发酵液预处理和固液分离精选PPT.ppt

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1、关于发酵液预处理和固液分离第1页，讲稿共198张，创作于星期日预处理和固液分离内容预处理和固液分离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提取生化物质的第一步，分两部分：提取生化物质的第一步，分两部分：胞内胞内富集细胞富集细胞第2页，讲稿共198张，创作于星期日 一、发酵液预处理的基本思路一、发酵液预处理的基本思路二、预处理的目的二、预处理的目的三、三、发酵液预处理发酵液预处理的的方法方法 第一节第一节 发酵液过滤特性的改变发酵液过滤特性的改变第3页，讲稿共198张，创作于星期日发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，发酵液成分很复杂，包含菌（细胞

2、）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等；及剩余的培养基残分等；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固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固液分离，才能进行后续的操作；液分离，才能进行后续的操作；对于对于胞外产物胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去除，才能从澄，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；清的滤液中提取代谢产物；对于对于胞内产物胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后才能提取胞内产物。后才能提取胞内产物。一、发酵液预处理的基本思路一、发酵液预处理的基本思路 第4

3、页，讲稿共198张，创作于星期日发酵液的基本特性发酵液的基本特性1、发酵液成分复杂。、发酵液成分复杂。2、发酵产物浓度低，悬浮液中大部分是水。、发酵产物浓度低，悬浮液中大部分是水。3、悬浮物颗粒小，相对密度与液相差别不大。造成液相粘度很大，、悬浮物颗粒小，相对密度与液相差别不大。造成液相粘度很大，不宜过滤。不宜过滤。4、菌体、蛋白等固体颗粒可压缩性大。、菌体、蛋白等固体颗粒可压缩性大。5、产物性质不稳定，随时间易发生变化，如氧化、污染、蛋白质、产物性质不稳定，随时间易发生变化，如氧化、污染、蛋白质水解等作用的影响。水解等作用的影响。6、发酵液中含有色素、毒性物质、热源物质等，对产品的质量安全、

4、发酵液中含有色素、毒性物质、热源物质等，对产品的质量安全及卫生标准产生不利影响。及卫生标准产生不利影响。这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。第5页，讲稿共198张，创作于星期日 固液分离方法主要是固液分离方法主要是过滤过滤和和离心。离心。对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度大，不能直接过对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度大，不能直接过滤；滤；若用高速离心，能耗很大，设备昂贵；若用高速离心，能耗很大，设备昂贵；若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染，通量降低。若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染，通量降低。发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其

5、它有机粘性物质的存在发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离。也会影响固液分离。n寻找一种经济有效的方法来提高固液分离速度显得十分必要。寻找一种经济有效的方法来提高固液分离速度显得十分必要。n预处理是生化物质分离纯化过程中必不可少的首要步骤预处理是生化物质分离纯化过程中必不可少的首要步骤第6页，讲稿共198张，创作于星期日二、预处理的目的二、预处理的目的 预处理的目的：预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率度，提高固液分离的效率：（1 1）改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固）改变发酵液的物理性质，包括

6、增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。体粒子的尺寸，降低液体黏度。（2 2）相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无）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。机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。（3 3）尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数）尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。是液相）。第7页，讲稿共198张，创作于星期日生物技术下游加工过程的一般步骤生物技术下游加工过程的一般步骤 第8页，讲稿共198张，创作于星期日三、发酵液预处理的方法三、发酵液预处理的方法1.1.加热法加热法 （HeatingHeating）2.2.调节悬

7、浮液的调节悬浮液的pHpH值（值（Regulation of pHRegulation of pH）3.3.助滤剂和反应剂助滤剂和反应剂 （Filter aids and Reactant Filter aids and Reactant)4.4.杂蛋白的去除杂蛋白的去除（Removal of useless proteinRemoval of useless protein）5.5.高价无机离子的去除高价无机离子的去除（Removal of inorganic ionRemoval of inorganic ion）6.6.凝聚和絮凝凝聚和絮凝（Coagulation and floccul

