生化分离技术 02预处理.pptVIP

生物分离过程的一般流程 发酵液预处理的必要性 1、成分复杂：包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。 所以：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除，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物，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。 预处理和固液分离内容 2.1 发酵液的预处理 2.1.1 预处理的原因 （2）固液分离方法(过滤和离心)的需要： 对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度大，不能直接过滤，若用高速离心，能耗很大，设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染，通量降低。 发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离。 2.1.2 预处理的目的 ⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中 固体粒子的尺寸，降低液体黏度。 ⑵ 相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。 ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）； 都是为了加快悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率。 2.1.3 预处理的方法 凝聚和絮凝 加热 调节悬浮液的pH值 助滤剂和反应剂 去处杂蛋白 去处高价无机离子 1 凝聚和絮凝 将化学药剂预先投加到待处理的悬浮液中，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的预处理中。 根据聚合的机理，分为凝聚与絮凝 凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 凝聚：指在投加的中性盐（铝、铁等盐类）作用下，破坏胶体稳定性，使胶体粒子相互聚集成１mm 大小块状凝聚体的过程。 絮凝：指使用絮凝剂（天然的或合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。 胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm） 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 胶体双电层结构 胶体双电层电荷分布 胶体双电层电位 双电层与凝聚 ζ电位与扩散层厚度δ和胶核的滑移面的电荷密度q成正比，而扩散层厚度又与溶液中反离子强度和电荷大小成反比。 对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的存在，①可压缩扩散层的厚度，促使ζ电位迅速降低，而且化合价越高，这种影响越显著。 凝聚价或凝聚值 在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，②能脱除胶粒表面的水化膜，降低ζ电位，使双电层的排斥力减少，当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起来。 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol／L），称为该电解质的凝聚价或凝聚值。 Schulze－Hardy法则：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： 絮凝：絮凝剂大分子将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程。用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较易分离。 机理：高分子间的架桥作用 类型：四类工业絮凝剂 絮凝的影响因素：发酵液性状等 人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，原料来源广等优点。 天然有机高分子改性絮凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类(海藻酸钠、壳多糖、明胶)。 其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目（淀粉+丙烯酰胺)。 有聚合铁系和聚合铝系两大类 铝系（聚合氯化铝）是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。 铁系（聚合铁系）絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响小，亲和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺点腐蚀性强、稳定性差。 是一类由微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能的代谢产物，近年来研究和开发的新型絮凝剂。 主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。 和天然絮凝剂及化学合成的絮凝剂相比，微生物絮凝剂最大的优点是安全，无毒和不污染环境。 发酵液的性质（细胞浓度、电荷）； 絮凝剂的浓度（见图） ； 絮凝剂的分子量； pH 控制（见图）； 搅拌速度（先快后慢）。 2 加热 1）降低液体粘度 液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。流体力学原理过滤速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加水稀释法