酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件

1、發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件第一節(jié)第一節(jié) 沉淀法沉淀法第二節(jié)第二節(jié) 吸附法吸附法第三節(jié)第三節(jié) 離子交換法離子交換法第四節(jié)第四節(jié) 萃取法萃取法第五節(jié)第五節(jié) 膜分離技術(shù)膜分離技術(shù)第十一章第十一章 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 第一節(jié)第一節(jié) 沉淀法沉淀法 沉淀是物理環(huán)境的變化引起溶質(zhì)的溶解度沉淀是物理環(huán)境的變化引起溶質(zhì)的溶解度降低、生成固體凝聚物的現(xiàn)象。降低、生成固體凝聚物的現(xiàn)象。 沉淀措施因產(chǎn)品性質(zhì)不同而不同。沉淀措施因產(chǎn)品性質(zhì)不同而不同。 加酸、堿、鹽、有機(jī)溶劑、其它物質(zhì)。加酸、堿、鹽、有機(jī)溶劑、其它物質(zhì)。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 根據(jù)所加入沉淀劑的不同

2、，沉淀法可分為：根據(jù)所加入沉淀劑的不同，沉淀法可分為：鹽析鹽析等電點(diǎn)等電點(diǎn)有機(jī)溶劑有機(jī)溶劑考發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件一、等電點(diǎn)沉淀法一、等電點(diǎn)沉淀法 利用兩性電解質(zhì)在利用兩性電解質(zhì)在等電點(diǎn)的溶解度最低等電點(diǎn)的溶解度最低和和不同不同電解質(zhì)有不同等電點(diǎn)電解質(zhì)有不同等電點(diǎn)的特性，將兩性電解質(zhì)分的特性，將兩性電解質(zhì)分離的方法。離的方法。 通過加酸或堿通過加酸或堿調(diào)調(diào)pHpI，蛋白質(zhì)分子的凈電荷蛋白質(zhì)分子的凈電荷為零為零，分子聚集在一起。，分子聚集在一起。 注意：注意：pH過低，容易引起目標(biāo)蛋白質(zhì)變性。過低，容易引起目標(biāo)蛋白質(zhì)變性。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件二、二、 鹽析沉淀法鹽析沉淀法1.鹽與蛋白質(zhì)

3、溶解度的關(guān)系鹽與蛋白質(zhì)溶解度的關(guān)系： (1)鹽溶鹽溶：鹽鹽低時(shí)，低時(shí)，S隨隨鹽鹽增加而增加；增加而增加； (2)鹽析鹽析：鹽鹽高時(shí)，高時(shí)，S隨隨鹽鹽增加而降低；增加而降低；發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件溶解度與鹽濃度的關(guān)系可用下式表示：溶解度與鹽濃度的關(guān)系可用下式表示： logS=KSI S：蛋白質(zhì)的溶解度；：蛋白質(zhì)的溶解度； I：離子強(qiáng)度；：離子強(qiáng)度； ：常數(shù)，與蛋白質(zhì)種類有關(guān)，與鹽的種類無關(guān)；：常數(shù)，與蛋白質(zhì)種類有關(guān)，與鹽的種類無關(guān)； KS ：鹽析常數(shù)，與鹽種類有關(guān)，與溫度和：鹽析常數(shù)，與鹽種類有關(guān)，與溫度和pH無關(guān)；無關(guān)；發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2.2.機(jī)理機(jī)理 蛋白膠體穩(wěn)定的原因是蛋白質(zhì)

4、顆粒周圍水化膜和蛋白膠體穩(wěn)定的原因是蛋白質(zhì)顆粒周圍水化膜和電荷的存在。電荷的存在。加入鹽，中和表面電荷、破壞水化加入鹽，中和表面電荷、破壞水化膜。膜。3.3.影響鹽析的因素影響鹽析的因素 (1)(1)鹽種類：影響鹽種類：影響K KS S，K KS S越大，效果越好越大，效果越好 (2)(2)鹽析劑用量鹽析劑用量 (3) (3) 溫度和溫度和pHpH：影響：影響值而影響值而影響S S。尤其是影響相。尤其是影響相對溶解度對溶解度 (4) (4) 雜質(zhì)雜質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件4. 注意事項(xiàng)注意事項(xiàng) 鹽鹽 因被提取物種類不同而不同；因被提取物種類不同而不同； 雜質(zhì)雜質(zhì)對鹽析對鹽析有影響有影響；

5、鹽析時(shí)的鹽析時(shí)的pH pI（？）；（？）； 鹽析鹽析產(chǎn)品還需進(jìn)一步純化產(chǎn)品還需進(jìn)一步純化（？）；（？）；發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件三、有機(jī)溶劑沉淀法三、有機(jī)溶劑沉淀法 利用某些物質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解度不同而使其分利用某些物質(zhì)在有機(jī)溶劑中的溶解度不同而使其分離的方法。離的方法。 1.原理原理： 有機(jī)溶劑能有機(jī)溶劑能降低溶液的介電常數(shù)降低溶液的介電常數(shù)，使溶質(zhì)，使溶質(zhì)分子分子間間因因引力而凝集引力而凝集；或；或破壞水膜破壞水膜(降低水活度降低水活度)而溶解度降而溶解度降低；或低；或破壞蛋白質(zhì)的某種鍵破壞蛋白質(zhì)的某種鍵，改變其空間結(jié)構(gòu)而使，改變其空間結(jié)構(gòu)而使疏水基團(tuán)暴露而析出。疏水基團(tuán)暴露而析出。