8、ationCoagulation and flocculation）第9页，讲稿共198张，创作于星期日 降低液体的粘度可以有效提高过滤的速率。降低液体的粘度可以有效提高过滤的速率。1、降低液体的粘度降低液体的粘度常用方法有加水稀释和加热处理。常用方法有加水稀释和加热处理。流体力学原理过滤速率与液体的粘度成反比，降流体力学原理过滤速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度可有效提高过滤速率。低液体粘度可有效提高过滤速率。第10页，讲稿共198张，创作于星期日1 1）加水稀释）加水稀释p会增加悬浮液的体积，加大后续过程的处理任务。p稀释后的过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能有效。第11页，讲稿共1

9、98张，创作于星期日 2 2）加热）加热pA、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，升温是降低黏度的有效措液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。施。pB、加热使蛋白质变性凝固，去除杂蛋白、加热使蛋白质变性凝固，去除杂蛋白 变性蛋白质的溶解度小。变性蛋白质的溶解度小。第12页，讲稿共198张，创作于星期日麦芽汁的黏度麦芽汁的黏度-温度曲线温度曲线第13页，讲稿共198张，创作于星期日麦芽汁麦芽汁40粘度为粘度为1210-3升高至升高至75其粘度可其粘度可下降一半以上，下降一半以上，过滤速率可加倍。过滤速率可加倍。链霉素在链霉素在pH3.0，加热至加热至70半

10、小半小时，粘度下降时，粘度下降1/6，过滤速率可增，过滤速率可增大大10-100倍。倍。第14页，讲稿共198张，创作于星期日 加热时必须严格控制温度和时间：加热时必须严格控制温度和时间：n加热温度不能影响目的产物的活性及其他性质。加热温度不能影响目的产物的活性及其他性质。避免氧化、分解、变性等。避免氧化、分解、变性等。n加热时间不能太长，否则会使细胞溶解，胞内物加热时间不能太长，否则会使细胞溶解，胞内物质大量外溢，增加发酵液的复杂性，影响目的产质大量外溢，增加发酵液的复杂性，影响目的产物的分离纯化。物的分离纯化。第15页，讲稿共198张，创作于星期日2、调节pHpH pH值直接影响发酵液中某

11、些物质的电离度和电荷性质，适当调节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pH值可改善其过滤特性。值可改善其过滤特性。u细胞细胞(碎片碎片)及某些胶体物质在某个及某些胶体物质在某个pHpH值下也可能趋于絮值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。u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到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。大幅度改变方法。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。u通过调整通过调整pHpH值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质，可减少值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质，可减

12、少膜堵塞和污染；膜堵塞和污染；u影响离子型絮凝剂的电离度。影响离子型絮凝剂的电离度。第16页，讲稿共198张，创作于星期日0020040060061218pH 4.6pH 4.2pH 3.8pH 2.8Filtrate Volume,cm3Time,minutes The effect on filtrate volume of pH第17页，讲稿共198张，创作于星期日 pH值的调整需要注意：值的调整需要注意：n保护目的物活性，一般不宜过酸或过碱。保护目的物活性，一般不宜过酸或过碱。n加酸或加碱时要慢慢地边加边搅拌，避免局部浓度加酸或加碱时要慢慢地边加边搅拌，避免局部浓度过高，引起目的产物变

13、性过高，引起目的产物变性。第18页，讲稿共198张，创作于星期日p采用凝聚与絮凝技术能有效的采用凝聚与絮凝技术能有效的改变细胞、细胞碎片及溶改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。提高过滤速率。p还能有效的还能有效的除去杂蛋白质和固体杂质除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液的，提高滤液的质量，因此絮凝与凝聚是目前工业上最常用的预处理质量，因此絮凝与凝聚是目前工业上最常用的预处理方法之一。方法之一。3、凝聚 Coagulation第19页，讲稿共198张，创作于星期日p凝聚是指在凝聚是指在电解质电解质作用

