發(fā)酵液的預(yù)處理及回收ppt課件

1、LLSpggdv18)(2SLpdLg為固體密度為液體密度為固體顆粒直徑為液體黏度為重力加速度與固液分別相關(guān)的微生物發(fā)酵液特性：與固液分別相關(guān)的微生物發(fā)酵液特性：發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為1 11010，懸浮液中大部，懸浮液中大部分是水，處置體積量大；分是水，處置體積量大；各類細(xì)胞的顆粒小，相對(duì)密度與液相相差不大；各類細(xì)胞的顆粒小，相對(duì)密度與液相相差不大；細(xì)胞含水量大，可緊縮性大，一經(jīng)緊縮就會(huì)變形；細(xì)胞含水量大，可緊縮性大，一經(jīng)緊縮就會(huì)變形；流變特性復(fù)雜，液相粘度大，吸附在濾布上；流變特性復(fù)雜，液相粘度大，吸附在濾布上；性質(zhì)不穩(wěn)定，隨時(shí)間變化，如易受空氣氧化、微生物性質(zhì)不

2、穩(wěn)定，隨時(shí)間變化，如易受空氣氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影響。污染、蛋白酶水解等作用的影響。動(dòng)植物細(xì)胞沒有微生物細(xì)胞耐剪切，不適于離心。動(dòng)植物細(xì)胞沒有微生物細(xì)胞耐剪切，不適于離心。 因此，這些特性使得發(fā)酵液的過濾與離心相當(dāng)困難。因此，這些特性使得發(fā)酵液的過濾與離心相當(dāng)困難。固體粒子的類型尺寸mm mm)細(xì)胞碎片0.4 0.4 尺寸添加 回首費(fèi)用添加細(xì)菌細(xì)胞1 2酵母細(xì)胞7 10哺乳動(dòng)物細(xì)胞40 40植物細(xì)胞100 100真菌菌絲或絲狀細(xì)菌1-10絲網(wǎng)狀絮凝物100 100 發(fā)酵液的預(yù)處置目的和內(nèi)容： 改動(dòng)發(fā)酵液的物理性質(zhì)，促進(jìn)從懸浮液中分別固形物的速度，提高固液分別器的效率； 分別菌體

3、和其他懸浮顆粒，除去部分可溶性雜質(zhì)和改動(dòng)濾液的性質(zhì)，以利于提取和精制后繼各工序的順利進(jìn)展。 發(fā)酵液的預(yù)處置主要包括： 發(fā)酵液過濾特性的改動(dòng)； 相對(duì)純化。濾餅阻力介質(zhì)濾液的黏度過濾面積CmLCmLRRpARRpAdtdQ阻力操作壓 一發(fā)酵液過濾特性的改動(dòng) 目的：經(jīng)過對(duì)發(fā)酵液進(jìn)展適當(dāng)?shù)念A(yù)處置，即可改善其流體性能，降低濾餅阻力，提高過濾與分別的速率。 方法：調(diào)酸(等電點(diǎn))、熱處置、電解質(zhì)處置、添加凝聚劑、添加外表活性物質(zhì)、添加反響劑、冷凍解凍及添加助濾劑等。濾餅阻力介質(zhì)濾液的黏度過濾面積CmLCmLRRpARRpAdtdQ阻力操作壓 1 降低液體粘度 加水稀釋法：能降低液體粘度，但會(huì)添加懸浮液的體積

