第二章发酵液预处理与固液分离概要.ppt

《生物分离工程》Bioseparation Engineering第二章 发酵液预处理与固液分离 生物分离过程的一般流程 2.发酵液预处理与固液分离 2.1 发酵液预处理 2.1.1 引言 2.1.2 发酵液过滤性能的改变 2.1.3 发酵液的相对纯化 2.2 固液分离 2.2.1 过滤 2.2.2 离心 预处理和固液分离内容 生物产品的分类（根据分离特点）： 培养液产品：如饮料酒类，没有提取与精制，只需考虑除去固相杂质即可。 细胞产品：如活性干酵母，只需固液分离和洗涤可溶性杂质的过程。 粗制产品：如工业用酶制剂，只需考虑产品提取。 精制产品：有纯度要求，大多数生物产品属此类，其分离回收过程一般包括预处理与固液分离、提取、精制和成品加工四步。 精制产品分离纯化一般流程： 胞外产品： 发酵液 ↓预处理 目的产物尽量进液相 ↓固液分离 收集液相 ↓ 后提取与精制 胞内产品： 发酵液 ↓预处理 除杂、改变液相性质 ↓固－液分离 收集细胞或菌体 ↓细胞破碎 目的产物进液相 ↓固－液分离 收集液相 ↓ 后提取与精制 2.1 发酵液预处理 2.1.1 引言 发酵液预处理的目的： ①改变滤液的性质 ②除去部分可溶性杂质 ③尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相） ——以利于后继各工序的顺利进行 预处理的方法 加水稀释法Dilution with water 加热法 Heating 调节悬浮液的pH值 Regulation of pH 凝聚和絮凝 Coagulation and flocculation 助滤剂Filter aids和反应剂 Reactant 高价无机离子的去除 Removal of inorganic ion 杂蛋白的去除 Removal of useless protein 2.1.2 发酵液过滤性能的改变 生物悬浮液的特性： ①悬浮物颗粒小，比重与液相相差不大； ②固体粒子可压缩性大； ③粘度大，含有蛋白质、多糖等胶体物质，大多为非牛顿型流体。 改性的目的：降低滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。 2.1.2.1 加水稀释 加水稀释法：虽能降低液相粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。 2.1.2.2 加热 加热：可有效降低液相黏度，改善过滤性能。但加热的温度必须是在不影响目的产物活性的范围内。 2.1.2.3 调整pH 对于氨基酸、蛋白质等两性物质，调pH至等电点，在等电点下溶解度最小，此即为等电点沉淀。 在极端pH值下，蛋白质发生凝固，使之分离。 可以使存在于胞内的发酵产物转入液相或使发酵产物以适合的离子状态或游离状态存在于发酵液中，防止其沉淀、氧化或变性等。 2.1.2.4 凝聚与絮凝 （1）凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒间双电层排斥电位的降低，而使胶体体系不稳定的现象。 电解质的凝聚能力可用凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L)称为凝聚值。 阳离子对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力的次序为： Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ 常用的凝聚电解质有硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O(明矾)、氯化铝AlCl3·6H2O、三氯化铁FeCl3·6H2O、硫酸亚铁FeSO4·7H2O、石灰、ZnSO4、MgCO3等。 絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，具长链状结构，其链上含有许多活性功能团，包括带电荷的离子基团和不带电荷的非离子型基团。 根据其来源的不同，常用絮凝剂分为如下三类： 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，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。 （3）混凝 凝聚的特点是速度快，但颗粒小； 絮凝的特点是速度慢，而颗粒较大。 它们单独使用时效果较差，所以絮凝剂常与无机电解质凝聚剂搭配使用 。 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。 无机电解质的凝聚作用为高分子絮凝剂的架桥创造了良好的条件，从而大大提高了絮凝的效果。这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。 2.1.2.5 加入助滤剂 助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒。常用的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、碳粒、淀粉等。 悬浮液 ↓加入助滤剂 悬浮液中的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上 ↓ 滤饼的结构改变，可压缩性下降 ↓ 过滤阻力降低，过滤速率提高 助滤剂使用要点： （1）