6、優(yōu)點(diǎn)：溶劑易除；優(yōu)點(diǎn)：溶劑易除； 缺點(diǎn)：易使蛋白質(zhì)變性；缺點(diǎn)：易使蛋白質(zhì)變性； 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2.影響有機(jī)溶劑沉淀的因素影響有機(jī)溶劑沉淀的因素: 溶劑的種類和數(shù)量：溶劑的種類和數(shù)量：丙酮丙酮乙醇乙醇甲醇甲醇 沉淀的溫度：沉淀的溫度：溫度越低沉淀越完全溫度越低沉淀越完全。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件第二節(jié)第二節(jié) 吸附法吸附法 在發(fā)酵工業(yè)的下游加工過程中，吸附法在發(fā)酵工業(yè)的下游加工過程中，吸附法應(yīng)用于發(fā)酵產(chǎn)品的除雜、脫色、有毒物應(yīng)用于發(fā)酵產(chǎn)品的除雜、脫色、有毒物質(zhì)和抗生素的提純精制。質(zhì)和抗生素的提純精制。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件一、吸附法的原理一、吸附法的原理 吸附法是利用吸附劑與雜質(zhì)

7、、色素物質(zhì)、吸附法是利用吸附劑與雜質(zhì)、色素物質(zhì)、有毒物質(zhì)、產(chǎn)品之間分子引力的差異，有毒物質(zhì)、產(chǎn)品之間分子引力的差異，從而起到分離的作用。從而起到分離的作用。二、吸附的目的二、吸附的目的 將產(chǎn)品吸附濃縮于吸附劑上；將產(chǎn)品吸附濃縮于吸附劑上； 將雜質(zhì)、色素等需要從發(fā)酵液中去除的將雜質(zhì)、色素等需要從發(fā)酵液中去除的物質(zhì)吸附于吸附劑上。物質(zhì)吸附于吸附劑上。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件三、吸附法的優(yōu)缺點(diǎn)三、吸附法的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 可不用或少用有機(jī)溶劑；可不用或少用有機(jī)溶劑； 操作簡便、安全、設(shè)備簡單；操作簡便、安全、設(shè)備簡單； 生產(chǎn)過程中生產(chǎn)過程中pH變化小，適用于穩(wěn)定性較差變化小，適用于穩(wěn)定性較差的

8、生化物質(zhì)。的生化物質(zhì)。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 吸附法選擇性差、收率不高。吸附法選擇性差、收率不高。 無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定，不能連續(xù)操作，勞無機(jī)吸附劑性能不穩(wěn)定，不能連續(xù)操作，勞動強(qiáng)度大。動強(qiáng)度大。 炭粉等吸附劑影響環(huán)境衛(wèi)生。炭粉等吸附劑影響環(huán)境衛(wèi)生。 凝膠類吸附劑、大網(wǎng)格聚合物吸附劑凝膠類吸附劑、大網(wǎng)格聚合物吸附劑發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件四、吸附的類型四、吸附的類型 物理吸附物理吸附：吸附劑和吸附物通過分子力：吸附劑和吸附物通過分子力(范德范德華力華力)產(chǎn)生的吸附。產(chǎn)生的吸附。 化學(xué)吸附化學(xué)吸附： 化學(xué)吸附是由于吸附劑在吸附物之化學(xué)吸附是由于吸附劑在吸附物之間的電子轉(zhuǎn)移，通過化學(xué)鍵作用而產(chǎn)生的，屬間

9、的電子轉(zhuǎn)移，通過化學(xué)鍵作用而產(chǎn)生的，屬于庫侖力于庫侖力 范圍。范圍。 離子交換吸附離子交換吸附： 吸附劑表面如為極性分子或離吸附劑表面如為極性分子或離子所組成則它會吸引溶液中帶相反電荷的離子子所組成則它會吸引溶液中帶相反電荷的離子而形成雙電層。這種吸附又稱為極性吸附。而形成雙電層。這種吸附又稱為極性吸附。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件五、吸附劑的基本要求五、吸附劑的基本要求 吸附劑要求顆粒密度小，表面積大，但吸附劑要求顆粒密度小，表面積大，但孔隙也不能太多，否則被吸附物質(zhì)不易孔隙也不能太多，否則被吸附物質(zhì)不易被洗脫。被洗脫。 吸附劑的顆粒大小要均勻。吸附劑的顆粒大小要均勻

10、。 吸附劑的吸附能力要大，但不能影響洗吸附劑的吸附能力要大，但不能影響洗脫。脫。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 六、吸附劑的類型六、吸附劑的類型 工業(yè)用吸附劑主要有三類型工業(yè)用吸附劑主要有三類型: 1、疏水或非極性吸附劑、疏水或非極性吸附劑 適合于適合于從極性溶媒從極性溶媒(水水)中吸附溶質(zhì)中吸附溶質(zhì)。 代表是代表是活性碳活性碳，有疏水性。在極性液中，有疏水性。在極性液中，吸附力：溶質(zhì)吸附力：溶質(zhì)溶媒，有環(huán)溶媒，有環(huán)無環(huán)無環(huán)。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2 2、親水或極性吸附劑、親水或極性吸附劑 適用于適用于從非極性或小極性溶媒中吸附溶質(zhì)從非極性或小極性溶媒中吸附溶質(zhì)。 代表：硅膠，氧化鋁，活性土（

