第2章发酵液的预处理

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 发酵液的预处理及固液分离,重点：预处理的作用及常用方法,凝聚与絮凝的原理及异同点,杂蛋白、高价无机离子的去除方法,一,.,生化分离工程的工艺流程：,第一节 发酵液的预处理,二,.,发酵液的预处理技术：,悬浮液的基本特性,细胞的相对密度与培养液相似，沉降不容易；,可压缩性，粘稠，非牛顿流体，流动性差，不利于进行过滤、吸附、萃取等操作；,发酵液成分复杂，有些杂质对后续分离有害。,二,.,发酵液的预处理技术：,改善发酵液的物理性质：流变性质、颗粒粒度,预处理的目的,去除部分杂质：杂蛋白、多糖、高价无机离子等,二,.,发酵液的预处理技术：,物理性质的改善,杂质的去除,预处理的方法,加热（降低黏度、去除杂蛋白）,凝聚与絮凝（增大粒度）,加助滤剂（改善过滤）,去杂蛋白（等电点、变性剂、吸附）,去多糖（酶解）,去离子（沉淀）,凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使聚集起来，增大体积，以便于过滤，常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中。,三,.,凝聚和絮凝技术,凝聚,是在,高价无机盐作用,下，由于,双电层排斥电位的降低,，而使,胶体体系不稳定,的现象。,絮凝,是指在某些,高分子絮凝剂存在下,，基于,架桥作用,，使胶粒形成粗大的,絮凝团,的过程，是一种以,物理的集合为主,的过程。,凝聚和絮凝的概念,扩散双电层的结构模型图,胶粒能保持分散状态的原因,凝聚技术,扩散双电层的结构模型图,胶粒能,保持分散状态的原因,主要是带有相同电荷和扩散双电层的结构，一旦由于布朗（,Brown,）运动使粒子间距离缩小到它们的,扩散层部分重叠,时，即产生使两个粒子分开：从而,阻止了粒子的聚集,。,电位越大,，电排斥作用就越强，胶粒的分散程度也越大，,此外，由于胶粒表面的,水化作用,，形成了包围于粒子周围的,水化层,，也能阻碍胶粒间的,直接聚集,。,但是，,水化膜,主要是,伴随胶粒带电而引起,的，一旦,电位,降低或消除，,水化层,也会随之,减弱或消失,。,常用的凝聚剂,Al,2,(SO,4,),3,.18H,2,O,，,AlCl,3,.6H,2,O,，,FeCl,3,，,ZnSO,4,，,MgCl,2,阳离子对负电荷的胶粒凝聚能力次序为：,Al,3+,Fe,3+,H,+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,Na,+,Li,+,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，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带电荷的阴离子（如,-COOH,）或阳离子（如,-NH,2,）基团以及不带电荷的非离子型基团。,它们通过静电引力、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,桥架连接,时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。,絮凝,絮凝原理,絮凝剂用量,:,絮凝效果呈钟形变化。,溶液的,pH,：,pH,主要影响离子型絮凝剂中功能团的电离度，从而影响了分子链的伸展状态，改变了架桥能力。,搅拌速度和时间：,助滤剂：添加助滤剂能增加絮凝效果。,絮凝作用的影响因素：,1.,聚丙烯酰胺（,Polyacrylamide,）衍生物：,非离子型、阴离子型（含,-COOH,）、阳离子型（含,-NH,2,）,由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少，一般以,ppm,计量，絮凝体粗大，分离效果好，絮凝速度快以及种类多等优点，所以适用范围广。,2.,苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂,聚合铝盐、聚合铁盐,3.,天然有机高分子絮凝剂,明胶、海藻酸钠在食品工业上应用较多,壳聚糖在生物产品分离中用得最多,常用絮凝剂的种类：,四 杂蛋白的去除,等电点沉淀,蛋白质一般以,胶体状态,存在于发酵液中。