18-1 发酵液的预处理
发酵液的处理
影响絮凝效果的因素：
1) 絮凝剂浓度
2) 絮凝剂分子量
3) 絮凝剂类型
4) 溶液的pH
5) 搅拌速度和时间
6) 助凝剂
A. 絮凝剂浓度
浓度增加有助于架桥充分，但是过多的加量会引起吸 附饱和，在胶粒上形成覆盖层而产生再次稳定现象。
B. 高分子絮凝剂分子量
分子量提高、链增长，可使架桥效果明显，但分子量 不能超过一定的限度，因为随分子量提高，高分子絮凝剂
发酵液的预处理和固液分离方法
山东农业大学 孙中涛
预处理和固液分离的目的：
1、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)。
2、除去部分可溶性杂质。
3、改变滤液的性质（降低粘度等），以利于后继操作。
总策略： 1、胞外产物：应尽可能转移到液相中，常 用调pH至酸性或碱性的方法来达到。 2、胞内产物：首先收集细胞、破壁，生化物 质释放到液相，再分离细胞碎片。 3、通常，以含生化物质的液相为出发点，进 行后继操作。
使蛋白质变性的其它办法：
大幅度改变pH，加酒精、丙酮等有机溶剂 或表面活性剂等。
在抗生素生产中，常将发酵液pH调至偏酸性 范围(pH2—3)或较碱性范围(pH 8—9）使蛋白质 凝固，一般以酸性下除去的蛋白质较多。
加有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数 量较少的场合。
利用吸附作用除去蛋白质：
举例：
3、采用酶制剂分解黏性物质
如果发酵液中有不溶解的多糖存在，则最好用酶将它转化
为单糖，以提高过滤速度。 例如：万古霉素用淀粉作培养基，加入淀粉酶后，能使过 滤速度加快。
4、染菌发酵液的处理方法
混凝：
阳离子型高分子絮凝剂对带负电菌体或蛋白质来说，同时 具有降低粒子排斥电位和产生吸附架桥的双重机理，所以可以 单独使用， 非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，主要通过分子间引力 和氢键产生吸附架桥，常与无机电解质凝聚剂搭配使用。 首先加入无机电解质，使悬浮粒子脱稳而凝聚，然后，再 加入絮凝剂。凝聚作用为絮凝剂的架桥创造了良好的条件，从 而，提高了絮凝效果。 这种包括凝聚和絮凝机理的过程，常称为混凝。
发酵液预处理及固液分离方法
转筒下部浸入滤浆槽中，浸没角约90°-130°，圆筒缓 慢旋转时(转速约0.5-2r／min)，筒内每一空间相继与分 配头中的3个室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、 卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区， 卸渣及再生区3个区域。
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转筒真空过滤机
主要适用霉菌发酵液，对菌体 细小、黏度大铺助滤剂。
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（一） 过 滤 filtration
借助于过滤介质，在一定的压力差作用下， 使 悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被 截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。
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1、滤饼过滤： 介质：滤布，滤饼达到一定厚度起过滤作用。 适用于：固体含量>0.1g/100ml
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过滤推动力：
• 悬浮液自身压强差、重力 • 悬浮液表面加压 • 过滤介质下方抽真空 • 离心力
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发酵液的预处理和固液分离技术
二 预处理-降低发酵液粘度
方法
提高温度 －确保目的产物稳定性
加水稀释－过滤速度需提高稀释 数倍以上
三 预处理-调节pH