11、鋁硅酸），代表：硅膠，氧化鋁，活性土（鋁硅酸），有酸性、堿性、中性之分。有酸性、堿性、中性之分。 堿性物質(zhì)堿性物質(zhì)酸性吸附劑，反之亦然。酸性吸附劑，反之亦然。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件3 3、離子交換樹脂吸附劑、離子交換樹脂吸附劑 屬極性吸附劑屬極性吸附劑，與極性吸附劑不同的是，還，與極性吸附劑不同的是，還具有離子交換的性能具有離子交換的性能。注意：注意：根據(jù)提煉的性質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)念愋?。根?jù)提煉的性質(zhì)選擇恰當(dāng)?shù)念愋??；钚蕴康倪x擇性差?；钚蕴康倪x擇性差。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件七、七、 影響吸附過程的因素影響吸附過程的因素1、吸附劑的性質(zhì)、吸附劑的性質(zhì) 吸附劑的理化性質(zhì)對吸附的影響很大。吸附劑吸

12、附劑的理化性質(zhì)對吸附的影響很大。吸附劑的性質(zhì)與其原料、合成方法和再生條件有關(guān)。的性質(zhì)與其原料、合成方法和再生條件有關(guān)。一般要求一般要求吸附容量大、吸附速度快和機(jī)械強(qiáng)度吸附容量大、吸附速度快和機(jī)械強(qiáng)度好好。 吸附劑的吸附容量除其它外界條件外，主要與比表吸附劑的吸附容量除其它外界條件外，主要與比表面積有關(guān)。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大。面積有關(guān)。比表面大，空隙度高，吸附容量就越大。 吸附速度主要與顆粒度和孔徑分布有關(guān)，顆粒度越吸附速度主要與顆粒度和孔徑分布有關(guān)，顆粒度越小，吸附速度就越快，但壓力損失要增大?？讖竭m小，吸附速度就越快，但壓力損失要增大。孔徑適當(dāng)，有利于吸附物向空隙中擴(kuò)散。當(dāng)，有

13、利于吸附物向空隙中擴(kuò)散。 吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度則影響其使用壽命。吸附劑的機(jī)械強(qiáng)度則影響其使用壽命。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2、吸附物的性質(zhì)、吸附物的性質(zhì) 有下列一些規(guī)則可用來預(yù)測吸附的相對量。有下列一些規(guī)則可用來預(yù)測吸附的相對量。 能使表面張力降低的物質(zhì)，易為表面吸附；能使表面張力降低的物質(zhì)，易為表面吸附； 溶質(zhì)從較易溶解的溶劑中吸附時(shí)，吸附量較少。溶質(zhì)從較易溶解的溶劑中吸附時(shí)，吸附量較少。 極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸極性吸附劑易吸附極性物質(zhì)，非極性吸附劑易吸附非極性物質(zhì)。附非極性物質(zhì)。 對于同系列物質(zhì)，吸附量的變化是有規(guī)則的。如對于同系列物質(zhì)，吸附量的變化是有規(guī)則的。如按極性減

14、小的次序排列，次序越在后面的物質(zhì)，按極性減小的次序排列，次序越在后面的物質(zhì)，極性越低，因而越易為非極性吸附劑所吸附而越極性越低，因而越易為非極性吸附劑所吸附而越難為極性吸附劑所吸附。難為極性吸附劑所吸附。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件3、 溶液溶液pH值的影響值的影響 pH值影響某些化合物的離解度。值影響某些化合物的離解度。4、溫度的影響、溫度的影響 吸附熱越大，則溫度對吸附的影響越大。吸附熱越大，則溫度對吸附的影響越大。5、其它組分的影響、其它組分的影響 當(dāng)從含有兩種以上組分的溶液中吸附時(shí)，當(dāng)從含有兩種以上組分的溶液中吸附時(shí)，根據(jù)溶質(zhì)的性質(zhì)可以互相促進(jìn)，干擾或根據(jù)溶質(zhì)的性質(zhì)可以互相促進(jìn)，干擾或互

15、不干擾。一般說來，對混合物的吸附互不干擾。一般說來，對混合物的吸附較純物質(zhì)的吸附為差。較純物質(zhì)的吸附為差。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件第三節(jié)第三節(jié) 離子交換法離子交換法 離子交換作用：是指一離子交換作用：是指一個(gè)溶液中的某一種離子個(gè)溶液中的某一種離子與一個(gè)固體中的另一種與一個(gè)固體中的另一種具有相同電荷的離子互具有相同電荷的離子互相調(diào)換位置，即溶液中相調(diào)換位置，即溶液中的離子跑到固體上去，的離子跑到固體上去，把固體上的離子替換下把固體上的離子替換下來。這里溶液稱流動相，來。這里溶液稱流動相，而固體稱固定相。而固體稱固定相。 用于蛋白質(zhì)、氨基酸、用于蛋白質(zhì)、氨基酸、核酸、酶、抗生素的分核酸、酶、抗生

16、素的分離。離。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件一、基本原理一、基本原理 離子交換劑通常是一種不溶性高分子化合物，它的分子中含有離子交換劑通常是一種不溶性高分子化合物，它的分子中含有可解離的基團(tuán)，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽離子可解離的基團(tuán)，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽離子或陰離子起交換作用。或陰離子起交換作用。 交換反應(yīng)都是平衡反應(yīng)，但在層析柱上進(jìn)行時(shí)，由于連續(xù)添加交換反應(yīng)都是平衡反應(yīng)，但在層析柱上進(jìn)行時(shí)，由于連續(xù)添加新的交換溶液，平衡不斷按正方向進(jìn)行，所以可以把離子交換新的交換溶液，平衡不斷按正方向進(jìn)行，所以可以把離子交換劑上的原子離子全部洗脫下來，同時(shí)溶液中的離子全部被交換劑上的

