生物发酵预处理课件

生物反应过程示意图一般流程原料液细胞分离(离心，过滤)细胞－胞内产物路线一路线二细胞破碎碎片分离路线一A路线一B清液－胞外产物粗分离(盐析、萃取、超过滤等)纯化(层析、电泳)脱盐(凝胶过滤、超过滤)浓缩(超过滤)精制(结晶、干燥)包含体溶解(加盐酸胍、脲)复性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①可压缩性，黏度大②悬浮状态稳定③所需的产品在培养液和菌体中浓度很低④存在许多杂质预处理的目的⑴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；

⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；

⑶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⑴加热⑵调节悬浮液的PH值(草酸，无机酸或碱)⑶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１mm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：A13＋＞Fe3+＞H＋＞Ca2十＞Mg2+＞K+＞Na+＞Li+常用的凝聚剂：Al2(SO4)3·18H20（明矾）；AlC13·6H2O；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：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BACKCa2+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→Fe4[Fe(CN)6]3↓+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: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ΔP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60~100゜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0.5~2.5mm,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，该机型可用于酶制剂，疫苗和胰岛素生产中分离物的澄清，醇的生产中细菌的采集以及r-DNA中采集和澄清。碟式结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,S