14、下，由于胶粒之间作用下，由于胶粒之间扩散双电层扩散双电层电位下降电位下降，电排斥作用降低，破坏胶体体系的分散状态，电排斥作用降低，破坏胶体体系的分散状态，使之不稳定相互凝集成使之不稳定相互凝集成1mm1mm左右块状凝聚体左右块状凝聚体的现象。的现象。第20页，讲稿共198张，创作于星期日p蛋白质胶体溶液的稳定性p蛋白质的相对分子质量在5*103-1*106之间，分子直径约1-30nm，呈胶体性质;p蛋白质水化层：蛋白质分子周围存在与蛋白质分子紧密或疏松结合的水化层。紧密结合的水化层可达到0.35g/g蛋白质，而疏松结合的水化层可达蛋白质分子质量的2倍以上；p静电排斥作用：第21页，讲稿共198

15、张，创作于星期日(1)(1)胶体双电层结构胶体双电层结构发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围。正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势，在界面上形成了双电层。第22页，讲稿共198张，创作于星期日两种相反作用力下，双电层分裂成两部：两种相反作用力下，双电层分裂成两部：1 1）吸附层（紧密层）；）吸附层（紧密层）；2 2）扩散层）扩散层。形成了扩散双电层的结构模型。形成了扩散双电层的结构模型。第23页，讲稿共198张，创作于星期日n 双电层可分为两部分：n紧密层：距胶核表面约一个离子半径的stern平面以内，正离子被紧密结合在胶核表面，不流

16、动。n分散层：紧密层外围反离子浓度逐渐降低直至达到主体溶液的平均浓度。n滑移面：当胶体粒子在溶液中作相对运动时，总有一薄层液体，随着它一起滑移，这一薄层，厚度比吸附层稍大。第24页，讲稿共198张，创作于星期日不同界面上形成不同的电不同界面上形成不同的电位位:l胶核表面的电位胶核表面的电位ss是是整个双电层的电位整个双电层的电位;lSternStern平面上的电位为平面上的电位为d;d;l滑移面上的电位为滑移面上的电位为,称称电位。电位。第25页，讲稿共198张，创作于星期日l电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双电电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双电层的特征。层的特征。带电粒

17、子间的静电相互作用取决于电位的大小。当双电层的电位足够大时，静电排斥作用抵御分子间的相互吸引作用，使蛋白质溶液处于稳定状态。第26页，讲稿共198张，创作于星期日电位电位的计算电位电位的计算 D 水的介电常数；q 胶体的电荷密度，即滑移面上的电荷密度；扩散层的有效厚度，即为吸附层和扩散层界面处电位 d降低到其值为1/e处的距离，不能直接测定.电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双电层的特征，并电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双电层的特征，并作为研究凝聚机理的重要参数作为研究凝聚机理的重要参数。第27页，讲稿共198张，创作于星期日 扩散层的有效厚度扩散层的有效厚度式中式中 N

18、N一一 阿伏伽德罗常数；阿伏伽德罗常数；T T一一 热力学温度热力学温度;k k 波尔兹曼常数；波尔兹曼常数；e e 电子电荷；电子电荷；Zi iZi i种反离子的化合价；种反离子的化合价；Ci iCi i种离子的摩尔浓度。种离子的摩尔浓度。第28页，讲稿共198张，创作于星期日(2)(2)双电层与凝聚双电层与凝聚u由上述两式可知，由上述两式可知，电位与扩散层厚度电位与扩散层厚度和电动电和电动电荷密度荷密度q q成正比，而扩散层厚度又与溶液中反离子强成正比，而扩散层厚度又与溶液中反离子强度和电荷成反比。度和电荷成反比。u对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的存在，可压缩对带负电性菌体的发酵液，高