17、原子離子全部洗脫下來，同時(shí)溶液中的離子全部被交換并吸附在樹脂上。并吸附在樹脂上。 如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液洗脫時(shí)，其被洗脫的能力則決定于各自洗脫反應(yīng)的平衡常數(shù)。洗脫時(shí)，其被洗脫的能力則決定于各自洗脫反應(yīng)的平衡常數(shù)。 離子交換過程有兩個(gè)階段離子交換過程有兩個(gè)階段吸附和解吸附吸附和解吸附。吸附在離子交換劑。吸附在離子交換劑上的物質(zhì)可以通過改變上的物質(zhì)可以通過改變pH使吸附的物質(zhì)失去電荷而達(dá)到解離但使吸附的物質(zhì)失去電荷而達(dá)到解離但更多的是通過增加離子強(qiáng)度，使加入的離子與被吸附物質(zhì)競爭更多的是通過增加離子強(qiáng)度，使加入的

18、離子與被吸附物質(zhì)競爭離子交換劑上的電荷位置，使被吸附物質(zhì)與離子交換劑解開。離子交換劑上的電荷位置，使被吸附物質(zhì)與離子交換劑解開。不同物質(zhì)與離子交換劑之間形成電鍵數(shù)目不同，即親和力大小不同物質(zhì)與離子交換劑之間形成電鍵數(shù)目不同，即親和力大小有差異有差異 ，因此只要選擇適當(dāng)?shù)南疵摋l件便可將混合物中的組分，因此只要選擇適當(dāng)?shù)南疵摋l件便可將混合物中的組分逐個(gè)洗脫下來，達(dá)到分離純化的目的。逐個(gè)洗脫下來，達(dá)到分離純化的目的。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件二、離子交換的類型二、離子交換的類型 按組分：按組分：(有機(jī)、無機(jī)有機(jī)、無機(jī))離子交換劑。離子交換劑。 按性能：按性能：(陽、陰、兩性、吸附型、選擇型、陽、陰、

19、兩性、吸附型、選擇型、氧化還原型氧化還原型)離子交換劑。離子交換劑。（1）陽離子交換劑陽離子交換劑 強(qiáng)酸型強(qiáng)酸型: (-R-SO3H) 中性中性: 弱酸性弱酸性:發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件（2）陰離子交換劑陰離子交換劑 都含有氨基都含有氨基 強(qiáng)：季胺鹽強(qiáng)：季胺鹽-N+(CH3)3; 弱：叔弱：叔-N(CH3)2,、仲、仲(-NHCH3)、伯、伯(-NH2)。（3）兩性離子交換劑兩性離子交換劑 交換劑本體上同時(shí)帶有酸性和堿性基團(tuán)。交換劑本體上同時(shí)帶有酸性和堿性基團(tuán)。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件三、離子交換樹脂的理化性能三、離子交換樹脂的理化性能1、 對離子交換樹脂的對離子交換樹脂的一般要求一般要求

20、： （1）容量大容量大。（活性基團(tuán)。（活性基團(tuán)/重量）。重量）。 多含活性基團(tuán)；基團(tuán)能完全電離。多含活性基團(tuán)；基團(tuán)能完全電離。 （2）良好的可逆性良好的可逆性。 （3）適宜的機(jī)械強(qiáng)度適宜的機(jī)械強(qiáng)度。 （4）化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2、離子交換樹脂的、離子交換樹脂的處理、再生、轉(zhuǎn)型、保存處理、再生、轉(zhuǎn)型、保存 （1）處理處理： 樹脂浸泡樹脂浸泡酸處理酸處理堿處理液堿處理液水洗水洗 （2）再生再生： 使用過的樹脂恢復(fù)到原狀況的方法（往往只使用過的樹脂恢復(fù)到原狀況的方法（往往只作簡單轉(zhuǎn)型處理）。作簡單轉(zhuǎn)型處理）。 （3）轉(zhuǎn)型轉(zhuǎn)型： 使樹脂上帶上使用時(shí)希望的離子。使樹脂上帶上使

21、用時(shí)希望的離子。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件如：如： Na型：用氫氧化鈉；型：用氫氧化鈉； H型：用鹽酸處理；型：用鹽酸處理； NH4+型：用氨水處理；型：用氨水處理；（4）保存保存：中性鹽保存中性鹽保存 陰離子交換樹脂，陰離子交換樹脂，Cl型較型較OH穩(wěn)定。穩(wěn)定。 陽離子交換樹脂。陽離子交換樹脂。Na型穩(wěn)定。型穩(wěn)定。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件3、交換樹脂的、交換樹脂的理化特性理化特性（1）顆粒度顆粒度： 顆粒小，交換速度快，壓力損失較大。顆粒小，交換速度快，壓力損失較大。（2）含水量含水量： 一般一般40-60%。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件（3）比重比重： 干真密度干真密度：干燥狀態(tài)下樹脂

