第二章 发酵液的预处理.ppt

第二章 发酵液的预处理 第二节 发酵液的相对纯化 * * 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。 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。 悬浮液： 指固体颗粒在0.1?m以上的固液分散体系。生物细胞培养液基本上也是悬浮液。 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。 1. 微生物发酵液的特性为： 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。 2.改善发酵液过滤特性的物理化学方法： 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。 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。 (2).调整pH (1).降低液体粘度 凝聚——指在电解质作用下，由于胶粒之间双电层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳定的现象； 絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。 (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。另外，还能有效地除去杂蛋白和固体杂质，提高滤液质量。 阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为： Al3+ Fe3+ H+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+ 常用的凝聚剂电解质有： 硫酸铝 Al2(SO4)3?18H2O（明矾）； 氯化铝 AlCl3?6H2O; 三氯化铁 FeCl3; 硫酸亚铁 FeSO4·7H2O ； 石灰；ZnSO4；MgCO3 凝聚 发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子双电层的结构使胶粒之间不易聚集而保持稳定的分散状态。 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较易分离。 絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物。 絮凝剂通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面。 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，产生桥架联结时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。 絮凝 1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物； 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。 目前最常见的高分子聚合物絮凝剂 有机合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）类衍生物 根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类： 非离子型、 阴离子型（含有羧基） 阳离子型（含有胺基） 工业上使用的絮凝剂可分为三类： 对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和产生吸附桥架的双重机理； 对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果，这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。 混凝 一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大量的细微胶体粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构，降低了过滤阻力。 常用的助滤剂有： 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀粉等，最常用的是硅藻土。 (4)加入助滤剂 加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀，如CaSO4，AlPO4等。 (5)加入反应剂 发酵液中的杂质 杂蛋白 在采用离子交换时，会影响树脂对生化物质的交换容量。 采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力， 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。 常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞或受污染，影响过滤效率。 高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+） 一、高价无机离子的去除方法 Ca2+ ——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀 Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶性络合物； Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士兰沉淀 二、杂蛋白的去除方法 在碱性溶液中带负电荷 1. 沉淀法 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。 蛋白质与一些阳离子，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+