,胶体粒子的稳定性和其所带电荷有关,。,蛋白质在某一,pH,下，净电荷为零，溶解度最小，称为,等电点,。因为,羧基的电离度比氨基大,，故蛋白质的,酸性,性质通常,强于碱性,，因而很多蛋白质的,等电点,都在酸性范围内,（,pH 4.0,5.5,）,。,四 杂蛋白的去除,变性沉淀,蛋白质从有规则排列变为不规则结构的过程称为变性。,加热：在链霉素生产中，在,pH3.0,时，加热至,70,75,，维持,30min,，黏度降为,1/6,，过滤速度提高,3,倍。,加有机溶剂、表面活性剂、酸碱等。,四 杂蛋白的去除,在酸性溶液中,，蛋白质能与一些,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,，,Cu,2,，,Zn,2,，,Fe,2,和,Pb,2,等形成,沉淀,。,变性蛋白质,溶解度较小,。最常用的使蛋白质变性的方法是,加热,。加热还能使液体,粘度降低,，加快过滤速度。该法只适用于,对热较稳定的生化物质,。,四 杂蛋白的去除,吸附,在发酵液中加入一些反应剂，相互反应后生成的沉淀物可吸附蛋白质而使其沉淀。如在四环素发酵液中加入黄血盐和硫酸锌，两者反应生成,K,2,Zn,3,Fe(CN),6,2,在枯草杆菌的碱性蛋白酶发酵液中加入氯化钙和磷酸盐等,五 不溶性多糖的去除,当发酵液中含有较多不溶性多糖时，黏度增大，固液分离困难，可用酶将其转化为单糖。,六 高价无机离子的去除,发酵液中杂质很多，其中对提炼影响最大的是,高价无机离子（,Ca,2,、,Mg,2,、,Fe,2,）,等。,高价无机离子的存在,，会,影响树脂,对生化物质的,交换容量,。,杂蛋白质的存在,，不仅在采用离子交换法和大网格树脂吸附法提炼时会,降低其吸附能力,，而且在采用有机溶剂或,两水相萃取,时，容,易产生乳化,，使,两相分离不清,，在预处理时，应尽量除去这些物质。,六 高价无机离子的去除,除去,Ca,2,草酸钠,Mg,2,草酸根（草酸镁溶解度稍大）或磷酸盐,Fe,2,黄血盐（生成普鲁士兰沉淀）,第二节,.,发酵液的过滤,发酵液过滤的目的：,收集胞内产物的细胞或菌体，分离除去液相，或者是收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物，如细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等。,固液分离方法,传统方法：,过滤（,适合大规模，在发酵液预处理中最为常用）,沉降,离心,新方法：,双水相萃取,膜分离,过滤,影响发酵液过滤性能的因素：,菌种：真菌，放线菌，细菌,培养基：黄豆，花生，淀粉，后期加油，培养基未用完,发酵时间：菌丝自溶前放罐,过滤,改善过滤的方法,（一）助滤剂,：能改善过滤操作的质地坚硬不可压缩性固体,机理：,表面吸附胶体及不可压缩型格子结构,助滤剂选择：粒度与悬浮颗粒适当,使用方法：,a,预先制成滤饼：滤液澄清度高,b,助滤剂混入悬浮液中一起过滤：容易达到滤速最大,c,两种方法混用,常用助滤剂,：硅藻土，珍珠岩，活性炭,（二）填充凝固剂,（三）加降解酶,过滤介质,（一）滤布：棉纤维（帆布）、尼龙、涤纶,特点：,廉价、耐用、易更换,（二）粒状介质：起深层过滤、助滤剂作用,（三）多孔玻璃、石英砂芯,（四）各种膜材料：一般只能采用错流过滤,板框压滤机,真空过滤机,过滤的常用设备：,转鼓真空过滤机,Dry,Wash,Immersion,Rotation,Knife,Cake,Feed,Rotary vacuum filter,转鼓真空过滤机,保证絮凝效果最佳,碱化,分离实例,乳酸发酵液预处理,80,保温,3min,发酵液,变性去除杂蛋白,加适量,CaCO,3,调节,pH4.0,壳聚糖,50mg/m,3,于,30,搅拌,5min,加硅藻土作助滤剂，板框过滤,滤液,活性炭,脱色,过滤，,取虑液,浓缩,（蒸发、,膜分离）,结晶,（降温至,510,）,洗涤、,酸解、,脱色、,过滤,成品,保证产物稳定,稀释,分离实例,透明质酸发酵液预处理,1/2V10%TCA,发酵液,变性去除降解酶及杂蛋白,0.8V95%,乙醇,调节,pH7.0,加硅藻土作助滤剂，板框过滤,滤液,2V,95%,乙醇,离心,粗品,