22、材料本身的比重。：干燥狀態(tài)下樹脂材料本身的比重。干真密度樹脂的干燥質(zhì)量干真密度樹脂的干燥質(zhì)量/減去樹脂內(nèi)空隙的真體積減去樹脂內(nèi)空隙的真體積 濕真密度濕真密度：充分膨脹后樹脂顆粒本身的比重。：充分膨脹后樹脂顆粒本身的比重。濕真密度樹脂濕重濕真密度樹脂濕重/樹脂顆粒所占體積樹脂顆粒所占體積 視密度視密度：指樹脂充分吸水膨脹后的堆積密度。：指樹脂充分吸水膨脹后的堆積密度。視密度樹脂濕重視密度樹脂濕重/樹脂層的體積樹脂層的體積（4）膨脹性膨脹性：因可交換離子不同而不同。：因可交換離子不同而不同。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件（5）耐磨損強(qiáng)度耐磨損強(qiáng)度：樹脂在使用過程中會產(chǎn)生：樹脂在使用過程中會產(chǎn)生磨損。磨

23、損。（6）耐熱性耐熱性：有一定的耐熱性能，溫度過高：有一定的耐熱性能，溫度過高或過低，對強(qiáng)度和容量都會有影響。或過低，對強(qiáng)度和容量都會有影響。 一般：陽離子比陰離子樹脂的耐熱性高，其一般：陽離子比陰離子樹脂的耐熱性高，其中鹽型比游離型的耐熱性高。中鹽型比游離型的耐熱性高。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件（7）交換容量交換容量：指樹脂交換能力的大小，是衡量樹：指樹脂交換能力的大小，是衡量樹脂性能的重要指標(biāo)。脂性能的重要指標(biāo)。 兩種表示方法：兩種表示方法： 理論理論(全全)交換量交換量：樹脂的特性決定。：樹脂的特性決定。 工作工作(操作操作)交換量交換量：受操作條件、柱長度、粒度、離子：受操作條件、柱長

24、度、粒度、離子性質(zhì)、濃度、流速、交換基團(tuán)等因素的影響。性質(zhì)、濃度、流速、交換基團(tuán)等因素的影響。 一般一般:弱酸（堿）弱酸（堿） 強(qiáng)酸（堿）樹脂強(qiáng)酸（堿）樹脂 交聯(lián)度越小，交換容量越大交聯(lián)度越小，交換容量越大發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件四、影響離子交換速度的主要因素四、影響離子交換速度的主要因素（1）樹脂顆粒的大小樹脂顆粒的大小 顆粒越小，單位體積樹脂的表面積愈大，顆粒越小，單位體積樹脂的表面積愈大，有利于離子間的接觸，交換速度愈快。有利于離子間的接觸，交換速度愈快。（2）樹脂的交聯(lián)度樹脂的交聯(lián)度 在一定條件下，降低樹脂交聯(lián)度，能提高在一定條件下，降低樹脂交聯(lián)度，能提高交換速度。交換速度。發(fā)酵產(chǎn)物

25、分離原理與技術(shù)課件（3）溶液中離子的濃度溶液中離子的濃度 當(dāng)溶液中離子的濃度在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，能加快當(dāng)溶液中離子的濃度在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，能加快交換速度，相反亦然。交換速度，相反亦然。（4）溫度溫度 提高溫度能使固相或液相的擴(kuò)散系數(shù)增大，交換速提高溫度能使固相或液相的擴(kuò)散系數(shù)增大，交換速度增加。度增加。（5）離子大小離子大小 交換小離子的速度較快，交換大離子的速度較慢。交換小離子的速度較快，交換大離子的速度較慢。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件（6）離子價(jià)離子價(jià) 吸附速度：離子價(jià)小的離子吸附速度：離子價(jià)小的離子 離子價(jià)大的離子離子價(jià)大的離子（7）酸堿的強(qiáng)弱酸堿的強(qiáng)弱 交換速度：強(qiáng)酸交換速度：強(qiáng)酸(

26、堿堿)性樹脂性樹脂 弱酸弱酸(堿堿)性樹脂性樹脂 與活性基團(tuán)的解離程度有關(guān)。與活性基團(tuán)的解離程度有關(guān)。（8）樹脂層裝填的松緊度樹脂層裝填的松緊度 裝填疏松有利擴(kuò)散，交換速度相應(yīng)也有所提高。裝填疏松有利擴(kuò)散，交換速度相應(yīng)也有所提高。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件五、離子交換操作方式五、離子交換操作方式1、分批法分批法： 交換在一容器中進(jìn)行。交換在一容器中進(jìn)行。2、固定床法固定床法：也稱柱過濾法：也稱柱過濾法 交換在動態(tài)下進(jìn)行。交換在動態(tài)下進(jìn)行。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件為什么為什么分批法不如固定床法好分批法不如固定床法好呢？呢？ 用分批法，因?yàn)榻粨Q受到平衡的限制，樹脂用分批法，因?yàn)榻粨Q受到平衡的限制

27、，樹脂的飽和度不高。而固定床法，樹脂的飽和度的飽和度不高。而固定床法，樹脂的飽和度高（當(dāng)然同樣存在平衡限制的情況），因?yàn)楦撸ó?dāng)然同樣存在平衡限制的情況），因?yàn)橐后w在流動的過程中，平衡狀態(tài)因新的溶液液體在流動的過程中，平衡狀態(tài)因新的溶液的流入而逐漸被打破，使離子交換速度加快。的流入而逐漸被打破，使離子交換速度加快。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件第四節(jié)第四節(jié) 萃取法萃取法 溶劑萃取法是溶劑萃取法是20世紀(jì)世紀(jì)40年代興起的一項(xiàng)年代興起的一項(xiàng)化工分離技術(shù)，它是化工分離技術(shù)，它是用一種溶劑將產(chǎn)物用一種溶劑將產(chǎn)物自另一種溶劑自另一種溶劑(如水如水)中提取出來，達(dá)到濃中提取出來，達(dá)到濃縮和提純的目的縮和提純的