调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是除去蛋 白质的有效方法。
影响离子型絮凝剂的电离度。
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六 预处理-加入助滤剂
例硅藻土、淀粉、活性 炭、石英砂、石棉粉、 纤维素、白土等。
对于滤饼阻力较大的物料适应 能力较差。
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带式真空过滤机
• 带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工 艺要求进行无级调速以及操作方便和动力消耗 低的一种新型高效的脱水设备。
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带式真空过滤机流程
• 1、进料→过滤→滤饼洗涤→吸干→卸料→滤布清洗连 续进行。 2、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤 、吸干的工艺要求，滤带运行速度采用变频无级调速， 对不同物料有广泛的适应性。
发酵液预处理与固液分离
发酵液的预处理和固液分离方法综述摘要：从微生物发酵液或细胞培养液中提取生化物质的第一个重要步骤，就是预处理和固液分离。
其目的不仅在于分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒，还希望除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质，以利于后续的各步操作。
关键字：预处理固液分离正文：一、发酵液预处理微生物发酵和细胞培养的目标产物主要有菌体、胞内产物和胞外产物三类物质。
从发酵液和细胞培养液中提取所需的生化物质，第一步就需进行预处理，以便于固液分离，使代谢产物后续的分离纯化工序顺利进行。
其原因有三个方面：首先，发酵液多为悬浮液，粘度大，为非牛顿型流体，不易过滤，而所需的生化物质往往只有分布在液相，才能有效地提纯。
并且，在有些发酵液中，菌体自溶，核酸、蛋白质及其他有机粘性物质这三类物质会造成滤液混浊、滤速极慢，必须设法增大悬浮物的颗粒直径，提高沉降速度，以利于过滤；其次，目标产物在发酵液中的浓度通常较低；此外，发酵液的成分复杂，大量的菌丝体、菌种代谢物和剩余培养基会对提取造成很大的影响。
所以，对发酵液进行适当的预处理，从而分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒（如细胞碎片、核酸以及蛋白质的沉淀物），并除去部分可溶性杂质和改变发酵液的过滤性能，是生化物质分离纯化过程中必不可少的首要步骤。
预处理方法要根据发酵产品、所用菌种和发酵液特性来选择。
大多数发酵产品存于发酵液中，少数存于菌体中，而发酵液和菌体中都有产物存在的情形也比较常见。
如果目的产物是胞外产物，则通过离心或过滤实现固液分离，使其转入液相；而对于胞内产物而言，收集细胞是预处理的首要一步。
细胞经破碎或整体细胞萃取使目的产物释放，转入液相，再进行细胞碎片的分离。
如果所需的产物为细胞，离心或过滤所得固相经干燥等过程就可得到菌体。
图1－1为生化产品分离纯化的一般步骤，图中虚线以上为预处理过程示意图。
图1－1 生化产品分离纯化的一般步骤【1】1.1 预处理简述发酵液经过预处理，一些物理性质会改变，从悬浮液中分离固形物的速度随之提高，过滤操作更易进行；在预处理过程中，产物大多转移进入易于后处理的相中（一般为液相）。
发酵后处理(制药)
发酵制药后处理发酵结束后的发酵液组成情况非常复杂，处理措施与化学合成法明显不同。
通常情况下，发酵液中目标物浓度很低，而杂质含量却很高，成份远较化学反应母液情况复杂，大量菌体细胞、培养基、各种蛋白质胶状物、色素、金属离子和其它代谢物等混杂其中，使得发酵液的预处理对于目标物的最终获取非常必要。
1、发酵液预处理的目的是使发酵液中的蛋白质和某些杂质沉淀，以增加滤速，过滤的目的是使菌丝体与发酵液分离，以便从发酵液或菌丝体中提取目标物。