19、价阳离子的存在，可压缩扩散层的厚度，促使扩散层的厚度，促使电位迅速降低，而且化合价电位迅速降低，而且化合价越高，这种影响越显著。越高，这种影响越显著。第29页，讲稿共198张，创作于星期日n当双电层的排斥力不足以抗衡胶粒间范德华引力时，当双电层的排斥力不足以抗衡胶粒间范德华引力时，由于热运动的结果，导致胶粒的相互碰撞而聚集。由于热运动的结果，导致胶粒的相互碰撞而聚集。n由此可见，在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由此可见，在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由于由于电位的降低和脱除胶粒表面水化膜电位的降低和脱除胶粒表面水化膜，就导致了胶，就导致了胶粒间的凝聚作用。粒间的凝聚作用。第30页

20、，讲稿共198张，创作于星期日 凝聚价或凝聚值：凝聚价或凝聚值：使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmoL/L)，称为凝聚价或凝聚值。，称为凝聚价或凝聚值。电解质的凝聚能力用凝聚价或凝聚值来表示电解质的凝聚能力用凝聚价或凝聚值来表示第31页，讲稿共198张，创作于星期日nSchulzeHardy法则（叔米法则（叔米-哈第）：反离子的哈第）：反离子的价数越高，价数越高，凝聚价凝聚价越小，即凝聚能力越强。越小，即凝聚能力越强。n阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、化合价、水化半径、离子运动能力水化半径、离子运动能力的影响，次序

21、为的影响，次序为Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+第32页，讲稿共198张，创作于星期日n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Al2(SO4)318H2O（明矾）；（明矾）；氯化铝氯化铝AlCl36H2O;三氯化铁三氯化铁FeCl3;硫酸亚铁硫酸亚铁FeSO47H2O；石灰；石灰；ZnSO4；MgCO3第33页，讲稿共198张，创作于星期日p指在某些高分子絮凝剂的作用下，基于架桥作用，使指在某些高分子絮凝剂的作用下，基于架桥作用，使胶粒交联成团、形成胶粒交联成团、形成10mm10mm大小的较大絮凝团的过程。大小的较大絮凝团的过程。p采用凝聚方法得到的凝聚体

22、，其颗粒是比较细小的，采用凝聚方法得到的凝聚体，其颗粒是比较细小的，有时还不能有效的进行分离。有时还不能有效的进行分离。p采用絮凝法则可以形成粗大的絮凝体，使发酵液较容采用絮凝法则可以形成粗大的絮凝体，使发酵液较容易分离。易分离。4、絮凝 flocculation第34页，讲稿共198张，创作于星期日p絮凝剂是一类易溶于水的高分子聚合物。絮凝剂是一类易溶于水的高分子聚合物。p其分子量可高达数万甚至千万以上，它们具有长链其分子量可高达数万甚至千万以上，它们具有长链线性结构，其链节上含有许多活性功能基团，可以线性结构，其链节上含有许多活性功能基团，可以带有多价电荷，如阴离子带有多价电荷，如阴离子-

23、COOH，阳离子，阳离子-NH2，也，也可以是不带电的非离子型基团。可以是不带电的非离子型基团。1）絮凝剂絮凝剂第35页，讲稿共198张，创作于星期日n它们通过它们通过静电引力，范德华分子引力或氢键静电引力，范德华分子引力或氢键作用，强烈作用，强烈的吸附在不同颗粒的表面，当一个高分子聚合物的许的吸附在不同颗粒的表面，当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同颗粒的表面上，产生了架桥连多链节分别吸附在不同颗粒的表面上，产生了架桥连接，生成粗大的絮团，这就是絮凝作用。接，生成粗大的絮团，这就是絮凝作用。n只要胶粒相互间排斥电位不太高，高分子聚合物的链只要胶粒相互间排斥电位不太高，高分子聚合物的链节

24、足够长，跨越的距离超过了颗粒间的有效排斥距离，节足够长，跨越的距离超过了颗粒间的有效排斥距离，就能把多个胶粒拉在一起，导致架桥絮凝。就能把多个胶粒拉在一起，导致架桥絮凝。第36页，讲稿共198张，创作于星期日2 2）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 第37页，讲稿共198张，创作于星期日n1）其分子必须含有相当多的）其分子必须含有相当多的活性官能团活性官能团，使之能和，使之能和胶粒表面相结合。胶粒表面相结合。n2）要求必须具有）要求必须具有长链的线性结构长链的线性结构，以便同时与多个，以便同时与多个胶粒吸附形成较大的絮团，但相对分子量不能超过一胶粒吸附形成较大的絮团，但相

