(生化工程课件）14 发酵液的预处理和固液分离.ppt

14 发酵液的预处理和固液分离 预处理： 以细胞培养液或发酵液为出发点,设法将细胞 富集或去除,使所需要的目标产物转移到液相 中,同时还希望除去其他悬浮颗粒以及改善滤 液的性状,以利后续各步操作的过程 知识点： l???发酵液的预处理 l????发酵液的固液分离 l????全发酵液的提取 重点： ? 掌握发酵液的预处理操作的基本概念、特点及其操作方法 ?????掌握固液分离的目的,影响固液分离的因素、固液分离方法 难点： √ 全发酵液的提取方法 ☆高价无机离子的存在： 影响树脂对生化物质的交换容量。 ☆可溶性蛋白质的存在： 降低离子交换和吸附法提取时交换容量和吸附能力；在有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化现象，使两相分离不清；在常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞或受污染，影响过滤速率。 3 凝聚与絮凝 采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大分子物质的分散状态，使其聚结成较大的颗粒，便于提高过滤速率。除此之外，还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量。因此，凝聚和絮凝是目前工业上最常用的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理。 凝聚与絮凝 凝聚：胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下,双电层排斥电位的降低,脱稳相互聚集成大粒子（1mm）机理：a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构 絮凝：高分子絮凝剂存在下,基于架桥作用,聚电解质将胶体粒子交联成网状，成形絮凝团的过程机理：架桥作用 常用的凝聚剂与絮凝剂 凝集剂：铝盐，铁盐，钙盐，锌盐絮凝剂：阳离子型：阳离子聚丙烯酰胺，聚丙烯酸二烷基胺乙酯，聚二烯丙基四胺盐。阴离子型：聚丙烯酸钠，聚苯乙烯磺酸，木质素磺酸盐非离子型：聚氧乙烯天然类：甲壳素  凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集（1mm左右）的现象。 胶体双电层的构造 常用的凝聚剂 Al2(SO4)3.18H2O(明矾)，AlCl3.6H2O，FeCl3， ZnSO4，MgCO3 阳离子对负电荷的胶粒凝聚能力次序为： Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ 絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联接时，形成粗大的絮凝团（10mm）的过程。絮凝是一种以物理的集合为主的过程。 絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万至一千万以上，它们具有长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，这些基团通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。 絮凝剂的化学结构 1. 要求其分子必须含有相当多的活性官能团，使之能和胶粒表面相结合； 2. 具有长链的线性结构，以便同时与多个胶粒吸附形成较大的絮团， 3. 相对分子质量不能超过一定限度，以使其具有良好的溶解性。 根据其活性基团在水中解离情况的不同，絮凝剂可分为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。 根据其来源的不同，工业上使用的絮凝剂又可分为如下三类： (1)有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙类衍生物。 (2)无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等。 (3)天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。 常用絮凝剂的种类： 絮凝效果与絮凝剂的加量、相对分子质量和类型、溶液的pH、搅拌转速和时间等因素有关。 絮凝剂应用优化 a 用量控制 最佳用量为粒子表面积约 有一 半被聚合物覆盖时所用的絮凝剂量 b pH 控制 c 固体浓度与粒子尺寸分布d 电解质含量e 后续工艺要求 预处理方法 高价无机离子的去除 Ca2+ 草酸 Mg2+ 三聚磷酸钠 Fe3+ 黄血盐 （普鲁士蓝） 蛋白质去除 加热 调pH (草酸，无机酸或碱) 有机溶剂 蛋白沉淀剂 ☆杂蛋白质的除去 (1) 沉淀法 蛋白质在酸性溶液中，能与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀；在碱性溶液中，能与一些阳离子如Ag+、 Cu2+ 、 Zn 2+、Fe 3+ 和Pb2+等形成沉淀。 (2) 吸附法 加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。 例如：在枯草芽孢杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者生成庞大