發(fā)酵液的預處理

1、第第2章章 發(fā)酵液的預處理及固液分離發(fā)酵液的預處理及固液分離重點：預處理的作用及常用方法 凝聚與絮凝的原理及異同點 雜蛋白、高價無機離子的去除方法 一一.生化分離工程的工藝流程：生化分離工程的工藝流程： 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵液的預處理發(fā)酵液的預處理二二. .發(fā)酵液的預處理技術：發(fā)酵液的預處理技術： 懸浮液的基本特性懸浮液的基本特性細胞的相對密度與培養(yǎng)液相似，沉降不細胞的相對密度與培養(yǎng)液相似，沉降不容易；容易；可壓縮性，粘稠，非牛頓流體，流動性可壓縮性，粘稠，非牛頓流體，流動性差，不利于進行過濾、吸附、萃取等操差，不利于進行過濾、吸附、萃取等操作；作；發(fā)酵液成分復雜，有些雜質對后續(xù)分離發(fā)酵液成分復

2、雜，有些雜質對后續(xù)分離有害。有害。二二. .發(fā)酵液的預處理技術：發(fā)酵液的預處理技術： 改善發(fā)酵液的物理性質：改善發(fā)酵液的物理性質：流變性質、顆粒粒度流變性質、顆粒粒度預處理預處理的目的的目的去除部分雜質：雜蛋白、去除部分雜質：雜蛋白、多糖、高價無機離子等多糖、高價無機離子等二二. .發(fā)酵液的預處理技術：發(fā)酵液的預處理技術： 物理性物理性質的改善質的改善雜質雜質的去除的去除預處理預處理的方法的方法加熱（降低黏度、加熱（降低黏度、去除雜蛋白）去除雜蛋白）凝聚與絮凝（增大凝聚與絮凝（增大粒度）粒度）加助濾劑（改善過加助濾劑（改善過濾）濾）去雜蛋白（等電點、去雜蛋白（等電點、變性劑、吸附）變性劑、吸附

3、）去多糖（酶解）去多糖（酶解）去離子（沉淀）去離子（沉淀）凝聚和絮凝技術能有效地改變細胞、菌體和蛋白質等膠體粒子的分散狀態(tài)，使聚集起來，增大體積，以便于過濾，常用于菌體細小而且粘度大的發(fā)酵液的預處理中。三三.凝聚和絮凝技術凝聚和絮凝技術 凝聚凝聚是在高價無機鹽作用高價無機鹽作用下，由于雙電層排斥雙電層排斥電位的降低電位的降低，而使膠體體系不穩(wěn)定膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 絮凝絮凝是指在某些高分子絮凝劑存在下高分子絮凝劑存在下，基于架橋架橋作用作用，使膠粒形成粗大的絮凝團絮凝團的過程，是一種以物物理的集合為主理的集合為主的過程。 凝聚和絮凝的概念凝聚和絮凝的概念 擴散雙電層的結構模型圖 膠粒能保持分

4、散狀態(tài)的原因凝聚技術凝聚技術擴散雙電層的結構模型圖 膠粒能保持分散狀態(tài)的原因保持分散狀態(tài)的原因主要是帶有相同電荷和擴散雙電層的結構，一旦由于布朗（Brown）運動使粒子間距離縮小到它們的擴散層部分重疊擴散層部分重疊時，即產生使兩個粒子分開：從而阻止了粒子的聚集阻止了粒子的聚集。電位電位越大越大，電排斥作用就越強，膠粒的分散程度也越大， 此外，由于膠粒表面的水化作用水化作用，形成了包圍于粒子周圍的水化層水化層，也能阻礙膠粒間的直接聚集直接聚集。 但是，水化膜水化膜主要是伴隨膠粒帶電而引起伴隨膠粒帶電而引起的，一旦電位電位降低或消除，水化層水化層也會隨之減弱或消失減弱或消失。常用的凝聚劑常用的凝聚

5、劑Al2(SO4)3.18H2O，AlCl3.6H2O，F(xiàn)eCl3，ZnSO4，MgCl2陽離子對負電荷的膠粒凝聚能力次序為：Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+n絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，其相，其相對分子質量可高達數(shù)萬至一千萬以上，長鏈狀對分子質量可高達數(shù)萬至一千萬以上，長鏈狀結構，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團，包括帶結構，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團，包括帶電荷的陰離子（如電荷的陰離子（如-COOH）或陽離子（如）或陽離子（如-NH2）基團以及不帶電荷的非離子型基團。）基團以及不帶電荷的非離子型基團。n它們通過靜電引力、范德華引力或氫