25、对分子量不能超过一定限度，以使其有良好的定限度，以使其有良好的溶解性溶解性。3）对絮凝剂的化学结构的要求对絮凝剂的化学结构的要求第38页，讲稿共198张，创作于星期日可分为四类：人工合成有机高分子聚合物、天然有机高分可分为四类：人工合成有机高分子聚合物、天然有机高分子聚合物、无机高分子聚合物、微生物絮凝剂子聚合物、无机高分子聚合物、微生物絮凝剂4）工业上使用的絮凝剂）工业上使用的絮凝剂A A、目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚丙、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；聚丙烯酸类和烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸类和聚苯乙烯类衍生物。聚苯

26、乙烯类衍生物。第39页，讲稿共198张，创作于星期日 高分子聚合物絮凝剂高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，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、非离子型第40页，讲稿共198张，创作于星期日聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点l用量少，一般以用量少，一般以mg/L计量；计量；l絮凝体粗大，分离效果好；絮凝体粗大，分离效果好；l絮凝速度快；絮凝速度快；l种类多，适用范围广种类多，适用范围广。聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：存在一定的毒性，

27、特别是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品和医药工业时应谨慎。和医药工业时应谨慎。近年来发展的聚丙烯酰胺阴离子絮凝剂，无毒，可以用于近年来发展的聚丙烯酰胺阴离子絮凝剂，无毒，可以用于医药和食品上。医药和食品上。目前最常见：目前最常见：聚丙烯酰胺类聚丙烯酰胺类絮凝剂絮凝剂第41页，讲稿共198张，创作于星期日B B、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，但还存人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应在着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。天然有机

28、高分子絮凝剂具有无毒，用受到了限制。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。易生物降解，原料来源广等优点。n天然有机高分子改性絮凝剂根据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。n其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。第42页，讲稿共198张，创作于星期日C C、无机高分子聚合物、无机高分子聚合物 有聚合铁系和铝系两大类有聚合铁系和铝系两大类n铁系絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响小，亲铁系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、表面活性剂、破坏油水和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺

29、点腐蚀性强、稳定性差。乳状液的能力很强等优点，缺点腐蚀性强、稳定性差。n铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属盐絮铝系是目前应用广、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。凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。第43页，讲稿共198张，创作于星期日D D、微生物、微生物絮凝剂絮凝剂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一类由一类由微生物微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能的代或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能的代谢产物。谢产物。n包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁

30、代谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂壁代谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂 n主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。质。n最大的优点：安全，无毒和不污染环境最大的优点：安全，无毒和不污染环境。第44页，讲稿共198张，创作于星期日1、微生物絮凝剂的商业化生产始于、微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪世纪90年代，年代，如红平如红平红球菌及由此制成的红球菌及由此制成的NOC-1NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂是目前发现的最佳微生物絮凝剂 2、微生物絮凝剂或将大部分替代普通絮凝剂、微生物絮凝剂或将大部分替代普通絮凝剂3、浮

31、游藻类、草分枝杆菌、硅酸盐芽孢杆菌。、浮游藻类、草分枝杆菌、硅酸盐芽孢杆菌。第45页，讲稿共198张，创作于星期日 5）影响絮凝效果的因素）影响絮凝效果的因素絮凝剂分子量和类型絮凝剂分子量和类型絮凝剂用量絮凝剂用量溶液溶液pH搅拌时间搅拌时间搅拌转速搅拌转速第46页，讲稿共198张，创作于星期日 絮凝剂分子量絮凝剂分子量分子量越大，链越长，吸附架桥作用越明显，但分子量越大，絮凝剂的溶解度越低。第47页，讲稿共198张，创作于星期日 浓度低时，加大絮凝剂用量有助于架桥提高絮凝效果，但用量过多反而会引起吸附饱和，在胶粒表面形成覆盖层，而失去与其他胶粒的架桥机会，使胶粒更加稳定，降低絮凝效果。絮凝剂