预处理阶段主要去除两大类杂质：可溶性黏胶状物质(核酸、杂蛋白、不溶性多糖等)和无机盐（不仅影响成品炽灼残渣，还会影响离子交换法提取目标物的收率）。
确定预处理方法前，首先要明确目标物存在于胞内（菌体）还是胞外（发酵液），以确定弃去和收集的对象；还要结合目标物的稳定性等特点，选择预处理的pH、温度和化学试剂等。
对于菌丝体及杂蛋白的处理一般可采用等电点沉淀、变性沉淀、沉淀剂沉淀、加入絮凝剂、加入凝聚剂、吸附以及酶解法去除不溶性多糖等措施，对提取效果和成品质量影响较大的无机杂质主要是Ca2+、Mg2+、Fe3＋等高价金属离子，可采用离子交换法、沉淀法等措施去除。
加入的预处理试剂除要考虑到处理效果外，还要考虑低毒性、利于环保以及易于从终产品中除去等因素，申报时应说明所采取的措施及加入的试剂，必要时在成品质量研究中检测其残留量。
液－固分离是发酵液预处理的重要步骤，通常采用板框压滤、真空过滤以及离心分离等措施，过滤是各种措施中普遍存在的一个环节，为提高过滤效果、提高滤液质量，通常加入助滤剂，选择助滤剂时除考虑其效果和成本外，无毒，惰性，不与滤液和目标物产生化学反应对于终产品的质量和安全性尤为重要。
预处理后的滤液是生产过程中重要的中间产物，类似于化学反应中的中间体，有必要制订其质量控制标准，比如，一般情况下要澄清、有一定浓度、pH适中，需要说明的是，后续的提取工艺不同，对滤液的质量要求不同，如离子交换法提取目标物时对无机离子、澄清度等方面要求较严格，溶媒法提取时要求滤液蛋白含量较低。
发酵液预处理与浓缩
第四节 萃取分离
基本概念
萃取 extraction 是利用液体或超临界流体为 溶剂提取原料中目标产物的分离纯化操作。
4.1 溶剂萃取
供提取的溶液称为料液；从料液中待提取的 物质称为溶质；用来萃取目的产物的溶剂称 为萃取剂；溶质转移到萃取剂中与萃取剂形 成的溶液称为萃取液；被萃取出溶质后的料 液称萃余液。
操作方式：间歇式、连续式 型式：管式、套筒
高 速 冷 冻 离 心 机
旋转过滤机
滚 筒 式 离 心 机
4000
三、细胞破碎
细胞破碎（cell rupture）技术是指利用外力 破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内含物包括目的 产物成分释放出来的技术。
细胞破碎技术是分离纯化细胞内合成的非分泌 型药物成分的基础。
水层
浓缩，过滤
结晶 (苷C)
溶于乙醇，加Ca(OH)2 减压浓缩，结晶
结晶 (苷C)
甲醇重结晶
西地兰纯品
第三节 膜分离
Membrane separation是利用特殊制造的、具有 选择透过性能的膜，在外力推动下对混合物 进行分离、提纯、浓缩的一种分离方法。
3.1 膜分离概述
膜的定义：
在一种流体相间有一薄层凝聚相物质，把流体相分 隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜 膜还必须具有高度的渗透选择性
1. 酶消化法
细胞悬浮液中加入酶能迅速和细胞 壁反应并破坏它们。酶选择性的与细胞 壁反应，不破坏细胞内的其它物质。反 应条件温和。
此法的缺点在于酶的消耗限制了在 大规模生产中的使用。
2. 机 械 法
• 匀浆法 • 研磨法 • 超声波法：利用频率高、波长短的超 声波进行细胞破碎，效率更高 • 高压均质法
第二章 发酵液的预处理
3、化学变性沉淀法 使蛋白质变性的化学因素有：极端pH、 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。 生产常用的方法： （1）调pH使蛋白质变性沉淀 如在抗生素生产中，常将发酵液pH调 至酸性范围(pH2~3)或碱性范围(pH8~9)使 蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质 较多。
（2）加入有机溶剂、碱金属中性盐、表面活性剂等， 使蛋白质粒子的双电层破坏，而沉淀。 （3）加入化学试剂 pH＜PI，与一价阴离子形成沉淀； pH＞PI，与一些阳离子形成沉淀 蛋白质在酸性溶液中，与阴离子（三氯乙酸盐 等）形成沉淀； 在碱性溶液中，与阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、 Fe3+、Pb2+）形成沉淀。