28、目的。 溶劑萃取法比化學(xué)沉淀法分離程度高，溶劑萃取法比化學(xué)沉淀法分離程度高，比離子交換法選擇性好，傳質(zhì)快，比蒸比離子交換法選擇性好，傳質(zhì)快，比蒸餾法能耗低且生產(chǎn)能力大，周期短，便餾法能耗低且生產(chǎn)能力大，周期短，便于連續(xù)操作、容易實(shí)現(xiàn)自動化等。于連續(xù)操作、容易實(shí)現(xiàn)自動化等。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 新型的萃取技術(shù)新型的萃取技術(shù)超臨界萃取超臨界萃取反膠團(tuán)萃取反膠團(tuán)萃取雙水相萃取雙水相萃取液膜萃取液膜萃取發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件一、萃取的原理一、萃取的原理 利用物質(zhì)在兩種成相的溶劑中溶解度的利用物質(zhì)在兩種成相的溶劑中溶解度的不同，使所需的目的物質(zhì)從一種溶劑中不同，使所需的目的物質(zhì)從一種溶劑中轉(zhuǎn)移

29、到另一種溶劑中，從而達(dá)到分離純轉(zhuǎn)移到另一種溶劑中，從而達(dá)到分離純化的目的?；哪康?。 溶劑萃取法是以溶劑萃取法是以分配定律分配定律為基礎(chǔ)的。為基礎(chǔ)的。 在萃取中，被提取的溶液稱為料液，其在萃取中，被提取的溶液稱為料液，其中欲提取的物質(zhì)稱為溶質(zhì)中欲提取的物質(zhì)稱為溶質(zhì)。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 分配定律：在恒溫恒壓的條件下，一種分配定律：在恒溫恒壓的條件下，一種物質(zhì)在兩種成相的溶劑（物質(zhì)在兩種成相的溶劑（A與與B，或上相，或上相與下相）的分配濃度之比是一常數(shù)，該與下相）的分配濃度之比是一常數(shù)，該常數(shù)稱為分配系數(shù)常數(shù)稱為分配系數(shù)K。KBACCBA）中溶質(zhì)的濃度下相（）中溶質(zhì)的濃度上相（發(fā)酵產(chǎn)物分離

30、原理與技術(shù)課件（一）超臨界流體萃取（一）超臨界流體萃取1、原、原 理理 臨界溫度臨界溫度(Tc) ：當(dāng)氣體的溫：當(dāng)氣體的溫度高于某一數(shù)值時(shí)，任何壓度高于某一數(shù)值時(shí)，任何壓縮都不能使它變?yōu)橐后w?？s都不能使它變?yōu)橐后w。 臨界壓力臨界壓力（Pc）：在臨界溫）：在臨界溫度下，氣體能被液化的最低度下，氣體能被液化的最低壓力。壓力。 超臨界狀態(tài)超臨界狀態(tài)：當(dāng)物質(zhì)所處的：當(dāng)物質(zhì)所處的溫度高于臨界溫度、壓力大溫度高于臨界溫度、壓力大于臨界壓力時(shí)于臨界壓力時(shí) 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 超臨界流體：在臨界點(diǎn)超臨界流體：在臨界點(diǎn)(指在臨界溫度指在臨界溫度Tc和臨和臨界壓力界壓力Pc狀態(tài)狀態(tài))附近，可以觀察到一些有

31、意義附近，可以觀察到一些有意義的現(xiàn)象：壓力和溫度的微小變化都會引起氣體的現(xiàn)象：壓力和溫度的微小變化都會引起氣體密度的很大變化。隨著向超臨界氣體加壓，氣密度的很大變化。隨著向超臨界氣體加壓，氣體密度增大達(dá)到液態(tài)性質(zhì)，這種狀態(tài)的流體稱體密度增大達(dá)到液態(tài)性質(zhì)，這種狀態(tài)的流體稱為超臨界流體。其性質(zhì)介于氣體和液體之間。為超臨界流體。其性質(zhì)介于氣體和液體之間。物理性質(zhì)物理性質(zhì)氣體（常溫、氣體（常溫、常壓）常壓）超臨界流體超臨界流體液體液體(常溫、常壓常溫、常壓)Tc，PcTc，4Pc密度（密度（g/cm3）粘度（粘度（10 -5Pa.s）擴(kuò)散系數(shù)（擴(kuò)散系數(shù)（10 -4 m-2 /s）0.006-0.002

32、1-30.1-0.40.2-0.51-30.7 10-30.4-0.93-90.2 10-30.6-1.620-300(0.2-2) 10-5氣體、液體與超臨界流體特性比較氣體、液體與超臨界流體特性比較發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 超臨界萃取超臨界萃?。菏褂贸R界流體作為溶劑的萃取方使用超臨界流體作為溶劑的萃取方法，就稱為超臨界萃取法，就稱為超臨界萃取。超臨界流體的密度為氣。超臨界流體的密度為氣體的數(shù)百倍，而其流動性和粘度仍接近于氣體，體的數(shù)百倍，而其流動性和粘度仍接近于氣體，擴(kuò)散系數(shù)大約為氣體的擴(kuò)散系數(shù)大約為氣體的1，而較液體的擴(kuò)散系數(shù)，而較液體的擴(kuò)散系數(shù)大數(shù)百倍。因此，物質(zhì)移動成分配時(shí)，均比