32、浓度絮凝剂浓度第48页，讲稿共198张，创作于星期日絮凝剂的浓度，最佳用量为粒子表面絮凝剂的浓度，最佳用量为粒子表面积约有一积约有一 半被聚合物覆盖。半被聚合物覆盖。第49页，讲稿共198张，创作于星期日p溶液pH的变化会影响絮凝剂功能团的电离度，从而影响分子链的伸展形态。p电离度增大，链节上相邻离子基团间的电排斥作用，使分子链从卷曲状态变为伸展状态，架桥能力提高。溶液溶液pH第50页，讲稿共198张，创作于星期日 刚加入时搅拌速度加快能使絮凝剂迅速分散，发挥作用，但絮凝剂形成以后，过度搅拌会打碎絮凝团。搅拌速度搅拌速度第51页，讲稿共198张，创作于星期日n定义：包括了凝聚和絮凝机理的过程称

33、为混凝。定义：包括了凝聚和絮凝机理的过程称为混凝。n对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和吸附高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和吸附桥架的双重机理，所以可单独使用。桥架的双重机理，所以可单独使用。5、混、混 凝凝第52页，讲稿共198张，创作于星期日p对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，则主要通过分子之间引力和氢键作用产生吸附桥架，所以它常与无机电解质凝聚剂搭配使用。p首先加入电解质使悬浮粒子间的双电层电位降低、脱稳、凝聚成微粒，然后再加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。p无机电解质的凝聚作用为高分子絮凝剂

34、的架桥创造了良好的条件，从而大大提高了絮凝的效果。第53页，讲稿共198张，创作于星期日6、加入助滤剂（加入助滤剂（filter aids）p一种不可压缩的多孔微粒，一种不可压缩的多孔微粒，p在发酵液中加入固体助滤剂，则在发酵液中加入固体助滤剂，则菌体可吸附于助滤剂微粒上，助菌体可吸附于助滤剂微粒上，助滤剂就作为胶体粒子的载体，均滤剂就作为胶体粒子的载体，均匀地分布于滤饼层中，降低了滤匀地分布于滤饼层中，降低了滤饼的可压缩性，减小了过滤阻力。饼的可压缩性，减小了过滤阻力。p目前生物工业中常用的助滤剂目前生物工业中常用的助滤剂是硅藻土，其次是珍珠岩粉、是硅藻土，其次是珍珠岩粉、活性炭、石英砂、石

35、棉粉、纤活性炭、石英砂、石棉粉、纤维素、白土等。维素、白土等。第54页，讲稿共198张，创作于星期日p一种是在过滤介质表面预涂助滤剂；一种是在过滤介质表面预涂助滤剂；p另一种是在发酵液中直接加入。此法要有一个搅拌另一种是在发酵液中直接加入。此法要有一个搅拌槽，充分搅拌，以防沉淀。槽，充分搅拌，以防沉淀。p也可以两种方法同时使用。也可以两种方法同时使用。1）助滤剂使用方法）助滤剂使用方法第55页，讲稿共198张，创作于星期日A、根据目的产物选择、根据目的产物选择n目的产物为液相时，注意产物是否会被助滤剂吸附，注意pH。n目的产物为固相时，一般使用淀粉、纤维素等不影响产物质量的助滤剂。2）助滤剂的

