体结构,除去热变性杂蛋白,破坏凝胶状胶体结构,增加滤饼孔隙率,减少发酵液体积,达到增加滤饼孔隙率,减少发酵液体积,达到固液分离的目的。固液分离的目的。变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与
24、电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(三)调节(三)调节pH法法作用:促进絮凝和凝聚作用;使存在于胞作用:促进絮凝和凝聚作用;使存在于胞内的发酵产物转入液相中;使发酵产物以内的发酵产物转入液相中;使发酵产物以合适的离子状态或游离状态存在于发酵液合适的离子状态或游离状态存在于发酵液中,防止其沉淀。中,防止其沉淀。例:去除四环素中钙、镁离子例:去除四环素中钙、镁离子 四环素能与钙、镁形成不溶解的化合物,四环素能与钙、镁形成不溶解的化合物,沉积在菌丝体内,用草酸酸化后,能将其沉积在菌丝体内,用草酸酸化后,能将其转入水相。转入水相。变电站电气主接线是指
25、变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(四)加水稀释法(四)加水稀释法此法适用于离心沉降分离。对于悬浮固体此法适用于离心沉降分离。对于悬浮固体发酵液,加水稀释至适当倍数,对后续离发酵液,加水稀释至适当倍数,对后续离心沉降分离速度非常有利。心沉降分离速度非常有利。 例例P14变电站电气主接线是指变电站的变压器、输电线路怎样与电力系统相连接,从而完成输配电任务。变电站的主接线是电力系统接线组成中一个重要组成部分(五)加入助滤剂法(五)加入助滤剂法作用:避免滤布或生成的滤饼阻塞而影响过滤。作用:避免滤布或生成的滤饼阻塞而影
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