发酵液预处理和液相非均一体系分离技术-课件

1第十章发酵液预处理和液相非均一体系分离技术

1ppt课件214发酵液预处理和固液分离技术手段沉降离心凝聚絮凝过滤固液分离其它手段2ppt课件3凝聚：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程，是以物理集合为主的过程。3ppt课件44ppt课件5几个名词：stern层：相距胶核表面约一个离子半径的平面。滑移（动）面：当胶粒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。φs：胶核表面的电位

φd：stern平面上的电位ξ：滑移面上的电位，可测定，控制胶粒间电排斥作用的电位，表征双电层的特征5ppt课件6扩散层的有效厚度，即stern面上的电位φ降低到其值为1/e处的距离，不能直接测定。水的介电常数胶体的电动电荷密度即滑移面电荷密度6ppt课件7若溶液中存在i离子：结论：对带负电荷的发酵液，zi↑→δ↓→ξ↓，当双电层的排斥力不足以抗衡胶粒间的范德华引力时，由于热运动的结果导致胶粒的互相碰撞而聚集。D/K/N/T都为常数7ppt课件8凝聚价（凝聚值）①定义：胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔/升）。②规律性：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+凝聚的缺点：凝聚体颗粒较细小，有时不能有效分离。8ppt课件9絮凝絮凝剂：有机高分子水溶性聚合物，具有长链线状的结构，分子量可达数万至一千万以上，在长的链节上含有相当多的活性功能团，可以带有多价电荷（如阴离子或阳离子），也可以不带电性（如非离子型）9ppt课件1010ppt课件11⑶作为絮凝剂的条件：分子中必须必须有长链线状的分子结构，含有较多的活性基团，可以带多价电荷，能和悬浮颗粒表面相结合。水溶性的聚合物，分子量可以很高。不影响产物的性能。无毒。11ppt课件12⑷絮凝剂的类型：细胞絮凝的种类：自身絮凝（酵母）、絮凝剂絮凝絮凝剂类型：化学结构：高聚物、无机盐（硫酸铝、氯化钠、磷酸钠、氯化钙和明胶等）、有机溶剂（乙醇、丙酮、甲醛）、表面活性剂官能团：阴、阳离子、非离子来源：天然和人工合成12ppt课件13聚丙烯酰胺优点：

用量少10－6g/L絮凝体粗大，分离效果好。絮凝速度快种类多。主要用于杂质为蛋白质或菌丝体的发酵液缺点：存在毒性（尤其阳离子）。13ppt课件14聚丙烯酸类阴离子絮凝剂。无毒。聚苯乙烯类衍生物无机高分子聚合物天然有机高分子絮凝剂壳聚糖、葡聚糖、明胶、骨胶、海藻酸钠等。微生物絮凝剂

微生物产生的具有絮凝细胞功能的物质。主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。14ppt课件15⑸混凝包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。对带负电性菌体或蛋白质：①加入无机电解质，凝聚起作用成微粒：②再加入非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，架桥作用（絮凝）：，15ppt课件16絮凝剂浓度影响絮凝因素16ppt课件17pH值17ppt课件18影响絮凝的因素：发酵液性状有关，对不同发酵液选择不同种类的絮凝剂；对同一种发酵液，还与絮凝剂加量分子量和类型溶液的pH搅拌速度时间18ppt课件19最新的发展趋势亲和絮凝19ppt课件20杂蛋白的其它去除方法：(1)酸化，调pH值至等电点。（CO2、H2SO4、HCl、H3PO4）(2)加盐，形成沉淀。酸性溶液：Protein+阴离子→↓碱性溶液：Protein+阳离子→↓

20ppt课件21高价无机离子的去除方法：(1)去Ca2+，加草酸。作用：⑴生成草酸钙沉淀，同时也生成MgC2O4↓⑵草酸钙沉淀，能促使蛋白质凝固。(2)去Mg2+，加三聚磷酸钠Na5P3O10，同时也可去除Ca2+Na5P3O10+Mg2+→MgNa3PO10+2Na+

（络合物）(3)去Fe3+，加黄血盐，形成普鲁士兰沉淀。Fe3++[Fe2+(CN)6]4-+K+=K[Fe2+(CN)6Fe3+]21ppt课件22(3)加热，使蛋白质变性沉淀，同时μ↓，加快过滤速度。缺点：原液的色素增多，影响原液质量，只适用于对热不敏感的生化物质。

