6章发酵液预处理及提取技术.ppt

6. 发酵液预处理及提取技术6.1 发酵液预处理6.2 固液分离6.3 细胞破碎6.3 沉淀法6.4 离子交换法6.5 有机溶剂萃取法 6.1预处理 6.1.1预处理目的 1）改变发酵液的物理性质，提高固液分离的速度和效率； 2）尽可能使产物转入便于后续处理的相中（多数是液相）； 3）去除部分杂质，如高价无机离子和杂蛋白等，利于后续的操作。 6.1.2预处理的方法 1）加热法 原理：使杂蛋白质变性凝聚形成较大的凝聚物，降低了发酵液的粘度，增加滤饼的孔隙度，固液分离容易。 方法：是最简单和廉价的方法，即把发酵液加热到所需的温度并保温适当的时间。 适用范围：产物对温度的稳定性比较高。 2） 调整pH 原理：pH直接影响发酵液中的某些物质的电离度和电荷性质，调整pH可以使杂蛋白变性,加速细胞碎片的聚集。 适用范围：产物对pH稳定。 3）凝聚和絮凝 原理：通过添加某些成分，改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，破坏其稳定性，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速度。 区别：凝聚添加的物质是电解质，形成的胶体颗粒较小；絮凝添加的物质是大分子物质，形成的颗粒较大。 适用范围：常用于菌体细小而且粘度大的发酵液。 （1）凝聚 原理： 在电解质的作用下，使胶粒之间双电层的排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定，聚集沉淀下来。 电解质的凝聚能力可用凝聚值来表示。 凝聚值：使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度。 一般和凝胶粒子所带电荷相反的离子的价数越高，该值就越小，凝聚能力越强。 阳离子凝聚能力：Al3+ Fe3 + H+ Ca2 + Mg2 + K+Na+ 常用的凝聚电解质：明矾（硫酸铝）、氯化铝、三氯化铁等。 2）絮凝 原理：絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其链节上含有许多活性官能团，它们通过静电引力、范德华力或氢键的作用，强烈的吸附在胶粒的表面。当一个分子吸附在不同的胶粒表面时，产生桥架连接，形成了较大的絮团。 絮凝剂的种类： 有机高分子聚合物：聚丙烯酰铵类衍生物、聚苯乙烯衍生物等 无机高分子聚合物：聚合铝盐 天然有机高分子絮凝剂：明胶、骨胶、海藻酸钠等。 微生物絮凝剂：主要成分是糖蛋白、黏多糖、纤维素及核酸等大分子物质。 三种预处理的方法取决于分离物质的性质，包括对pH和热的稳定性，是否为活性物质等。 6.1.3高价无机离子的去除方法 主要是钙、铁、镁离子的去除。 1）钙离子： 用草酸形成沉淀；并有促使蛋白质凝固的作用。 2）镁离子： 用三聚磷酸钠，形成可溶性的络合物。 3）铁离子： 用黄血盐，形成普鲁士兰沉淀，并有吸附 蛋白质的作用。 6.2发酵液的固液分离 目的： 胞内产物，通过固液分离获得菌体； 胞外产物，获得含有产物的液相，除去固体悬浮物。 方法： 常用的方法是过滤和离心分离。 6.2.1过滤 定义：过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差作用下，将发酵液中的固体粒子截留而与液体分离。 2）比阻力 衡量过滤特性的指标是比阻力，它表示的是单位滤饼厚度的阻力系数。 比阻力越大，过滤速度越慢。 比阻力的大小和压力差有关 rB=r(△p)m r 为不可压缩滤渣的比阻，为常数，m为压缩性指数，一般取值0.5-0.8。 比阻力会随着压力的增加，降低滤速；随着滤饼厚度的增加，滤速降低。因此在实际操作时，灌满板框后，在缓慢加压，且过滤板框的有一定要求厚度。 6.2.2影响固液分离的因素 1）发酵液中各种悬浮粒子大小和形状的影响 粒子越小，固液分离越难，体积越大越容易分离。 一般霉菌和放线菌为丝状菌，常用过滤方法；细菌和酵母菌为单细胞，一般在1-10um之间，采用离心的方法。 2）发酵液黏度的影响 固液分离的速度和发酵液的黏度成反比。 6.2.3提高过滤速度的方法 通过添加惰性助滤剂提高过滤速度。 助滤剂就是一种颗粒均匀的、质地坚硬、不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，加快滤速。 常用的助滤剂有：硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、碳粒等。 使用方法： （1）在滤布上预先涂一层助滤剂，作为过滤介质使用，待过滤结束后愈滤饼一起除去； （2）助滤剂按一定比例添加到发酵液中，一起过滤。 6.3细胞破碎 6.3.1细胞破碎的方法 6.3.2选择破碎方法的依据 较高的产物释放率、低的能耗和便于后步的提取三个方面。