发酵液预处理及固液分离方法.ppt

发酵液的预处理和固液分离方法 影响絮凝的因素很多，絮凝效果和发酵液的性状有关，如细胞浓度，表面电荷的种类和大小等，故对于不同特性的发酵液需要选择不同种类的絮凝剂。对于一定的发酵液，絮凝效果也与絮凝剂的加量，分子量和类型，溶液的PH，搅拌速度和时间有关。 第二节 固液分离工程及设备 目前，尽管固液分离技术已经取得很大进展，出现了很多新型的离心分离设备以适应悬浮颗粒细小、粘度大的发酵液体系，但有时固液分离仍然是制约整个分离纯化工艺路线的瓶颈步骤，因此，避开固液分离操作，从悬浮液中直接提取生化物质就成为国内外学者探索的方向。 扩张床吸附 床层的概念 乱堆床层和整砌床层： 固定床，流化床和扩张床： 利用扩张床吸附进行全发酵液提取 扩张床吸附技术中，悬浮液自下而上流过床层，使用特殊设计的扩张床介质在床层中适度膨胀，介质与介质间的空隙能让发酵液中的不吸附的固体颗粒直接穿过扩张床；同时，特殊设计的扩张床介质能够形成稳定分级的床层结构，在经过优化的条件下，从混浊的样品中直接吸附目标产品。 然后以相同的流化方式洗涤床层中的固体杂质，再以固定床的方式自上而下通入洗脱剂洗脱目标产物。 这种扩张床吸附方式和传统的流态化床有很大分别，流态化床内部液流带着胶粒上下翻滚，样品可直接通过液流沟槽穿过柱床，也可在床内反混，部分胶粒根本接触不到样品，所以穿透大，回收率低。EBA 技术是稳态扩张，样品流基本上是活塞流(plug flow)，均匀分布整个床体，目标产物吸附均匀，穿透小，回收率高，更近似于固定床吸附性层析。 （2）真空转鼓过滤机 （3）硅藻土过滤机 （3）硅藻土过滤机 3.全发酵液提取 1）应用膜技术进行全发酵液提取 采用膜直接吸附法，经一步分离就可达到过滤、浓缩和初步纯化的效果。该技术的关键在于膜上连接的配基数量要大，同时必须解决膜孔道的污染问题。 2）双水相萃取 向水相中加入溶于水的某些高分子化合物（如葡聚糖、聚乙二醇等）后，形成密度不同的两相，轻相中富含某种高分子化合物，重相中富含盐类或另一种高分子化合物，从而达到分离和提纯某种高分子化合物的目的。 3）吸附法 向细胞碎片悬浮液中加入某种固体吸附剂，或者用细胞碎片悬浮液通过装有吸附剂的固定床，即可达到除去细胞碎片的目的。主要的问题是很难选择合适的吸附剂，以保证目的产物不被吸附而损失。 固定床：在进行多相过程的设备中，若有固相参与时，且处于静止状态，则设备内的固体颗粒物料层，称为固定床层。 当固体颗粒床层在流体作用下表现出类似流体状态的现象称为流态化。流态化发生时的床层称为流化床。此时由于颗粒分散并作不规则运动，流体湍动程度加剧，造成了气体和固体之间的良好接触，加速了气固相之间的传质传热 。 扩张床：是流化床的一种特例，流体以相对于流化床较低的速度进入，使得床层膨胀，此时称为扩张床。 * * 目的 不仅在于分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒（细胞碎片、核酸和蛋白质的沉淀物）， 还希望除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于后继各步操作。 采用絮凝或凝聚的方法，设法增大悬浮液中固体粒子的大小，提高其沉降速度； 或采用稀释、加热等方法降低黏度，以利于过滤。 第一节 发酵液的预处理 一、发酵液过滤特性的改变 微生物发酵液的特性为： 发酵产物浓度较低，大多为1-10%，悬浮液中大部分是水； 悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大； 固体粒子可压缩性大； 液相粘度大，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、蛋白酶水解等作用的影响。 微生物发酵液的成分极为复杂，其中除了所培养的微生物菌体及残存的固体培养基外，还有未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。 改善发酵液过滤特性的物理化学方法： 调酸（等电点）、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻-解冻及添加助滤剂等。 1.降低液体粘度 2.调整pH 3.凝聚与絮凝 根据流体力学原理，滤液通过滤饼的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。注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 pH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。氨基酸、蛋白质等电点的调节；在膜过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染；细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大颗粒，有利于过滤的进行。 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。另外，还能有效地除去杂蛋白和固体杂质，提高滤液质量。 凝聚——指在电解