第二章 发酵液预处理.pptVIP

第一章 回顾 下游技术定义 下游技术的任务 生物工业下游技术的发展历程 工业应用水平的技术 下游技术的一般工艺过程 第一章 回顾 生物分离工程总原则: 生物分离技术和原理 识别混合物中不同溶质间物理、化学和生物学性质的差别 溶质在分离操作中具有不同的传质速率和（或）平衡状态，从而可实现彼此分离 生物产品分离方案的选择准则 （11条） 发展动态 清洁生产 第二章 发酵液预处理 第一节 发酵液的预处理 发酵液的组成 悬浮液： 指固体颗粒在0.1?m以上的固液分散体系。生物细胞培养液基本上也是悬浮液。 培养液的组成： 水70-80% + 固体细胞及碎片20-30%(对微生物发酵)+ 少量的代谢成物 + 细胞破裂后的内容物 + 残存的培养基成分 为何要对发酵液进行预处理？ 发酵液的特性 ①发酵产物浓度较低，大多为1％～10％，悬浮液中大部分是水，处理体积量大； ②各类细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大； ③细胞含水量大，可压缩性大，一经压缩就会变形； ④流变特性复杂（大多为非牛顿流体），液相粘度大，吸附在滤布上； 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。 为何要对发酵液进行预处理？ 由于所需的产品在培养液和菌体中浓度很低，并与许多杂质夹杂在一起，同时发酵液或生物溶液又属于非牛顿型流体，所以必须进行预处理。 预处理的目的 ⑴ 改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率； ⑵ 尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）； ⑶ 去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作 改善发酵液过滤特性的方法 降低液体粘度 调整pH 凝聚与絮凝 加入助滤剂 加入反应剂 降低液体粘度 加水稀释法 会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务 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 升高温度 最简单和最廉价的处理方法。黏度、促凝聚、破坏凝胶结构、增加空隙率. 去蛋白,适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚 必须严格控制加热温度与时间 调整pH pH值直接影响发酵液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。 利用酸性来调节发酵液pH值使之达到等电点，可除去蛋白质等酸性两性物质。 在膜过滤中，发酵液中大分子物质易与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。 凝聚与絮凝 凝聚与絮凝其处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，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，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。 凝聚与絮凝 凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 凝聚：是指加电解质后胶体失去了聚集稳定性(简称“脱稳”)，并通过胶体本身的布朗运动进行碰撞聚集而形成尺寸较小的“微絮凝体”( microfloc, 1mm)的过程。 絮凝：絮凝是指在某些高分子絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）存在下，基于桥架作用，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，产生桥架联接时，形成粗大的絮凝团（floc，10mm）的过程。絮凝是一种以物理的集合为主的过程。 凝聚 凝聚机理： a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构 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（毫摩尔／升），称为凝聚价或凝聚值。 常用的凝聚剂电解质有： Al2(SO4)3?18H20（明矾）；AlC13?6H2O；FeC13；ZnSO4；MgCO3等。 絮凝 絮凝机理：桥架作用 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，它们具有长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，这些基团通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。 絮凝剂的化学结构: 1. 要求其分子必须含有相当多的活性官能团，使之能和胶粒表面相结合； 2. 具有长链的线性结构，以便同时与多个胶粒吸附形成较大的絮团， 3. 相对分子质量不能超过一定限度，以使其具有良好的溶解性。 絮凝剂的分类 根据其活性基团在水中解离情况的不同，絮凝剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。 根据其来源的不同，工业上常用的絮凝剂如下： （1）聚丙烯酰胺（polyacrylamide）类和聚乙烯亚胺（polyethyleneimine）衍生物，由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少，絮凝体粗大，分离效果好，絮凝速度快以及种类多等优点，所以适用范围广。 （2）聚丙烯酸类阴离子絮凝剂和聚苯乙烯类衍生物。 （3）无机高分子聚合物也是较好的一类絮凝剂，如聚合铝盐和聚合铁盐等。 （4）天然有机高分子絮凝剂，如壳聚糖和葡聚糖等聚糖类，还有明胶、骨胶、海藻酸钠等。 （5）微生物絮凝剂 是近