6、鍵的作用，它們通過靜電引力、范德華引力或氫鍵的作用，強烈地吸附在膠粒的表面。強烈地吸附在膠粒的表面。當一個高分子聚合當一個高分子聚合物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同的膠粒表面上，物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同的膠粒表面上，產生產生橋架連接橋架連接時，就形成了較大的絮團，這就時，就形成了較大的絮團，這就是絮凝作用。是絮凝作用。 絮凝絮凝絮凝原理絮凝原理l 絮凝劑用量:絮凝效果呈鐘形變化。l 溶液的pH：pH主要影響離子型絮凝劑中功能團的電離度，從而影響了分子鏈的伸展狀態(tài)，改變了架橋能力。l 攪拌速度和時間：l 助濾劑：添加助濾劑能增加絮凝效果。絮凝作用的影響因素：1.1.聚丙烯酰胺（聚丙烯酰胺（Polya

7、crylamidePolyacrylamide）衍生物：）衍生物： 非離子型、陰離子型（含-COOH）、陽離子型（含-NH2）由于聚丙烯酰胺類絮凝劑具有用量少，一般以由于聚丙烯酰胺類絮凝劑具有用量少，一般以ppm計量，絮凝體粗大，計量，絮凝體粗大，分離效果好，絮凝速度快以及種類多等優(yōu)點，所以適用范圍廣。分離效果好，絮凝速度快以及種類多等優(yōu)點，所以適用范圍廣。2.2.苯乙烯類衍生物及其無機高分子聚合物絮凝劑苯乙烯類衍生物及其無機高分子聚合物絮凝劑 聚合鋁鹽、聚合鐵鹽3.3.天然有機高分子絮凝劑天然有機高分子絮凝劑 明膠、海藻酸鈉在食品工業(yè)上應用較多殼聚糖在生物產品分離中用得最多常用絮凝劑的種類：

8、四四 雜蛋白的去除雜蛋白的去除等電點沉淀等電點沉淀蛋白質一般以膠體狀態(tài)膠體狀態(tài)存在于發(fā)酵液中。膠體粒膠體粒子的穩(wěn)定性和其所帶電荷有關子的穩(wěn)定性和其所帶電荷有關。蛋白質在某一pH下，凈電荷為零，溶解度最小，稱為等電點等電點。因為羧基的電離度比氨基大羧基的電離度比氨基大，故蛋白質的酸性酸性性質通常強于堿性強于堿性，因而很多蛋白質的等電點等電點都在酸性范圍內（pH 4.05.5）。四四 雜蛋白的去除雜蛋白的去除變性沉淀變性沉淀蛋白質從有規(guī)則排列變?yōu)椴灰?guī)則結構的過程稱為變性。加熱：在鏈霉素生產中，在pH3.0時，加熱至7075，維持30min，黏度降為1/6，過濾速度提高3倍。加有機溶劑、表面活性劑、

9、酸堿等。四四 雜蛋白的去除雜蛋白的去除在酸性溶液中在酸性溶液中，蛋白質能與一些陰離子如三氯乙酸陰離子如三氯乙酸鹽鹽、水楊酸鹽、鎢酸鹽、苦味酸鹽、鞣酸鹽、過水楊酸鹽、鎢酸鹽、苦味酸鹽、鞣酸鹽、過氯酸鹽氯酸鹽等形成沉淀沉淀；在堿性溶液中在堿性溶液中，能與一些陽離子，如Ag，Cu2，Zn2，F(xiàn)e2和和Pb2等形成沉淀沉淀。 變性蛋白質溶解度較小溶解度較小。最常用的使蛋白質變性的方法是加熱加熱。加熱還能使液體粘度降低粘度降低，加快過濾速度。該法只適用于對熱較穩(wěn)定的生化物質對熱較穩(wěn)定的生化物質。四四 雜蛋白的去除雜蛋白的去除吸附吸附在發(fā)酵液中加入一些反應劑，相互反應后生成的沉淀物可吸附蛋白質而使其沉淀。

10、如在四環(huán)素發(fā)酵液中加入黃血鹽和硫酸鋅，兩者反應生成K2Zn3Fe(CN)62在枯草桿菌的堿性蛋白酶發(fā)酵液中加入氯化鈣和磷酸鹽等五五 不溶性多糖的去除不溶性多糖的去除當發(fā)酵液中含有較多不溶性多糖時，黏度增大，固液分離困難，可用酶將其轉化為單糖。六六 高價無機離子的去除高價無機離子的去除n發(fā)酵液中雜質很多，其中對提煉影響最大的是高價無機離子（高價無機離子（Ca2、Mg2、Fe2）等。 n 高價無機離子的存在高價無機離子的存在，會影響樹脂影響樹脂對生化物質的交換容量交換容量。雜蛋白質的存在雜蛋白質的存在，不僅在采用離子交換法和大網格樹脂吸附法提煉時會降降低其吸附能力低其吸附能力，而且在采用有機溶劑或

