生物工业下游技术第二章发酵液的预处理.ppt

第二章 发酵液的预处理 预处理的目的： 不仅在于分离菌体和其他悬浮颗粒，还着眼于除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各工序的顺序进行。 第一节 发酵液过滤特性的改变 微生物发酵的特性： 发酵产物浓度低，悬浮液大部分是水； 悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差小； 固体粒子可压缩性大； 液相黏度大，大多为非牛顿型流体； 性质不稳定随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶水解等影响。 非牛顿型流体 不服从牛顿摩擦定律的流体。一般粘性较大，且随着流动速度而变化。例如石灰乳、泥浆、污水和许多高分子溶液等。 分离过程做到 迅速加工，缩短停留时间； 控制好操作温度和pH值； 减少或避免与空气接触受污染的机会； 设计好各组分的分离顺序。 一、降低液体黏度 黏度：液体在压力、重力、剪切力等外力的作用下，分子间相互作用而产生阻碍分子间相对运动的能力，即液体流动的阻力。 滤液通过滤饼的速率与液体的黏度成反比，降低黏度可有效提高过滤速率。 方法：加水稀释和加热法 一、降低液体黏度 水稀释法注意事项： 稀释后过滤速度提高的百分比必须大于加水比。(即加水一倍，稀释后液体的黏度必须下降50%以上才能有效提高过滤速度。) 一、降低液体黏度 加热法注意事项： 加热可以降低液体黏度；适当温度和受热时间下使蛋白凝聚，形成大的凝聚物。 如：链霉素发酵液，调酸至pH3后，加热70℃，黏度下降至1/6，过滤速度可增加10～100倍。 加热法必须严格控制加热温度与时间。 二、调整pH 对于提取蛋白质、氨基酸等目的产物常用的方法； 对于提取小分子物质，可以利用等电点方法去除蛋白质等杂质； 在膜过滤中，减少堵塞和污染； 细胞、细胞碎片和一些胶体物质絮凝成为大颗粒，利于过滤。 三、凝聚与絮凝 凝聚：在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，使胶体体系不稳定。 絮凝：在某些高分子絮凝剂作用下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。 三、凝聚与絮凝 凝聚与絮凝的目的： 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，便于提高过滤速度； 还能有效除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量。 1.凝聚 发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶粒表面一般都带电荷； 在生理条件下，发酵液的菌体或蛋白质常带负电荷，会吸引溶液中的阳离子，形成双电子层。双电子层电位越高，胶体粒子的分散程度高； 加入某种电解质，由于异电粒子作用，双电位降低，胶体粒子间因碰撞产生凝集 现象。 1.凝聚 凝聚值——使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmol/L） 常用的凝聚电解质：硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O、氯化铝AlCl3·6H2O、三氯化铁FeCl3·6H2O、硫酸亚铁FeSO4·7H2O、石灰、硫酸锌ZnSO4 、MgCO3等。 阳离子对负电荷的凝聚力： Al 3+ Fe 3+ H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ 2.絮凝 絮凝剂：水溶性、高分子聚合物、长链状、链节上含有官能团（阳离子、阴离子、非离子型基团）。 原理：通过静电引力、范德华力或氢键的作用，强烈吸附在胶粒的表面，当一个高分子聚合物的许多链接分别吸附在不同的胶粒表面。 2.絮凝 絮凝剂：水溶性、高分子聚合物、长链状、链节上含有官能团（阳离子、阴离子、非离子型基团）。 絮凝剂的化学结构： 含有相当多的活性基团；具有长链的线性结构。 分类： 非离子型、阴离子型、阳离子型。 工业上使用的絮凝剂 有机高分子聚合物，例如：聚丙烯酰胺类衍生物； 无机高分子聚合物，例如：聚合铝盐； 天然有机高分子絮凝剂，如：聚糖类胶粘剂、海藻酸钠、明胶、骨胶等。 海藻酸钠(C6H7O8Na)n主要由海藻酸的钠盐组成，由α-L-甘露糖醛酸(M单元)与β-D-古罗糖醛酸(G单元)依靠1,4-糖苷键连接并由不同GGGMMM片段组成的共聚物。 一种天然多糖，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。 1881年，英国化学家E.C.Stanford首先对褐色海藻中的海藻酸盐提取物进行科学研究。 他发现该褐藻酸的提取物具有几种很有趣的特性，它具有浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力。 商业化生产始于1927年，现在全世界每年约生产30000吨，其中30％用于食品工业，剩下的用于其它工业，制药业和牙科。  絮凝效果 絮凝剂的加量 相对分子质量 类型 溶液的pH 搅拌转速和时间 3.混凝 包括聚凝和絮凝机理的过程。 先加入电解质，使悬浮粒子间的双电层电位降低、脱稳，凝聚成微粒； 再加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。 四、加入助滤剂 一种不可压缩的多孔微粒，能使滤饼疏松，滤速增大。常用硅藻土。 使用助滤剂后，悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂表面， 从而改变滤饼结构，它的