发酵液的凝聚絮凝和混聚生物制品分离提取93课件.pptxVIP

生物制品分离提取发酵液的凝聚、絮凝和混聚主讲人：杨琪

一、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或自身基团的电离。通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的作用使溶液中带相反电荷的粒子（即正离子）被吸附在其周围，在其界面上形成了双电子层，见图2-1。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。双电层的电位越高，电排斥作用超强，胶体粒子的分散程度也就越大，发酵液过滤就越困难。图2-1胶体双电子层结构

一、凝聚凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，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，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集的现象。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。根据Schulze-Hardy法则，反离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。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、硫酸亚铁FeSO4·7H2O、三氯化铁FeCl3·6H2O、ZnSO4、石灰等。

二、絮凝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，可以带有多价电荷（如阴离子或阳离子），也可以不带电性（如非离子型）。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，产生桥架联接时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。如果胶粒相互间的排斥电位不太高，只要高分子聚合物的链节足够长，跨越的距离超过颗粒间的有效排斥距离，也能把多个胶粒拉在一起，导致架桥絮凝。高分子絮凝剂的吸附架桥作用如图14-2所示。图14-2高分子絮凝剂的混合、吸附和絮凝作用示意图a—聚合物分子在液相中分散、均匀分布在粒子之间；b—聚合物分子链在粒子表面的吸附；b—被吸附链的重排，最后达到一种平衡构象；d—脱稳粒子互相碰撞，架桥形成絮团；e—絮团的打碎；—虚线代表聚合物分子吸附在粒子表面后，直接形成絮团

三、混凝对于带负电性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，所以可以单独使用。对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，则主要通过分子间引力和氢键作用产生吸附桥架，所以它们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。

四、对絮凝剂化学结构的一般要求对絮凝剂的化学结构一般有下列两方面的要求，一方面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；另一方面要求必须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，但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。

五、影响絮凝效果的因素絮凝剂的浓度溶液pH值絮凝剂的相对分子量搅拌速度和时间

1.絮凝剂的浓度五、影响絮凝效果的因素料液中絮凝剂浓度增加有助于架桥充分，但过多的加量反而会引起吸附饱和，在每个胶粒上形成覆盖层而使胶粒产生再次稳定现象。如α-淀粉酶发酵液的絮凝试验中，絮凝剂加量对絮凝效果（滤速）的影响如下图2-3所示，适宜的加量通常由实验得出。图2-3絮凝剂加量对絮凝滤速的影响

2.溶液pH值五、影响絮凝效果的因素溶液pH的变化常会影响离子型絮凝剂中功能团的电离度，从而影响分子链的伸展形态。电离度增大，由于链节上相邻离子基团间的静电排斥作用，而使分子链从卷曲状态变为伸展状态，所以架桥能力提高。例如，采用碱式氯化铝和阴离子聚丙烯酰胺搭配使用的混凝方法处理2709碱性蛋白酶发酵液，发酵液pH对阴离子聚丙烯酰胺絮凝效果的影响如图2-4所示。由图可见，pH适当提高能增大滤速，这是因为聚丙烯酰胺分子链上的羧基解离程度提高，而使其达到较大的伸展程度，发挥了最佳的架桥能力。图2-4pH对絮凝液滤速的影响

3.絮凝剂的相对分子量五、影响絮凝效果的因素虽然高分子絮凝剂分子量提高、链增长，可使架桥效里明显，但分子量不能超过一定的阴度，因为随分子量提高，高分子絮凝亮晶晶的水溶性降低，因此分子量的选择应适当。

4.搅拌速度和时间五、影响絮凝效果的因素搅拌速度和时间在絮凝过程中也是十分重要的，加入絮凝剂的初期应高转速，使絮凝剂快速均匀分散到料液中，不形成局部过浓，但接着