11、兩水相兩水相萃取萃取時，容易產生乳化易產生乳化，使兩相分離不清兩相分離不清，在預處理時，應盡量除去這些物質。六六 高價無機離子的去除高價無機離子的去除n除去Ca2草酸鈉草酸鈉nMg2 草酸根（草酸鎂溶解度稍大）草酸根（草酸鎂溶解度稍大）或磷酸鹽或磷酸鹽nFe2 黃血鹽（生成普魯士蘭沉淀）黃血鹽（生成普魯士蘭沉淀）第二節(jié).發(fā)酵液的過濾發(fā)酵液的過濾發(fā)酵液過濾的目的：發(fā)酵液過濾的目的：收集胞內產物的細胞或菌體，分離除去液相，或收集胞內產物的細胞或菌體，分離除去液相，或者是收集含生化物質的液相，分離除去固體懸浮者是收集含生化物質的液相，分離除去固體懸浮物，如細胞、菌體、細胞碎片、蛋白質的沉淀物物，如細

12、胞、菌體、細胞碎片、蛋白質的沉淀物和它們的絮凝體等。和它們的絮凝體等。固液分離方法傳統(tǒng)方法：過濾（適合大規(guī)模，在發(fā)酵液預處理中最為常用）沉降 離心新方法：雙水相萃取膜分離過濾影響發(fā)酵液過濾性能的因素：影響發(fā)酵液過濾性能的因素：n菌種：真菌，放線菌，細菌菌種：真菌，放線菌，細菌n培養(yǎng)基：黃豆，花生，淀粉，后期加油，培養(yǎng)培養(yǎng)基：黃豆，花生，淀粉，后期加油，培養(yǎng)基未用完基未用完n發(fā)酵時間：菌絲自溶前放罐發(fā)酵時間：菌絲自溶前放罐過濾改善過濾的方法改善過濾的方法（一）助濾劑（一）助濾劑：能改善過濾操作的質地堅硬不可壓：能改善過濾操作的質地堅硬不可壓縮性固體縮性固體機理：機理：表面吸附膠體及不可壓縮型格子

13、結構表面吸附膠體及不可壓縮型格子結構助濾劑選擇：粒度與懸浮顆粒適當助濾劑選擇：粒度與懸浮顆粒適當使用方法：使用方法：a a 預先制成濾餅：濾液澄清度高預先制成濾餅：濾液澄清度高b b 助濾劑混入懸浮液中一起過濾：容易達到濾速最助濾劑混入懸浮液中一起過濾：容易達到濾速最大大c c 兩種方法混用兩種方法混用常用助濾劑常用助濾劑：硅藻土，珍珠巖，活性炭：硅藻土，珍珠巖，活性炭（二）填充凝固劑（二）填充凝固劑（三）加降解酶（三）加降解酶過濾介質（一）濾布：棉纖維（帆布）、尼龍、滌綸（一）濾布：棉纖維（帆布）、尼龍、滌綸特點：特點：廉價、耐用、易更換廉價、耐用、易更換（二）粒狀介質：起深層過濾、助濾劑作

14、用（二）粒狀介質：起深層過濾、助濾劑作用（三）多孔玻璃、石英砂芯（三）多孔玻璃、石英砂芯（四）各種膜材料：一般只能采用錯流過濾（四）各種膜材料：一般只能采用錯流過濾板框壓濾機真空過濾機過濾的常用設備：轉鼓真空過濾機 DryWashImmersionKnifeCakeFeedRotary vacuum filter轉鼓真空過濾機保證絮凝效保證絮凝效果最佳果最佳堿化堿化分離實例分離實例n乳酸發(fā)酵液預處理乳酸發(fā)酵液預處理80保溫保溫3min3min發(fā)酵液發(fā)酵液變性去除變性去除雜蛋白雜蛋白加適量加適量CaCO3調節(jié)調節(jié)pH4.0殼聚糖殼聚糖50mg/m3于于30攪拌攪拌5min加硅藻土作助濾加硅藻土作助濾劑，板框過濾劑，板框過濾濾液濾液活性炭活性炭脫色脫色過濾