生化工程下游技术 知识课件第三章发酵液预处理.pptVIP

第三章 发酵液预处理  第一节 发酵液特性 第二节 发酵液特性的改变方法 第三节 菌体分离 第四节 固液分离工程及设备 过滤设备 离心分离设备 ;发酵液预处理 提取生物制品的第一步往往是预处理。 预处理的目的是为提取和精制等后继工序的顺利进行创造条件。 主要完成三个方面的工作： 1）分离发酵液中的菌体和其它悬浮颗粒 2）除去部分可溶性杂质 3）改变发酵液的物理性质，促进固形物分离速度。 ;一、发酵液特性： 发酵液属悬浮液包括水相和固相 水相：与固液分离相关的水的性质包括水的极性，水的黏性和水的表面张力。 固相：;对发酵法中固体颗粒的分离，是基于它们在粒度、密度、溶解度及扩散度等方面的差异而实现的。用过滤、离心分离、沉降??方法分离的粒度范围，一般为0.3～10μm。; 分离发酵液中的细胞或其它固体物质，是提取发酵产品的重要步骤。 过程：分离完整细胞作为产品（如单细胞蛋白）、分离细胞后作进一步溶菌处理、提取胞内生物产品（如胞内酶）、除去经萃取后残留的细胞碎片、除去或回收少量没有转化的不溶性废物、回收细胞后返回反应器内，进行细胞再循环操作等. 方法: 过滤（分批、连续真空和错流流动等）、离心分离（垂直式、水平式）和沉降等。 ; 用加水稀释法虽能降低液体粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。而且，单从过滤操作看，稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能认为有效，即若加水一倍，则稀释后液体的粘度必须开降50％以上才能有效提高过滤速率。 升高温度可有效降低液体粘度，提高过滤速率，如12Be麦芽汁40℃时粘度为1.2X103Pa·s，升高至75℃其粘度可下降一半，过滤速率可加倍。同时，在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。 ; 将链霉素发酵液，调酸至pH3.0后，加热至70℃，维持半小时，液相粘度下降至l/6，过滤速率可增大10－l00倍。 使用加热法时必须严格控制加热温度与时间。首先，加热的温度必须控制在不影响目的产物活性变质的范围内；其次，温度过高或时间过长，会使细胞溶解，胞内物质外溢，增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。 ;二、调整pH 通过这种方式调整电离度和电荷性质，有利于形成较大的颗粒或颗粒的电荷特性，降低某些物质的溶解度或悬浮性能， 改善发酵液的过滤特性。 pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。 对于氨基酸、蛋白质等两性物质的提取，采用等电点沉淀法。  味精生产中，利用等电点（pH 3.22)、则沉淀法提取谷氨酸。对于蛋白质；由于羧基的电离度比氨基的大, 蛋白质的酸性性质通常强于碱性，因而大多数蛋白质的等电点都在酸性范围内（pH4.0～5.5）. 利用酸性来调节发酵液 pH值使之达到等电点，可除去蛋白质等酸件与两性物质. ;三、凝聚与絮凝 目前工业上最常用的预处理方法之一 采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。此外，还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量。 凝聚是指在电解质作用下，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。 絮凝则是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。 混凝是指絮凝和凝聚二者兼而有之。;1.凝聚 发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子的表面，一般都带有电荷，带电的原因很多，主要是吸附溶液中的离子和自身基团的电离。在生理pH值下，发酵液中的菌体或蛋白质常常有负电荷，由于静电引力的作用，使溶液中带相反电荷的阳离子被吸附在其周围，在界面形成双电层。这种双电层的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。 ; 凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质一在电解质中异电离子作用下．胶粒的双电层电位降低．使胶体体系不稳定. 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。反离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。对带负电荷的发酵液胶体粒子凝聚能力强的阳离子次序为：