2、絮凝 （1）机理：絮凝剂主要起架桥作用，即一 个高分子聚合物（絮凝剂）的许多链节分 别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联 接时，形成了较大的絮团。
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物， 其相对分子量可达数万至一千万，具有长 链状结构，其链节上含有许多活性官能团。 通过静电引力、范德华力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的表面。 絮凝剂的结构要求： 一方面要求其分子必须含有较多的活性 官能团，使之能和胶体粒子结合； 另一方面要求有长链的线性结构，以便 同时和多个胶体粒子结合。
三、调整pH法（常用方法） pH直接影响发酵液中某些物质的电解质 和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤 特性。 原理： （1）等电点沉淀法 大多数蛋白质的等电点在酸性范围内 （pH4.0-5.5），利用酸性来调节发酵液pH 使之达到等电点，可除去蛋白质等酸性两 性物质。
（2）在膜过滤中，发酵液中的大分子物 质易于与膜发生吸附，调整pH改变易吸附 分子的电荷性质，减少堵塞和污染。 （3）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。
发酵液的预处理
发酵液的预处理1 加水稀释法和加热法加水稀释法能降低液体粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。
而且，单从过滤操作看，稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能认为有效，即若加水一倍，则稀释后液体的粘度必须下降50％以上才能有效提高过滤速率。
加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。
加热可有效降低液体粘度，提高过滤速率。
同时，在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。
对于粘度较高的发酵液，稀释或者加热可以降低发酵液黏度，有利于输送和过滤等后续操作。
2 离心法国内在这方面的报道,主要反映了高速离心能耗大、设备昂贵，因而得不到推广应用。
国内有些厂家仿效国外的做法, 采用高速蝶片式喷嘴离心机分离菌体, 虽对谷氨酸菌体的除去有一定效果, 但对菌丝较轻细的肌苷菌体至今未取得满意的结果且设备价格昂贵。
3 絮凝和凝聚及混凝方法絮凝预处理能显著加快发酵液中固体颗粒的沉降，提高过滤速度。
李凡锋等处理1，3-丙二醇发酵液后，其中絮凝样的滤饼湿基、干基重量分别比对照样增加了41.13%、51.88%。
江龙法等采用壳聚糖作为絮凝剂对L - 乳酸发酵液进行预处理,取得了较好的结果。
江龙法等用壳聚糖作絮凝剂处理谷氨酸发酵液，经处理后的发酵液菌体减少95 %以上,谷氨酸浓度没有降低。
周荣清等的研究证明:透明质酸发酵液经絮凝预处理后,不仅可以大大改善发酵液的固液分离效果,同时其滤清液的纯度亦有一定幅度的提高,在超滤过程中污染程度明显减少,渗透通量增加。
4 调节PH值调节pH值可以改善发酵液吸附性质和使蛋白变性。
对于加入离子型絮凝剂的发酵液，调节pH可改变絮凝剂的电离度，从而改变分子链的伸展状态。
郝健等[7]的研究表明，pH越低，相同操作电压下工作电流越大，脱盐操作时间也越短，发酵液初始pH 调至6 左右为宜。
李向平等以壳聚糖为絮凝剂进行了单因素絮凝实验，结果表明pH值和絮凝剂用量对絮凝效果影响很大。
生物分离工程部分习题和答案
2 生物分离工程在生物技术中的地位？答：生物技术的主要目标产物是生物物质的高效生产，而分离纯化是生物产品工程的重要环节，而且分离工程的质量往往决定整个生物加工过程的成败，因此，生物分离纯化过程在生物技术中极为重要。