33、其在大數(shù)百倍。因此，物質(zhì)移動成分配時(shí)，均比其在液體溶劑中要快。將溫度或壓力適宜變化時(shí)，可液體溶劑中要快。將溫度或壓力適宜變化時(shí)，可使其溶解度在使其溶解度在I001000倍的范圍內(nèi)變化。倍的范圍內(nèi)變化。 一股來講，超臨界流體的密度越大，其溶解度就一股來講，超臨界流體的密度越大，其溶解度就越大，反之亦然。越大，反之亦然。也就是說，超臨界流體中物質(zhì)也就是說，超臨界流體中物質(zhì)的溶解度在恒溫下隨壓力的溶解度在恒溫下隨壓力P(PPc時(shí)時(shí))升高而增大，升高而增大，而在恒壓下，其溶解度隨溫度（而在恒壓下，其溶解度隨溫度（TTc時(shí)）增高而時(shí)）增高而下降，這一特性有利于從物質(zhì)中萃取某些易溶解下降，這一特性有利于從

34、物質(zhì)中萃取某些易溶解的成分，而超臨界流體的高流動性和擴(kuò)散能力，的成分，而超臨界流體的高流動性和擴(kuò)散能力，則有助于所溶解的各成分之間的分離，并能加速則有助于所溶解的各成分之間的分離，并能加速溶解平衡，提高萃取效率。溶解平衡，提高萃取效率。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件二氧化碳的特點(diǎn)二氧化碳的特點(diǎn) 二氧化碳在常溫二氧化碳在常溫(31.1)時(shí)可以達(dá)到超臨界狀態(tài)，時(shí)可以達(dá)到超臨界狀態(tài)，可以可以實(shí)現(xiàn)低溫生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)低溫生產(chǎn)工藝； 臨界壓力為臨界壓力為7386.6kPa(72.9atm)，易于達(dá)到，易于達(dá)到； 因?yàn)闆]有加入空氣中的氧，因?yàn)闆]有加入空氣中的氧，不會因氧化而使制品不會因氧化而使制品變質(zhì)變質(zhì)； 二

35、氧化碳是二氧化碳是惰性氣體惰性氣體，沒有引燃性、爆炸性和比，沒有引燃性、爆炸性和比學(xué)反應(yīng)性；學(xué)反應(yīng)性； 二氧化碳二氧化碳無毒，無色、無味，不會污染制品無毒，無色、無味，不會污染制品，也，也沒有任何排放的問題。沒有任何排放的問題。 超臨界二氧化碳的高擴(kuò)散性、低粘性，使其具有超臨界二氧化碳的高擴(kuò)散性、低粘性，使其具有傳質(zhì)快和萃取速度高的優(yōu)點(diǎn)傳質(zhì)快和萃取速度高的優(yōu)點(diǎn)； 能選擇性地萃取特定成分能選擇性地萃取特定成分； 資源充足，價(jià)格低廉，能從萃取物中揮發(fā)掉資源充足，價(jià)格低廉，能從萃取物中揮發(fā)掉。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2，超臨界流體萃取的特點(diǎn)，超臨界流體萃取的特點(diǎn) 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件二、反

36、膠團(tuán)萃取二、反膠團(tuán)萃取 反相膠團(tuán)是表面活性劑反相膠團(tuán)是表面活性劑分子溶于非極性溶劑中分子溶于非極性溶劑中自發(fā)形成的聚集體自發(fā)形成的聚集體 ,其其中表面活性劑的極性頭中表面活性劑的極性頭朝內(nèi)而非極性頭朝外與朝內(nèi)而非極性頭朝外與有機(jī)溶劑接觸。膠團(tuán)內(nèi)有機(jī)溶劑接觸。膠團(tuán)內(nèi)可溶解少量水而形成微可溶解少量水而形成微型水池。反膠團(tuán)溶液是型水池。反膠團(tuán)溶液是宏觀上透明均一的熱力宏觀上透明均一的熱力學(xué)穩(wěn)定體系。學(xué)穩(wěn)定體系。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件1、反膠團(tuán)的萃取原理、反膠團(tuán)的萃取原理 蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)溶液是一協(xié)同過程。蛋白質(zhì)進(jìn)入反膠團(tuán)溶液是一協(xié)同過程。在有機(jī)溶劑相和水相兩宏觀相界面間的在有機(jī)溶劑相和水相兩宏

37、觀相界面間的表面活性劑層同鄰近的蛋白質(zhì)分子發(fā)生表面活性劑層同鄰近的蛋白質(zhì)分子發(fā)生靜電吸引而變形，接著兩界面形成含有靜電吸引而變形，接著兩界面形成含有蛋白質(zhì)的反膠團(tuán)，然后擴(kuò)散到有機(jī)相中蛋白質(zhì)的反膠團(tuán)，然后擴(kuò)散到有機(jī)相中 ,從而實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。改變水相條從而實(shí)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的萃取。改變水相條件件 (如如pH值、離子種類或離子強(qiáng)度值、離子種類或離子強(qiáng)度 )，又，又可使蛋白質(zhì)從有機(jī)相中返回到水相中，可使蛋白質(zhì)從有機(jī)相中返回到水相中，實(shí)現(xiàn)反萃取過程。實(shí)現(xiàn)反萃取過程。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件2、反相膠團(tuán)萃取的優(yōu)點(diǎn)、反相膠團(tuán)萃取的優(yōu)點(diǎn) 成本低成本低 選擇性高選擇性高 操作方便操作方便 放大容易放大容易