4、，加大后繼過程的處置義務(wù)。而且，單從過濾操作看，稀釋后過濾速率提高的百分比必需大于加水比才干以為有效，即假設(shè)加水一倍，那么稀釋后液體的粘度必需下降50以上才干有效提高過濾速率。 升高溫度：可有效降低液體粘度，提高過濾速率。同時(shí)，在適當(dāng)溫度和受熱時(shí)間下可使蛋白質(zhì)凝聚，構(gòu)成較大顆粒的凝聚物，進(jìn)一步改善了發(fā)酵液的過濾特性。 本卷須知：嚴(yán)厲控制加熱溫度與時(shí)間。首先，加熱的溫度必需控制在不影響目的產(chǎn)物活性蛻變的范圍內(nèi)；其次，溫度過高或時(shí)間過長(zhǎng)，會(huì)使細(xì)胞溶解，胞內(nèi)物質(zhì)外溢，添加發(fā)酵液的復(fù)雜性，影響其后的產(chǎn)物分別與純化。 2 調(diào)整pH pH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)理pH值可改善其

5、過濾特性。此法是發(fā)酵工業(yè)中發(fā)酵液預(yù)處置較常用的方法之一。 如利用酸堿性來調(diào)液pH值使蛋白質(zhì)等兩性物質(zhì)到達(dá)等電點(diǎn)得以除去。又如過濾中，發(fā)酵液中的大分子物質(zhì)易與膜發(fā)生吸附，經(jīng)過調(diào)整pH值改動(dòng)易吸附分子的電荷性質(zhì)，即可減少堵塞和污染。 類型蛋白質(zhì)%核酸%多糖%類脂物%細(xì)菌40-7013-342-1010-15酵母40-504-10151-6絲狀真菌10-251-3102-9藻類10-601-5Fe 3+ H+ Ca2+ Mg2+ K + Na + Li + 。l常用的凝聚電解質(zhì)有硫酸鋁(明礬)、氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵、石灰、硫酸鋅、碳酸鎂等。 l膠體雙電層的構(gòu)造 絮凝是指在某些高分子絮凝劑存在下

6、，基于橋架作用，當(dāng)一個(gè)高分子聚合物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同的膠粒外表上，產(chǎn)生 橋 架 聯(lián) 接 時(shí) ， 構(gòu) 成 粗 大 的 絮 凝 團(tuán)10mm的過程。絮凝是一種以物理的集合為主的過程。絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，其相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)數(shù)萬(wàn)至一千萬(wàn)以上，它們具有長(zhǎng)鏈狀構(gòu)造，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團(tuán)，這些基團(tuán)經(jīng)過靜電引力、范德華引力或氫鍵的作用，劇烈地吸附在膠粒的外表。 1. 要求其分子必需含有相當(dāng)多的活性官能團(tuán)，使之能和膠粒外表相結(jié)合； 2. 具有長(zhǎng)鏈的線性構(gòu)造，以便同時(shí)與多個(gè)膠粒吸附構(gòu)成較大的絮團(tuán)， 3. 相對(duì)分子質(zhì)量不能超越一定限制，以使其具有良好的溶解性。l根據(jù)其活性基團(tuán)在水中解離情

7、況的不同，絮凝劑可分為非離子型、陰離子型和陽(yáng)離子型三類。l根據(jù)其來源的不同，工業(yè)上運(yùn)用的絮凝劑又可分為如下三類：l (1)有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚苯乙類衍生物。 l (2)無(wú)機(jī)高分子聚合物，如聚合鋁鹽、聚合鐵鹽等。l (3)天然有機(jī)高分子絮凝劑，如聚糖類膠粘物、海藻酸鈉、明膠、骨膠、殼多糖、脫乙酰殼多糖等。影響絮凝效果的要素影響絮凝效果的要素帶負(fù)電荷的菌體帶負(fù)電荷的菌體 或蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)陽(yáng)離子型高分子絮凝劑陽(yáng)離子型高分子絮凝劑 非離子型和陰離子型高分子絮凝劑電解質(zhì)電解質(zhì) 非離子型和陰離子型高分子絮凝劑+?包括凝聚和絮凝機(jī)理的過程，稱為混凝。包括凝聚和絮凝機(jī)理的過程，稱為混凝。