36、选择和使用助滤剂的选择和使用第56页，讲稿共198张，创作于星期日 B、根据过滤介质和过滤情况选择、根据过滤介质和过滤情况选择p当使用粗目的滤网时，易漏。采用石棉粉、纤维素、淀粉做助滤剂；p当使用细目滤布时，采用细硅藻土，如采用粗硅藻土，料液中的细颗粒仍通过助滤剂将到达滤布表面，从而使过滤阻力增大；p当使用烧结或粘结材料时，宜使用纤维素；可使滤渣易剥离，并防止堵塞毛细孔。第57页，讲稿共198张，创作于星期日 C、粒度选择、粒度选择p助滤剂粒度及粒度分布对过滤速率和滤液的澄清度影响很大，要粒度适宜。p当粒度一定时，过滤速率与澄清度成反比，过滤速率越大，澄清度差；过滤速率小，澄清度好。p助滤剂的

37、粒度必须与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应，一般应通过试验来确定选用何种粒度的助滤剂。第58页，讲稿共198张，创作于星期日 D、使用量、使用量 助滤剂使用量要合适，涂层厚度一般在2mm，直接加入时加量与料液中固形物含量相等。使用硅藻土时细粒用量为500g/m3，中粒用量为700g/m3，粗粒用量为700-1000g/m3。第59页，讲稿共198张，创作于星期日GradeDensity(kg/m3)pHWaterAdsorption(%)Relative Flow RateDryWetDiatomaceous EarthsStandard Super Cel1302807.0260200512 H

38、yflo Super Cel14028010.025050053519028010.0250140056031032010.02207500PerlitesTerracel 30011026027.5-300Terracel 5001302407.5-900 Typical properties of Filter Aids第60页，讲稿共198张，创作于星期日7.加入反应剂加入反应剂 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。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,生成的沉淀能

39、防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构，又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身可作为又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身可作为助滤剂。助滤剂。u如在新生霉素发酵液中加入如在新生霉素发酵液中加入CaClCaCl2 2和和NaNa3 3POPO4 4，生成，生成CaCa3 3(PO(PO4 4)2 2沉淀。沉淀。第61页，讲稿共198张，创作于星期日u2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶将其转化为单糖，以提高过滤速率。u如万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅拌30min后，再加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。

40、第62页，讲稿共198张，创作于星期日第二节第二节 发酵液的相对纯化发酵液的相对纯化一、高价无机离子的除去一、高价无机离子的除去二、杂蛋白的去除方法二、杂蛋白的去除方法第63页，讲稿共198张，创作于星期日n发酵液中杂质很多，其中有些杂质不仅影响产品的质量和收率，同时对后继提取和纯化有很大影响。n动植物或微生物细胞在合适的培养基及一定条件下生长、繁殖，并积累一定的代谢产物，其培养液预处理富含两大类杂质。第64页，讲稿共198张，创作于星期日A.A.高价无机离子（高价无机离子（CaCa2+2+、MgMg2+2+、FeFe3+3+）B.B.杂蛋白杂蛋白u常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过

41、滤效率。常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过滤效率。u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，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有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。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。u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。第65页，讲稿共198张，创作于星期日 1、离子交换法、离子交换法n指用阳离子交换树脂除去发酵液中的阳离子。指用阳离子交换树脂除去发酵液

42、中的阳离子。一、高价无机离子的除去一、高价无机离子的除去p如四环素和土霉素的发酵液，铁离子含量很高，对如四环素和土霉素的发酵液，铁离子含量很高，对成品质量与提取影响很大，尤其影响离子交换的吸成品质量与提取影响很大，尤其影响离子交换的吸附容量。一般采用附容量。一般采用122树脂预先除去。树脂预先除去。第66页，讲稿共198张，创作于星期日 Ca2+的去除的去除p一般加草酸，生成不溶性的一般加草酸，生成不溶性的草酸钙草酸钙，还能使蛋白质絮凝凝固，提，还能使蛋白质絮凝凝固，提高滤液（也称为原液）质量。高滤液（也称为原液）质量。p但草酸价格较高，且草酸溶解度较小，故用量大时，可用但草酸价格较高，且草酸

