生物工艺学下游技术第二章发酵液预处理.ppt

;预处理和固液分离内容;发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。 不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能进行后续操作： 对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去处，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞外产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。; 一、发酵液的预处理;1、为何要对发酵液进行预处理？;为何要对发酵液进行预处理？;2、预处理的目的;3、预处理的方法;一 凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用; 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；相互聚集成大粒子（1mm）的过程。 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。其中絮凝剂主要起架桥作用。;凝聚机理：1）中和粒子表面电荷 2）消除双电层结构 3）破坏水化膜;发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。 正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势。;;胶体双电层结构;ζ电位的计算： ;δ— 扩散层的有效厚度;双电层与凝聚;凝聚价或凝聚值 ;反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。 阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、水化半径、离子运动能力的影响，次序为 ;常用的凝聚剂电解质有： ;;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，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括离子基团以及非离子型基团。 它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。 当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生架桥联结时，就形成较大絮团，产生絮凝作用。 ;高分子絮凝剂的吸附架桥作用 ;可分为三类： 人工合成有机高分子聚合物、 天然有机高分子聚合物、 无机高分子聚合物 1）目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸类和聚苯乙烯类衍生物。; 高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类：阴离子型（含有羧基)、阳离子型（含有胺基） 、非离子型;聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点 用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。;2）天然有机高分子絮凝剂;3）无机高分子聚合物;微生物絮凝剂;微生物絮凝剂;絮凝的影响因素;对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和产生吸附桥架的双重机理，单独使用可达到较好絮凝效果； 对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果。 这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。;发酵液中的杂质;（一）高价无机离子的去除方法;（二）杂蛋白的去除方法;;2.杂蛋白去除-变性 Denaturation ;2蛋白质变性例子;3.杂蛋白去除- 吸附法 adsorption; 二、发酵液的固液分离;一 影响发酵液固液分离的因素;2）发酵液的黏度 ： 固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大，固液分离越困难。影响粘度的因素： 菌体的种类和浓度（重要因素），通常丝状菌、动物或植物细胞悬浮液粘度较大，浓度增大，粘度也提高。 培养液中蛋白质、核酸大量存在： 细胞破碎或细胞自溶后粘度增大。因此细胞破碎的程度应控制，发酵放罐时间要适宜。 培养基成分：如用黄豆粉、花生粉作氮源，淀粉作碳源，粘度都会升高。 某些染菌发酵液，如染细菌，则粘度会增大。 发酵过程的不正常处理，如大量过剩的培养基和消沫油加入，都会使粘度增大。;收集胞内产物的细胞或菌体，分离除去液相， 收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物（细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等）。;二 常见的固液分离方法;（一） 过 滤;A. 根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。;滤饼过滤：; 过滤推动力： 悬浮液自身压强差、重力 悬浮液的—外加压力 过滤介质的—抽真空 ;滤饼的质量比阻;滤饼的质量比阻;滤饼的质量比阻与过滤关系;恒压下的过滤方程;过滤速度的强化;质量比阻的计算;2 过滤介质选择;过滤介质-织物介质;过滤介质-粒状介质;过滤介质-多孔固体介质;典型过滤设备：;1）实验室用抽滤装置; 2）板框压滤机;板框压滤机; 板框过滤机;板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打人框内，，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。;板框压滤机;自动板框式