8、 4 參與助濾劑 助濾劑是一種不可緊縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松，吸附膠體，擴(kuò)展過濾面積，濾速增大。 常用的助濾劑有硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖、白土、炭粒、淀粉等，其中最常用的是硅藻土。 助濾劑的運(yùn)用方法有兩種：一種是在過濾介質(zhì)外表預(yù)涂助濾劑，另一種是直接參與發(fā)酵液，也可兩種方法同時(shí)兼用。l根據(jù)目的產(chǎn)物選擇助濾劑種類l根據(jù)過濾介質(zhì)和過濾情況選擇助濾劑種類l粒度選擇l運(yùn)用量選擇 5 參與反響劑 利用反響劑和某些可溶性鹽類發(fā)生反響生成不溶性沉淀。 作用：生成的沉淀能防止菌絲體粘結(jié)，使菌絲具有塊狀構(gòu)造，沉淀本身可作為助濾劑，并且能使膠狀物和懸浮物凝固，消除發(fā)酵液中某些雜質(zhì)對(duì)過濾的影響，從而改善過

9、濾性能。舉例：如在新生霉素發(fā)酵液中參與氯化鈣和磷酸鈉。 環(huán)絲氨酸發(fā)酵液用氧化鈣和磷酸處置，生成磷酸鈣沉淀。 二發(fā)酵液的相對(duì)純化 高價(jià)無(wú)機(jī)離子的存在： 影響樹脂對(duì)生化物質(zhì)的交換容量。 可溶性蛋白質(zhì)的存在： 降低離子交換和吸附法提取時(shí)交換容量和吸附才干；在有機(jī)溶劑法或雙水相萃取時(shí)，易產(chǎn)生乳化景象，使兩相分別不清；在常規(guī)過濾或膜過濾時(shí)，易使過濾介質(zhì)堵塞或受污染，影響過濾速率。 1 高價(jià)無(wú)機(jī)離子的除去高價(jià)無(wú)機(jī)離子的除去去除鈣離子：通常運(yùn)用草酸。但由于草酸溶解度較小，去除鈣離子：通常運(yùn)用草酸。但由于草酸溶解度較小，不適宜用量較大的場(chǎng)所，可用其可溶性鹽，草酸價(jià)錢昂不適宜用量較大的場(chǎng)所，可用其可溶性鹽，草酸

10、價(jià)錢昂貴，留意回收。貴，留意回收。去除鎂離子：參與三聚磷酸鈉，與鎂離子構(gòu)成絡(luò)合物。去除鎂離子：參與三聚磷酸鈉，與鎂離子構(gòu)成絡(luò)合物。用磷酸鹽處置，也能大大降低鈣離子和鎂離子的濃度。用磷酸鹽處置，也能大大降低鈣離子和鎂離子的濃度。例如：環(huán)絲氨酸的提取。例如：環(huán)絲氨酸的提取。去除鐵離子，可參與黃血鹽，使其構(gòu)成普魯士藍(lán)沉淀而去除鐵離子，可參與黃血鹽，使其構(gòu)成普魯士藍(lán)沉淀而除去。除去。 l2 雜蛋白質(zhì)的除去雜蛋白質(zhì)的除去l (1) 沉淀法沉淀法 l 蛋白質(zhì)在酸性溶液中，能與一些陰離子，如三氯乙酸鹽、蛋白質(zhì)在酸性溶液中，能與一些陰離子，如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、鎢酸鹽、苦味酸鹽、鞣酸鹽、過氯酸鹽等構(gòu)成水楊酸

11、鹽、鎢酸鹽、苦味酸鹽、鞣酸鹽、過氯酸鹽等構(gòu)成沉淀；在堿性溶液中，能與一些陽(yáng)離子如沉淀；在堿性溶液中，能與一些陽(yáng)離子如Ag+、 Cu2+ 、l Zn 2+、Fe 3+ 和和Pb2+等構(gòu)成沉淀。等構(gòu)成沉淀。l (2) 吸附法吸附法l 參與某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。參與某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。l例如：在枯草芽孢桿菌發(fā)酵液中，參與氯化鈣和磷酸氫二例如：在枯草芽孢桿菌發(fā)酵液中，參與氯化鈣和磷酸氫二鈉，兩者生成龐大的凝膠，把蛋白質(zhì)、菌體及其他不溶性鈉，兩者生成龐大的凝膠，把蛋白質(zhì)、菌體及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中而除去，從而可加快過濾速率。粒子吸附并包裹在其中而除去，從而可加

