第二章发酵液的预处理与固液分离精要.ppt

二、过滤分离 原理：使液体通过固体支撑物或过滤介质，将固体截留而液体透过，从而达到固-液分离的目的。 特点：能耗低、处理量大、成本低。 * 按过滤机理，过滤操作可分为：澄清过滤和滤饼过滤。 澄清过滤：借助硅藻土、活性炭以及金属、非金属烧结材料等过滤介质，形成过滤层，当悬浮液通过过滤层时，固体颗粒被阻拦或吸附在过滤介质上，使滤液澄清。 滤饼过滤：以滤布为过滤“介质”，当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐渐形成滤饼，当滤饼达到一定厚度时，即可获得澄清的滤液。 * 1. 过滤介质 作用：①过滤，②滤饼支撑物； 要求：①机械强度大，②流动阻力小； 过滤通量：在一定压力差下，单位时间、单位过滤面积上通过滤液的体积量，单位L/h/m2。 * 过滤介质种类 织物介质：滤布 粒状介质：硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性 炭、白土等 多孔固体介质：多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔 塑料等。 * 2. 影响过滤速率的因素 滤饼比阻力 料液粘度 料液的固含物浓度 * q2=2△pτ/μrBXB q, τ时间内单位过滤面积的滤液量；△p，压力差；μ，滤液粘度；rB为重要比阻 XB 为单位体积滤液的滤渣干重 3.过滤设备 3.1 板框过滤机 * 3.2 转鼓式真空过滤机 * 三、其他分离方式—膜过滤 切向流过滤，又称错流过滤，悬浮液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用防止固体在过滤介质表面沉积，实现恒速过滤。 * 切向流过滤的缺点： 切向流产生的剪切力可使蛋白质类产物失活。 由于液体大量循环，能耗比其他过滤高。 固相的含水量高，一般作浓缩用。 不能避免过滤介质的污染和堵塞。解决的方法是采用脉冲反洗。 * * 3）无机高分子聚合物 有聚合铁系和铝系两大类 铁系具有操作简单、费用低，受温度影响小，亲和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺点腐蚀性强、稳定性差。 铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具有一定毒性等。 * 4）微生物絮凝剂 一类由微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能的代谢产物。 包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂 主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分子物质。 微生物絮凝剂最大的优点是安全，无毒和不污染环境。 * 絮凝的影响因素 发酵液的性质（细胞浓度，表面电荷）； 絮凝剂的浓度，(最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖；) 絮凝剂的分子量； pH 控制； 搅拌速度。 * 絮凝剂的分子量对絮凝效果的影响 溶液的pH值对絮凝效果的影响 搅拌速度和时间对絮凝效果的影响 絮凝剂添加量对滤速的影响 * A B C D A：等电母液原液 B： 40℃，70ppm 絮凝剂絮凝 C：80℃加热 D： 80℃加热，70ppm 絮凝剂絮凝 举例：谷氨酸棒杆菌细胞的絮凝 * （四）混凝 对于带负电荷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，单独使用可达到较好絮凝效果； 对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果。 这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。 第二节：发酵液的相对纯化 * 发酵液中常见杂质 高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+） 在采用离子交换提取时，会影响树脂对生化物质的交换容量。 杂蛋白 常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过滤效率； 采用离子交换和吸附法提取时，会降低其交换容量和吸附能力； 有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。 * Ca2+ ——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀 HOOCCOOH+ Ca2+=CaC2O4 ?+2H+ Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶 性络合物； Na5P3O10+Mg2+ =MgNa3P3O10+2Na+ Fe2+——黄血盐（三水合六氰合铁(Ⅱ)酸钾）， →普鲁士兰沉淀 3K4Fe(CN)6+4 Fe2+ =Fe4[Fe(CN)6]3?+12K+ 1、高价无机离子的去除 2、杂蛋白的去除 沉淀法 变性法 吸附法 * 2.1 沉淀法 等电点沉淀法 蛋白质的等电点大多在酸性范围内(pH4.0～5.5)，调节发酵液的pH到蛋白质的等电点可除去蛋白质。 酸碱调节，使蛋白质与离子形成沉淀 在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子形成沉淀，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、苦味酸盐等； 在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3