生物发酵预处理.ppt

1、生物反应过程示意图,一般流程,发酵液的预处理和固液分离,一、发酵液的预处理 发酵液的组成？ 菌（细胞）体，胞内外代谢产物， 胞内的细胞物质及剩余的培养基残分等。,液体的基本特性 可压缩性，黏度大 悬浮状态稳定 所需的产品在培养液和菌体中浓度很低 存在许多杂质,预处理的目的,改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率； 尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）； 去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。,预处理的方法,加热 调节悬浮液的PH值(草酸，无机酸或碱) 凝聚和絮凝 (4)杂蛋白质的其它去除方法 (5)去除高价无机离子,凝聚与絮凝：将化学药剂预

2、先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离,常用于菌体细小而且黏度大的发酵液预处理中。,凝聚和絮凝,胶体双电层结构,发酵液的带电现象,细胞或菌体表面带有负电荷 吸附溶液中正离子 热运动 正离子均匀分布到液体中，具有离开胶 粒表面的趋势 stern平面以内，正离子被紧密束缚在胶核表面， 称为吸附层或stern层； stern平面以外，正离子在溶液中扩散，距离越 远，浓度越小，最后达到主体溶液的平均浓度， 称为扩散层。这样就形成了双电层的结构。,凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成 m

3、m 大小块状凝聚体的过程。 胶体粒子(10-100nm) 大粒子（1mm） 机理： a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构,阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力： A13Fe3+ HCa2十Mg2+K+Na+Li+ 常用的凝聚剂： Al2(SO4)318H20（明矾）；AlC136H2O； FeC13；ZnSO4；MgCO3等。,絮凝：指使用絮凝剂将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。 机理：架桥作用,天然的和合成的大分子量聚电解质,絮凝剂的吸附架桥作用,常用的絮凝剂,聚丙烯酰胺（po1yacry1amide）类和聚乙烯亚胺（polyethyleneimine）衍生物 无机高分子聚合物

4、：聚合铝盐和聚合铁盐等。,天然有机高分子絮凝剂： 壳聚糖和葡聚糖等聚糖类， 明胶、骨胶、海藻酸钠等。 微生物絮凝剂： 主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等,（1）絮凝剂用量 （2）溶液的pH （3）搅拌速度和时间 （4）助滤剂,絮凝作用的影响因素：,BACK,杂蛋白质的其它去除方法,等电点沉淀 有机溶剂沉淀 蛋白沉淀剂 吸附作用,BACK,Ca2+ 草酸（价格较贵，注意回收） Mg2+ 三聚磷酸钠 Fe3+ 黄血盐 （普鲁士蓝沉淀） 4Fe3+ + 3K4Fe(CN)6 Fe4Fe(CN)63+ 12K+,高价无机离子的去除方法,二、发酵液的固液分离,目的 1. 收集胞内产物的细胞或菌体:

5、除去液相 2.收集含生化物质的液相:除去固体悬浮物,影响固液分离的因素,菌种：真菌，放线菌，细菌 培养基：黄豆，花生，淀粉，后期加油，培养基未用完 发酵时间：菌丝自溶前放罐 黏度（发酵液）,方法：过滤和离心分离。,过滤,过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差P作用下，将悬浮液中的固体粒子截留，而与液体分离的技术。,改善过滤方法,助滤剂：质地坚硬不可压缩性固体机理：表面吸附胶体及不可压缩型格子结构 使用方法： 助滤剂混入悬浮液中一起过滤常用助滤剂：硅藻土，珍珠岩，活性炭,分离设备,板框压滤机 真空过滤机 错流过滤,板框压滤机,板框压滤机的过滤推动力来自泵产生的液压或进料贮槽中的气压。,back

6、,错流过滤,微滤过程示意图,料液快速经过薄膜,以减少形成滤饼,平抛式,平抛式：瓶式离心机，实验室常用的低中速离心机，转速一般在 3000-6000rpm。,离心,平抛式,多室式,若干同心圆筒组成若干同心环状分离室 增加沉降面积，减少沉降距离。 悬浮液中的粗颗粒沉降到靠近内部的分离室壁上，细颗粒则沉降到靠近外部的室壁上，澄清的分离液经溢流或由向心泵排出。 常用于抗菌素液液萃取分离，果汁和酒类饮料的澄清等。,多室,螺旋式,螺旋卸料沉降离心机 卧螺机是一种全速旋转，连续进料，分离和卸料的离心机。 操作温度可达300 操作压力一般为常压 常用于胰岛素，细胞色素，胰酶的分离等。,螺旋式,碟片式,是一种应用最为广泛的离心机 有一个密封的转鼓，内装十至上百个锥顶角为60100锥形碟片。 固体的沉降距离极短，分离效果较好。 碟片间的距离一般为0.52.5mm,与被分离物料的性质有关。,碟片式离心机,人工排渣的碟片离心机 喷嘴排渣的碟片离心机 活门（活塞）排渣的碟片离心机 活门排渣的喷嘴碟片式离心机（这是近年来开发的机型，它和相同直径的活塞机相似，其速度可增加23%30%,故可使分离因素达15000 左右，该机型可用于酶