12、快過濾速率。 (3)變性法變性法 加熱，大幅度調(diào)理加熱，大幅度調(diào)理pH，加酒精等有機(jī)溶劑或外表活性劑等。，加酒精等有機(jī)溶劑或外表活性劑等。例如：在抗生素消費(fèi)中，常將發(fā)酵液例如：在抗生素消費(fèi)中，常將發(fā)酵液pH調(diào)至偏酸性范圍調(diào)至偏酸性范圍(pH2 3) 或較堿性范圍或較堿性范圍(pH89)使蛋白質(zhì)凝固，普通以酸性下除去的蛋白使蛋白質(zhì)凝固，普通以酸性下除去的蛋白質(zhì)較多。質(zhì)較多。變性法的局限性：加熱法只適宜于對(duì)熱較穩(wěn)定的目的產(chǎn)物；極端變性法的局限性：加熱法只適宜于對(duì)熱較穩(wěn)定的目的產(chǎn)物；極端pH也會(huì)導(dǎo)致某些目的產(chǎn)物失活，并且要耗費(fèi)大量酸堿；而有機(jī)溶也會(huì)導(dǎo)致某些目的產(chǎn)物失活，并且要耗費(fèi)大量酸堿；而有機(jī)溶劑

13、法通常只適用于所處置的液體數(shù)量較少的場(chǎng)所。劑法通常只適用于所處置的液體數(shù)量較少的場(chǎng)所。 二、固液分別 發(fā)酵液固液分別的主要是離心分別和過濾。 不同性狀的發(fā)酵液應(yīng)選擇不同的固液分別方法 霉菌和放線菌發(fā)酵液：過濾方法 細(xì)菌和酵母菌發(fā)酵液未經(jīng)預(yù)處置：高速離心。 細(xì)菌和酵母菌發(fā)酵液進(jìn)展預(yù)處置：過濾方法。 舉例：如菌體較小的氨基酸發(fā)酵液，采用絮凝和添加助濾劑等方法進(jìn)展預(yù)處置后，即可用板框過濾機(jī)或帶式過濾機(jī)進(jìn)展菌體分別 一離心分別 離心分別是利用轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的離心力，來實(shí)現(xiàn)懸浮液、乳濁液分別或濃縮的分別的過程。 特點(diǎn)：分別速率快、分別效率高、液相廓清度好等優(yōu)點(diǎn)。 缺陷：設(shè)備投資高、能耗大，此外延續(xù)排

14、料時(shí)，固相關(guān)度不如過濾設(shè)備。 碟片式離心機(jī)按卸料方式的不同，碟片式離心機(jī)分為: 人工卸料 自動(dòng)間歇排料 噴嘴延續(xù)排料特點(diǎn)：前兩種適宜于懸浮液固形顆粒含量較少的場(chǎng)所。間歇式操作，固相關(guān)度較好；而延續(xù)操作固相含液量較大，其固相仍具有流動(dòng)性。 碟片式離心機(jī)順應(yīng)于細(xì)菌、酵母菌、放線菌等多種微生物細(xì)胞懸浮液及細(xì)胞碎片懸浮液的分別。它的消費(fèi)才干較大，最大允許處置量達(dá)300m3h，普通用于大規(guī)模的分別過程。 管式離心機(jī)管式離心機(jī)也是一種沉降式離心機(jī)，可用于液液分別和固液分別。當(dāng)用于液液分別時(shí)為延續(xù)操作，而用于固液分別時(shí)那么為間歇操作，操作一段時(shí)間后需將堆積于轉(zhuǎn)鼓壁上的固體定期人工卸除。 管式離心機(jī)的轉(zhuǎn)鼓直徑