43、溶解度较小，故用量大时，可用其可溶性盐，如草酸钠。应注意回收草酸。其可溶性盐，如草酸钠。应注意回收草酸。p如四环类抗生素废液中，加入硫酸铅，在如四环类抗生素废液中，加入硫酸铅，在60下反应生成草酸铅。下反应生成草酸铅。后者在后者在90-95下用硫酸分解，经过滤、冷却、结晶后可以回收下用硫酸分解，经过滤、冷却、结晶后可以回收草酸。草酸。2、沉淀法、沉淀法第67页，讲稿共198张，创作于星期日 Mg2+的去除的去除 加入加入三聚磷酸钠三聚磷酸钠Na5P3O10，它和镁离子形成，它和镁离子形成可溶性络合物后，即可消除对树脂的影响。可溶性络合物后，即可消除对树脂的影响。Na5P3O10+Mg2+MgN

44、a3P3O10+2Na+第68页，讲稿共198张，创作于星期日 Fe3+的去除的去除 可加黄血盐使其形成可加黄血盐使其形成普鲁士兰沉淀普鲁士兰沉淀而除去。而除去。4Fe3+3K4Fe(CN)6=Fe4Fe(CN)63+12K+第69页，讲稿共198张，创作于星期日二、杂蛋白的去除方法二、杂蛋白的去除方法沉淀法变性法吸附法第70页，讲稿共198张，创作于星期日1.杂蛋白去除杂蛋白去除-沉淀法沉淀法 precipitationA.等电点沉淀法等电点沉淀法 （isoelectric precipitation）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

45、)5.5)，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。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，如三氯乙酸盐、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；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，如在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子形成沉淀，如Ag+Ag+、CuCu2+2+、ZnZn2+2+、FeFe3+3+等。等。第71页，讲稿共198张，创作于星期日2.2.杂蛋白去除杂蛋白去除-变性变性 Den

46、aturation 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。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。第72页，讲稿共198张，创作于星期日n链霉素生产中，

47、采用链霉素生产中，采用调调pHpH至酸性（至酸性（pH3.0pH3.0），加热），加热至至7070，维持半个小时的方法来使蛋白变性，能，维持半个小时的方法来使蛋白变性，能使过滤速度增大使过滤速度增大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，使蛋白质变以上，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性凝固和降低发酵液粘度，从而大大提高了过滤速度。速度。第73页，讲稿共198张，创作于星期日3.3.杂蛋白去除杂蛋白去除-吸附法吸附法 adsorptionn加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除

48、去加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。n四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成成亚铁氰化锌钾亚铁氰化锌钾K K2 2ZnZn3 3Fe(CN)Fe(CN)5 5 2 2的胶状沉淀来吸附的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果。蛋白质，利用此法除蛋白质已取得很好的效果。n在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，这两在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢二钠，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，从而加快了过滤速度

49、。子吸附并包裹在其中而除去，从而加快了过滤速度。第74页，讲稿共198张，创作于星期日 第三节第三节 固液分离及设备固液分离及设备一、影响发酵液固液分离的因素一、影响发酵液固液分离的因素二、常见的固液分离的方法二、常见的固液分离的方法第75页，讲稿共198张，创作于星期日n大部分工业生物分离的第一步往往是将不溶物质从发酵液中除去，即固液分离。n固液分离是生物产品生产中经常遇到的重要单元操作。n培养基、发酵液、某些中间产品和半成品等都需要进行固液分离。n其中发酵液由于种类多，黏度大，和成分复杂，其固液分离最为困难。第76页，讲稿共198张，创作于星期日一、影响发酵液固液分离的因素一、影响发酵液固

50、液分离的因素1 1）发酵液中悬浮离子的大小）发酵液中悬浮离子的大小第77页，讲稿共198张，创作于星期日n这些不溶性固体的浓度和颗粒大小的变化范围很宽。浓度可高达每单位体积含60%的不溶性固体，又可低至每单位体积仅含0.1%。粒径的变化可以从直径约为1um的微生物，到直径为1mm的不溶性物质。第78页，讲稿共198张，创作于星期日 2 2）发酵液的黏度）发酵液的黏度 固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，固液分离越困难。固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，固液分离越困难。影响影响粘度的因素：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、动物或植物细