3 分离效率评价的主要标准有哪些？各有什么意义？（ppt）答：根据分离目的的不同，评价分离效率主要有3个标准：以浓缩为目的：目标产物浓缩程度（浓缩率m）以纯度为目的：目标产物最终纯度（分离因子a）以收率为目的：产品收得率（%）5 在设计下游分离过程前，必须考虑哪些问题方能确保我们所设计的工艺过程最为经济、可靠？(ppt)答：<1>、目标产物性质及其共存杂质的特性 <2>、充分考虑目标产物商业价值<3>、考虑生物加工过程自身规模 <4>、采用步骤次序相对合理<5>、尽可能采用最少步骤 <6>、产品稳定性与物性<7>、产品规格与型式 <8>、生产过程中废水等排放6 下游加工过程的发展趋势有哪些方面？（ppt）答：成本控制和质量控制第二章发酵液预处理一解释名词凝聚剂：让不稳定的胶体微粒（或者凝结过程中形成的微粒）聚合在一起形成集合体的过程中所投加的试剂的统称。
过滤：利用多孔介质（如滤布、微孔膜、致密膜）截流悬浮液中的固体粒子，进行液固分离的过程。
离心：在离心力作用下，利用固体和液体之间的密度差达到沉降分离目的。
细胞破碎：利用外力破坏细胞膜和细胞壁，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术包含体：指细胞或细菌中高表达的蛋白质(也可以汇同其他细胞成分)聚集而成的不溶性颗粒。
二简答题1 为什么要进行发酵液的预处理？常用处理方法有哪几种？答：提高过滤速度与过滤质量改变发酵液性质(黏度↓、颗粒 、颗粒稳定性↓) 去除部分杂质使产物转入到易处理的相中（通常是液相）方法：加热、调节、pH、凝聚、絮凝2 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？常用的絮凝剂有哪些？答：凝集：在中性盐作用下，由于双电层排斥电位降低使胶体体系不稳定的现象。
发酵液预处理和固液分离
当双电层的排斥力不足以抗衡胶粒间范德华引力 时，由于热运动的结果，导致胶粒的相互碰撞而 聚集。
由此可见，在发酵液中加入具有高价阳离子的电 解质，由于ξ电位的降低和脱除胶粒表面水化膜， 就导致了胶粒间的凝聚作用。
电解质的凝聚能力用凝聚价或凝聚值来表示
凝聚价或凝聚值： 使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度
不同界面上形成不同 的电位:
胶核表面的电位φs 是整个双电层的电位;
Stern平面上的电位 为φd;
滑移面上的电位为ζ, 称ζ电位。
ζ电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征 双电层的特征。
带电粒子间的静电相互作用取决于ζ电位的大小。 当双电层的ζ电位足够大时，静电排斥作用抵御分
子间的相互吸引作用，使蛋白质溶液处于稳定状态。
子直径约1-30nm，呈胶体性质; 蛋白质水化层：蛋白质分子周围存在与蛋白质
分子紧密或疏松结合的水化层。紧密结合的水 化层可达到0.35g/g蛋白质，而疏松结合的水化 层可达蛋白质分子质量的2倍以上； 静电排斥作用：
(1)胶体双电层结构
➢发酵液中菌体表面带 有负电荷，由于静电 引力使溶液中反离子 被吸附在其周围。 ➢正离子同时受到使它 们均匀分布的热运动 影响，具有离开胶粒 表面的趋势，在界面 上形成了双电层。
2）高分子絮凝剂的吸附架桥作用
3）对絮凝剂的化学结构的要求
1）其分子必须含有相当多的活性官能团，使之 能和胶粒表面相结合。
2）要求必须具有长链的线性结构，以便同时与 多个胶粒吸附形成较大的絮团，但相对分子量 不能超过一定限度，以使其有良好的溶解性。
4）工业上使用的絮凝剂
可分为四类：人工合成有机高分子聚合物、天然有机 高分子聚合物、无机高分子聚合物、微生物絮凝剂
发酵液预处理
第三章发酵液预处理从微生物发液中提取发酵产品的第一步骤就是预处理，其目的的不仅在于分离菌体和其他悬浮液的性质，以利用于提取和精制后断各工序的顺利进行。
各种发酵产品，由于菌种不同和发酵液特性不同，其预处理方法的选择也有所不同。
大多数发酵产物存在于发酵液中，也有少数产物存在于菌体中，或发酵液和菌体中都有含有。
–对于胞外产物，经预处理应尽可能使目的产物转移到液相，然后经固液分离除去固相；–对于胞内产物，则首先收集菌体或细胞，经细胞破碎后，目的产物进入液相，随后再将细胞碎片分离。
第一节发酵液过滤特性改变微生物发酵液的特性可归纳为：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。