15、較小，容量有限，因此消費(fèi)才干較小。轉(zhuǎn)速相對(duì)較低的管式離心機(jī)最大處置量可達(dá)10m3h。管式離心機(jī)除可用于微生物細(xì)胞的分別外，還可用于細(xì)胞碎片、細(xì)胞器、病毒、蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子的分別。管式離心機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作穩(wěn)定，分別效率高。在生物工業(yè)中，特別適宜于普通離心機(jī)難以分別而固形物含量2排渣方式間歇或延續(xù)間歇延續(xù)延續(xù)濾渣情況團(tuán)塊裝間歇糊膏狀糊膏狀較干分別要素g104-6 105103-2 104103-2 104103- 104最大處置量m3/h)10200300200二過濾根據(jù)過濾機(jī)理的不同，過濾操作可分為廓清過濾和濾餅過濾兩種。 廓清過濾:將過濾介質(zhì)填充于過濾器內(nèi)構(gòu)成過濾層，當(dāng)懸浮液經(jīng)過濾層時(shí)

16、，固體顆粒被阻攔或吸在濾層的顆粒上，使濾液得以廓清，這種方法叫做廓清過濾。過濾介質(zhì)：硅藻土、砂、顆?；钚蕴?、玻璃珠、塑料顆粒等，也有用燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬、粘合塑料及用金屬絲繞成的管子等組成的成型顆粒濾層。適宜于固體含量少于0.1gl00ml、顆粒直徑在5100m的懸浮液的過濾分別，如河水、麥芽汁、酒類和飲料等的廓清。 濾餅過濾：過濾介質(zhì)為濾布，包括天然或合成纖維織布、金屬織布，及氈、石棉板、玻璃纖維紙、合成纖維等無(wú)紡布。當(dāng)懸浮液經(jīng)過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布所阻攔而逐漸構(gòu)成濾餅(或稱濾渣)。當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起過濾作用，此時(shí)即可獲得廓清的濾液，這種方法叫做濾餅過濾或?yàn)V渣過濾。此種方法適宜于固體含

17、量 0.1g100ml的懸浮液的過濾分別。 濾餅過濾按推進(jìn)力的不同可以分為四種，即重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。板框過濾機(jī)是一種傳統(tǒng)的過濾設(shè)備，在發(fā)酵工業(yè)中廣泛運(yùn)用于培育基制備的過濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分別。板框過濾機(jī)l特點(diǎn)： l優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，裝配緊湊，過濾面積大；過濾的推進(jìn)力(壓力差)能大幅度調(diào)整，并能耐受較高的壓力差，因此固相含水分低，并能順應(yīng)不同過濾特性的發(fā)酵液的過濾；輔助設(shè)備少、維修方便、價(jià)錢低和動(dòng)力耗費(fèi)少等。l缺陷：設(shè)備笨重、間歇操作、勞動(dòng)強(qiáng)度大、衛(wèi)生條件差、輔助時(shí)間多和消費(fèi)效率低。l板框過濾機(jī)比較適宜于固體含量110的懸浮液的分別。特點(diǎn)： 自動(dòng)化程度高、操作延續(xù)和處置量大適宜于固體含量較大(10)的懸浮液的分別，在發(fā)酵工業(yè)中廣泛用于霉菌、放線菌和酵母菌發(fā)酵液或細(xì)胞懸浮液的過濾分別。由于受推進(jìn)力(真空度)的限制，真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)普通不適于菌體較小和粘度較大的細(xì)菌發(fā)酵液的過濾。此外，采用真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)過濾所得固相的干度不如加壓過濾。 真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)l又稱錯(cuò)流過濾、交叉過濾和十字流過濾，是一種維持