第二章-固液分离和细胞破碎ppt课件.ppt

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1、第二章固液分离和细胞破碎主要内容2.1发酵液的预处理2.1.1发酵液的特性2.1.2发酵液预处理的目的2.1.3发酵液预处理方法2.2固液分离工程及设备2.3细胞破碎2.1发酵液的预处理2.1.1发酵液过滤特性培养液的组成：水(高达90-99%)+固体细胞及碎片20-30%(对微生物发酵)+少量的代谢成物+细胞破裂后的内容物+残存的培养基成分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。2.1.2预

2、处理的目的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；尽可能使产物转入便于后处理的某一相中（多数为液相）；除去发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操作。发酵液中的杂质高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+）杂蛋白在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;在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。在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。在预处理时，应尽量除去这些物质。发酵液的相对纯化(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（注意回收草酸）；Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠

3、镁可溶性络合物；Fe3+——黄血盐(亚铁氰化钾)，→普鲁士兰沉淀(二)杂蛋白的去除方法蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。在酸性溶液中带正电荷；在碱性溶液中带负电荷。在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，称为等电点。1)沉淀法酸碱调节，使蛋白质与盐或离子形成沉淀。在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，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，蛋白质与一些阳离子，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和Pb2+等形成沉淀。2)变性法加热，大幅度调节pH值，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。不足之处加热法只适合于对热较稳定的目的产物；极端pH值也会导致某些

4、目的产物失活，且要消耗大量酸碱；有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。例如：在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质；在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者生成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中除去。3)吸附法2.1.3发酵液预处理的方法：加热法调整pH凝聚与絮凝使用惰性助滤剂加入反应剂（1）加热法最简单和价廉的预处理方法，即将悬浮液加热到所需温度并保温适当时间。可有效降低悬浮液的黏度，并加速聚集作用以去除某些杂蛋白；降低悬浮液的最终体积，（2）调整pHpH值直

5、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。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。（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。凝聚——指在投加的化学物质（如铝、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。絮凝——指在某些高分子絮凝剂存在下

6、，基于桥架作用，使胶体颗粒交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。①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。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；MgCO3②絮凝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

7、-NH2）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，产生桥架联结时，就形成了较大的絮团，这就是絮凝作用。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