38、萃取劑萃取劑 (反膠團(tuán)相反膠團(tuán)相 )可循環(huán)利用可循環(huán)利用 蛋白質(zhì)不易變性等優(yōu)點(diǎn)。蛋白質(zhì)不易變性等優(yōu)點(diǎn)。 發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件三、雙水相萃取三、雙水相萃取 雙水相系統(tǒng)是指某些高聚物之間或高聚雙水相系統(tǒng)是指某些高聚物之間或高聚物與無機(jī)鹽之間在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芪锱c無機(jī)鹽之間在水中以適當(dāng)?shù)臐舛热芙鈺纬苫ゲ幌嗳艿膬伤嗷蚨嗨嘞到鈺纬苫ゲ幌嗳艿膬伤嗷蚨嗨嘞到y(tǒng)。通過溶質(zhì)在相間的分配系數(shù)的差異統(tǒng)。通過溶質(zhì)在相間的分配系數(shù)的差異而進(jìn)行萃取的方法即為雙水相萃取。而進(jìn)行萃取的方法即為雙水相萃取。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件 雙水相技術(shù)最早出現(xiàn)于雙水相技術(shù)最早出現(xiàn)于1955年。年。 近幾年來近幾年來

39、,雙水相技術(shù)在動力學(xué)研究、雙雙水相技術(shù)在動力學(xué)研究、雙水相親和分離、多級逆流層析、反應(yīng)分水相親和分離、多級逆流層析、反應(yīng)分離耦合等方面都取得了顯著的成績。離耦合等方面都取得了顯著的成績。 到目前為止，到目前為止，雙水相技術(shù)幾乎在所有的雙水相技術(shù)幾乎在所有的生物物質(zhì)的分離純化中得到應(yīng)用生物物質(zhì)的分離純化中得到應(yīng)用 :如氨基如氨基酸、多肽、核酸、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、各酸、多肽、核酸、細(xì)胞器、細(xì)胞膜、各類細(xì)胞、病毒等，特別是成功地應(yīng)用在類細(xì)胞、病毒等，特別是成功地應(yīng)用在蛋白質(zhì)的大規(guī)模分離中。蛋白質(zhì)的大規(guī)模分離中。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件典型的雙水相系統(tǒng)典型的雙水相系統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件雙水相萃

40、取的優(yōu)點(diǎn)雙水相萃取的優(yōu)點(diǎn) 易于放大易于放大 雙水相系統(tǒng)之間的傳質(zhì)過程和平衡過程快雙水相系統(tǒng)之間的傳質(zhì)過程和平衡過程快速速 ,因此能耗較小因此能耗較小 , 可以實(shí)現(xiàn)快速分離?？梢詫?shí)現(xiàn)快速分離。 易于進(jìn)行連續(xù)化操作。易于進(jìn)行連續(xù)化操作。 相分離過程溫和相分離過程溫和 ，生化分子如酶不易受到，生化分子如酶不易受到破壞。破壞。 選擇性高、收率高。選擇性高、收率高。 操作條件溫和。操作條件溫和。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件第五節(jié)第五節(jié) 膜分離過程膜分離過程 1748年法國學(xué)者年法國學(xué)者Abbe Nollet首次提出了膜分離首次提出了膜分離現(xiàn)象，經(jīng)過近二個(gè)世紀(jì)的摸索、研究，現(xiàn)象，經(jīng)過近二個(gè)世紀(jì)的摸索、研究，

41、20世紀(jì)世紀(jì)50年代膜分離技術(shù)才逐漸發(fā)展成為一門新興高年代膜分離技術(shù)才逐漸發(fā)展成為一門新興高技術(shù)邊緣學(xué)科。技術(shù)邊緣學(xué)科。 1963年第一個(gè)膜滲析器的誕生開創(chuàng)了膜分離技年第一個(gè)膜滲析器的誕生開創(chuàng)了膜分離技術(shù)的新紀(jì)元，二、三十年來得到了迅猛的發(fā)展，術(shù)的新紀(jì)元，二、三十年來得到了迅猛的發(fā)展，在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域及科研中得到大規(guī)模應(yīng)用，出在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域及科研中得到大規(guī)模應(yīng)用，出現(xiàn)了各種有價(jià)值的微濾、超濾、納米濾和反滲現(xiàn)了各種有價(jià)值的微濾、超濾、納米濾和反滲透等分離膜透等分離膜 。發(fā)酵產(chǎn)物分離原理與技術(shù)課件膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)膜分離技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 適用范圍廣；適用范圍廣； 膜分離過程為物理過程，不需加入化學(xué)膜分離過程為物理過程，不需加入化學(xué)藥劑；藥劑； 膜分離技術(shù)分離裝置簡單，占地面積小，膜分離技術(shù)分離裝置簡單，占地面積小，系統(tǒng)集成容易系統(tǒng)集成容易 ； 膜分離過程系統(tǒng)簡單、操作容易，且易膜分離過程系統(tǒng)簡單、操作容易，且易