生物工程下游技术3发酵液预处理

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1、发酵液预处理与固液分离第三章3.1发酵液的预处理为什么要对发酵液进行预处理？预处理的目的是什么？预处理有哪些方法？发酵液的基本特性产物浓度低具有极性黏度大表面张力大性质不稳定预处理的目的⑴改变发酵液的物理性质，促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率；⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）；⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。加热调节pH值凝聚和絮凝使用惰性助滤剂使用反应剂发酵液预处理的方法加热——最简单和廉价的处理方法。可降低发酵液的黏度；除去某些杂蛋白；降低发酵液的体积；

2、破坏凝胶状结构；注意：产品的热稳定性。发酵液预处理的方法—加热全细胞的聚集作用高度依赖于pH值的大小，恰当的pH值能够促进聚集作用。一般用草酸或无机酸或碱来调节。eg.1味精生产2青霉素的提取（天大王静康等）发酵液预处理的方法—调pH凝聚和絮凝都是发酵液预处理的重要方法，其处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，再进行分离。发酵液预处理的方法—凝聚和絮凝这两种方法的特点是不仅能使颗粒尺寸有效增加，并且会增大颗粒的沉降或浮选速率

3、，提高滤饼的渗透性或者在深床过滤时产生较好的颗粒保留作用。应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两个概念，其具体处理过程也有差别，应该明确区分开来，不可混淆。凝聚指在投加的化学物质（如水解的凝聚剂：铝、铁的盐类或石灰等）作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成1mm大小块状凝聚体的过程。其中凝聚剂的作用，有些是对初始粒子表面电荷的简单中和，另一些是消除双电荷层（采用中性盐，如NaCl等）而脱稳，还有一些是通过氢键或其他复杂的形式与粒子相结合而产生凝聚。电解质的凝聚能力可用凝聚值表示，即使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（

4、mmol/L）。一般反离子的价数越高，凝聚值越小，也就是说，凝聚能力越强。Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+絮凝指使用絮凝剂（通常是天然或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。其中絮凝剂主要起桇桥作用，工业上使用到的有聚丙烯酰胺类衍生物、聚合铝盐、海藻酸钠、壳聚糖等，目前最常用的是聚丙烯酰胺类衍生物。絮凝效果与絮凝剂的类型、剂量、溶液pH、搅拌速度、处理时间等有关。图1絮凝剂添加量对絮凝液滤速的影响还有一种方法——混凝，它包括了凝聚和絮凝两个

5、过程。混凝剂投加量必须适当。量不足，达不到应用的混凝效果；量过大，则会造成胶体复稳。eg.《活性污泥/混凝法处理高含盐染料废水的实验研究》（鲁秀国等）水样的混凝处理中，有三个过程：①细小颗粒聚集作用使颗粒变大；②絮状颗粒对水溶性物质的吸附作用；③絮状颗粒对水中悬浮粒子的粘着作用。惰性助滤剂是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质，用于扩大过滤表面的适用范围，使非常稀薄或非常细小的悬浮液在过滤时发生的快速挤压和介质堵塞现象得到减轻，易于过滤。发酵液预处理的方法—助滤剂助滤剂表面具有吸附胶体的能力，并且由此形

6、成的滤饼具有格子型结构，不可压缩，滤孔不会被全部堵塞，可保持良好的渗透性，因此能大大提高过滤能力和生产效率，降低过滤成本。助滤剂的使用方法：在滤布上预涂一层助滤剂，作为过滤介质使用，待滤毕后与滤饼一起除去；助滤剂按一定比例均匀地混入待滤的悬浮液中，然后一起进入过滤机，使其形成较松的滤饼，降低其可压缩性，让滤液可以顺畅流通。用作惰性助滤剂的材料：硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、未活化的碳、炉渣、重质碳酸钙或这些材料的混合物。使用时，要根据目的产物、过滤介质及过滤情况来选择助滤剂的品种、助滤剂的粒度、用量。在发

7、酵液中加入某些不影响目的产物的反应物，以消除发酵液中的某些杂质对过滤的影响，提高过滤效率。发酵液预处理的方法—反应剂3.2固液分离过滤不但是传统的化工单元操作，而且是目前工业生产中用于分离细胞和不溶性物质的主要方法，其操作是迫使液体通过固体支承物或过滤介质，把固体截留，从而达到固、液分离的目的。固液分离—过滤法图2过滤介质的清除能力（以去除最小颗粒直径表示）过滤器的类型很多，在生物工艺中应用较广并具有工业意义的过滤器主要有以下两大类：真空过滤器压滤器固液分离—过滤法图3水平圆盘过滤器1—分配头2—螺旋输送器3

8、—过滤盘图4水平回转翻盘式真空过滤器图5转鼓真空过滤机过滤机外涂有厚厚的一层硅藻土，水和酶可以渗透过去，而培养基和微生物却被黏着在硅藻土表面上。转鼓过滤机旋转的过程中，发酵液喷散开来。水和酶被吸进过滤机的中央，培养基和微生物则留在硅藻土表面，稍后用巨型刀片将硅藻土及附着其上的培养基及微生物一同去除。图6水平带式真空过滤器简图用于各种悬浮液的固液分离，适用范围广。应用于食品、环保、轻工、医药、化工、冶