第七章预处理和固液分离技术分析.ppt

生物分离过程的一般流程 第七章 发酵液的预处理和固液分离 预处理和固液分离内容 发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内外代谢产物，及剩余的培养基残分等。 不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能进行后续操作： 对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去处，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 对于胞内产物，首先富集菌体，再进行细胞破碎和碎片分离，然后提取胞内产物。 发酵液的预处理（Pretreatment ） 思考题 1 发酵液为何需要预处理？处理方法有 哪些？ 2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两 者结合使用？ 为何要对发酵液进行预处理？ 为何要对发酵液进行预处理？ 固液分离方法主要是过滤和离心。 对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度大，不能直接过滤，若用高速离心，能耗很大，设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生膜污染，通量降低。 发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘性物质的存在也会影响固液分离。 因而寻找一种经济有效的方法来提高固液分离速度显得十分必要。 预处理的目的 预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率： ⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。 ⑵ 相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。 ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）； 预处理的方法 凝聚和絮凝 Coagulation and flocculation 加热法 Heating 调节悬浮液的PH值 Regulation of PH 杂蛋白的去除 Removal of useless protein 高价无机离子的去除 Removal of inorganic ion 助滤剂Filter aids和反应剂 Reactant 一 凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用 凝聚与絮凝处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其聚集起来,增大体积以便固液分离。 凝聚和絮凝技术常用于菌体细小而且黏度大的发酵液的预处理中。 凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。 凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程。 絮凝：指使用絮凝剂（天然的和合成的大分子量聚电解质）将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。其中絮凝剂主要起架桥作用。 凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子（1mm） 机理：1）中和粒子表面电荷 2）消除双电层结构 3）破坏水化膜 胶体双电层结构 发酵液中菌体表面带有负电荷，由于静电引力使溶液中反离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层。 正离子同时受到使它们均匀分布的热运动影响，具有离开胶粒表面的趋势。 常用的凝聚剂电解质有： 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，形成絮凝团的过程机理：架桥作用 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较易分离。 高分子絮凝剂的吸附架桥作用 2）天然有机高分子絮凝剂 人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，原料来源广等优点。 天然有机高分子改性絮凝剂根据其原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。 其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。 3）无机高分子聚合物 有聚合铁系和铝系两大类 铁系絮凝剂具有操作简单、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，缺点具毒性等。 微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂， 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。 微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相比，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。 二 预处理-加热 1）加热降低液体粘度 液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。流体力学原理过速率与液体的粘度成反比，降低液体粘度（加水稀释法和加热法等）可有效提高过滤速率。 二 预处理-加热 2）加热使蛋白质变性凝固 变性蛋白质的溶解度