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第三章 发酵液预处理 发酵液成分：微生物菌体及残存的固体培养基外，还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。 目的：分离菌株体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后续各工序的顺序进行。 方法选择：对于胞外产物，经预处理应尽可能使目的产物转移到液相，然后经固液分离除去固相；对于胞内产物，则应首先收集菌体或细胞，经细胞破碎后，目的产物进入液相，随后再将细胞碎片分离。 第一节 发酵液过滤特性的改变 微生物发酵液的特性可归纳为： （1）发酵产物浓度较低，大多为1%-10%，悬浮液中大多是水。 （2）悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大。 （3）固体粒子可压缩性大。 （4）液相粘度大，大多为非牛顿型流体。 （5）性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影响。 这些特性使得发酵液的过滤的过程也分离相当困难。 改善发酵液过滤特性的物理化学方法 通过对发酵液进行适当的预处理，即可改善其流体性能，降低滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。 一、降低液体粘度：加水稀释法和加热法 二、调整pH：等电点沉淀法 三、凝聚与絮凝 四、加入助滤剂：助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。如：硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、碳粒、淀粉等、 五、加入反应剂：不影响目的产物，可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响，提高过滤速率。 一、降低液体粘度 加水稀释法 加热稀释法 注：加热须控制在不影响目的产物活性变质范围内；加热时间过长会使细胞溶解，胞内物质外溢。 二、调整pH 主要是影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质。 寻找某物质的等电点，通过两性物质在等电点下物质的溶解度最小的特点，达到分离提取的目的。 通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，减少堵塞和污染。 三、凝聚与絮凝 凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象。 凝聚值：使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度。反离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。 阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力次序： Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ 常用凝聚电解质有硫酸铝、氯化铝、三氯化铁、硫酸亚铁、石灰等。 三、凝聚与絮凝 絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。 絮凝剂：是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万至一千万以上，他们具有长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带电荷的阴离子或阳离子基团以及不带电荷的非离子型基团。 三、凝聚与絮凝 絮凝剂分类： 非离子型、阴离子型、阳离子型 根据来源不同分： （1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物。 （2）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等。 （3）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶黏物、海藻酸钠、明胶等。 目前，最常用的絮凝剂是有机合成的聚丙烯酰胺。 图3-1 絮凝剂加量对絮凝液滤速的影响 四、加入助滤剂 助滤剂：是一种 不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松滤速增大。 常用助滤剂有：硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、碳粒等 助滤剂选择要点： 1、根据目的产物选择助滤剂品种 2、根据过滤介质和过滤情况选择 3、粒度选择 4、助滤剂使用量的选择 五、加入反应剂 加入反应剂可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响。 加入反应剂和某些可溶性盐类反应生成不溶性盐。 第二节 发酵液的相对纯化 发酵液中杂质很多，其中有些杂质不仅直接影响产品质量和收得率，同时对后续提取精制有很大影响。 一、高价无机离子的除去 发酵液中主要的无机离子有：Ca2+、Mg2+、Fe2+等。 二、杂蛋白质的除去 （1）沉淀法：蛋白质是两性物质，在酸性溶液中，能与一些阴离子（三氯乙酸盐、水杨酸盐）形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。 （2）变性法：使蛋白质变性的方法很多，如：加热，调pH，有机溶剂，表面活性剂等，其中最常用的是加热法。 （3）吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附蛋白质而除去。 第三节 固液分离工程及设备 范围：培养基、发酵液、某些中间产品和半成品。其中发酵液由于种类多、粘度大和成分复杂，分离最为困难。 方法：分离筛、重力沉降、浮选分离、离心分离和过滤等，其中用于发酵液固液分离的主要是离心分离和过滤分离。 一、离心分离 二、过滤分离 一、离心分离 原理：利用转鼓高速转动锁产生的离心力，来实现悬浮液、乳浊液的分离或浓缩。 优点：分离速率快、分离效率高、液相澄清度好等。 缺点：设备