22ppt课件23色素的去除主要是吸附法，如活性炭吸附、树脂吸附等，可以不用或少用有机溶剂；树脂常称为“脱色树脂”，具有多孔性、表面积大、吸附能力强特点。离子交换树脂也可以进行脱色；23ppt课件24发酵液的固液分离24ppt课件25发酵液的过滤：

过滤：液固分离的过程。要求：滤速快，滤液澄清，产品高收率。25ppt课件26发酵液的过滤特性和滤饼的重量比阻：发酵液大多数属于非牛顿型液体，滤渣为可压缩性。rB：滤饼的重量比阻。衡量不同发酵液过滤的难易程度。1.不可压缩性滤饼，rB常数，m=02.可压缩性滤饼：(发酵液属于此类)

rB=r(△p)m结论：△P↑→γB↑

问：若在开始过滤时就迅速提高压差吗？26ppt课件27

对于可压缩滤饼，如果过滤介质的阻力相对较小，可以忽略不计，则恒压下的过滤方程式为（1-2）式中q：到瞬间τ时，通过单位过滤面积的滤液量，m3/m2；△P：过滤压力差，Pa；

rB：滤饼的质量比阻，m/kg；

XB：通过单位体积滤液所形成的滤渣质量，kg/m3；τ：过滤时间，s；

μ：滤液粘度，Pa·s。27ppt课件28

利用图解法求得，以τ/q为纵坐标，以q为横坐标所得的直线斜率为M，则rB可按下式进行计算：

（1-3）根据滤饼的质量比阻，可以衡量各种不同发酵液过滤的难易程度。

28ppt课件29影响过滤速度的因素。

菌种真菌：过滤容易，滤渣呈紧密饼状，易刮下。放线菌：菌丝细而分枝，交织成网状，过滤较难，须经预处理。细菌：菌体很细小，过滤十分困难，须絮凝处理，并用特殊的过滤设备。29ppt课件30

培养基组成

影响很大。用黄豆饼粉，花生粉作氮源，淀粉作碳源会使过滤困难。后期加用消沫油或大量未用完的培养基，使过滤困难。续30ppt课件31

发酵工艺

发酵时间：在菌丝自溶前必须放罐，否则过滤困难。

搅拌速度、通气量，接种比例影响微生物的生长特性。低接种量，高搅拌速度有利于生成块状和丸团沉淀。31ppt课件3232ppt课件33改善过滤性能的方法若难过滤的发酵液，设法改善过滤性能，降低γB，提高过滤速度。方法：等电点法；蛋白质变性法；吸附法；凝聚及絮凝法；加入助滤剂；酶解作用。33ppt课件34加入助滤剂：助滤剂：不可压缩的多孔微粒，不吸附或很少吸附生化物质，使滤饼疏松，有利于过滤。种类：硅酸盐粉末，纸浆，珠光岩，珍珠岩（SiO2）助滤剂的加入有两种方法：在滤布上预先铺一层助滤剂(1~2mm)，该方法，会使滤速降低，但滤液透明度。直接加入发酵液中。34ppt课件35加入酶

发酵液中有不溶性的多糖存在，则最好用酶将它转化为单糖，以提高过滤速度。如：万古霉素发酵液，加0.0025%的细菌淀粉酶，搅拌0.5hr，2.5%硅藻土助滤剂，υ↑5倍。

发酵液染菌的处理：升高温度，增加催化剂用量，加助滤剂。35ppt课件36固—液分离设备的选择常用于发酵液的分离设备有：板框压滤机鼓式真空过滤机离心沉降分离机36ppt课件37板框压滤机优点：板框压滤机的过滤面积大；过滤推动力(压力差)能较大幅度地进行调整，并能耐受较高的压力差；结构简单，价格低，动力消耗少等优点。缺点不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件差，非生产的辅助时间长，阻碍了过滤效率的提高。37ppt课件38鼓式真空过滤机优点能连续操作，能实现自动化控制缺点压差较小，主要适用于霉菌发酵液的过滤。38ppt课件39离心分离

优点分离速度快