一、降低液体粘度降低液体粘度的常用方法有加水稀释法和加热法等。
采用加水稀释虽然降低液体粘度，但会增加悬浮液的体积，加大后继过程的处理任务。
若加水一倍，则稀释后液体的粘度必须下降50%以上才能有效提高过滤速率。
升高温度可有效降低液体粘度，提高过滤速率，如12ºBe 麦芽汁40℃时粘度为1.2×10-3Pa·s，升高到75℃其粘度可下降一半，过滤速率可加倍。
同时，在适当温度和受热时间可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善了发酵液的过滤特性。
如链霉素发酵液，调酸至pH3.0后。
加热至70℃，维持半小时，液相粘度下降至1/6，过滤速率可增大10~100倍。
使用加热时必须严格控制加热温度与时间。
二、调整pH⏹pH值直接影响发酵液中某些物质有电离度和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤特性。
⏹对于氨基酸、蛋白质等两性物质，在酸性条件下带正电荷，在碱性条件下带负电荷，而在某一pH值下，净电荷为零，称为等电点下，两性物质的溶解度最小，此即为等电点沉淀法提取谷氨酸。
发酵液的预处理讲解
这种包括凝聚和絮凝机理的过程，常称为混凝。
影响絮凝效果的因素：
1) 絮凝剂浓度（用量） 2) 絮凝剂分子量 3) 絮凝剂类型 4) 溶液的pH 5) 搅拌速度和时间 6) 助凝剂
Ga2+：加入草酸和草酸盐，生成草酸钙；加入磷 酸盐，生成磷酸钙
Mg2+：加入草酸（沉淀不完全）；加入磷酸盐， 生成磷酸镁；三聚磷酸钠（Na5P3O10），生成可 溶性络合物
Fe3+：加入黄血盐，生成普鲁士兰沉淀
二、 发酵液的过滤
发酵液中含有大量菌体、细胞或细胞碎片以及残余的 固体培养基成分，过滤就是将悬浮在发酵液中的固体颗粒 与液体进行分离的过程。 定义：
它们通过静电引力、范德华分子引力或氢键的作用，强 烈地吸附在胶粒的表面，一个高分子聚合物的许多链节分别 吸附在不同颗粒的表面上，产生架桥联接，生成粗大的絮团， 这就是絮凝作用。
絮凝剂
根据活性基团在水中解离情况不同，可分为非离子型、阴 离子型(含有羧基)和阳离子型(含有胺基)三类。
A. 聚丙烯酰胺类衍生物 B. 聚苯乙烯类衍生物 C. 无机高分子聚合物絮凝剂，如聚合铝盐和聚合铁盐等。 D. 天然有机高分子絮凝剂：多聚糖类胶粘物，海藻酸钠，
在一定的压力差下，利用多孔性介质截留固液悬浮液中 的固体粒子，进行固液分离的方法称为过滤。
1.过滤介质
使滤液通过，截留固体颗粒并支撑滤饼的材料。 要求其具有多孔性、耐腐蚀性及足够的机械强度。
工业常用的过滤介质：织物介质、多孔性固体、 粒状介质。 无定形颗粒：无烟煤、砂、颗粒活性炭、铁矿砂等
成形颗粒：烧结金属、烧结塑料以及用合成树脂粘 结的硅砂、塑料颗粒等，做成圆筒形或板状。
第二章 发酵液的预处理和固
二、发酵液的预处理（续）
调整pH（预处理中较常用方法）： – pH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电 荷性质，调节pH可改善其过滤特性； 如调液pH值使蛋白质等达到等电点以除去；膜 过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附， 调pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵 塞和污染。 – 调pH时，选较温和的酸或碱，防止局部过酸、 过碱。常用草酸
选择和使用助滤剂要点
根据目的产物选择助滤剂品种；
根据过滤介质和过滤情况选择助滤
剂品种； 粒度选择：
– 与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应。
使用量选择： – 与悬浮液中固形物含量相等，过滤速 度最快。
二、发酵液的预处理（续）
加入反应剂：
– 加入某些反应剂（不影响产物），利 用反应剂和某些可溶性盐类发生反应 生成不溶性沉淀。 –作用：生成的沉淀能防止菌丝体粘结， 使菌丝具有块状结构，沉淀本身可作 为助滤剂，并且能使胶状物和悬浮物 凝固，消除发酵液中某些杂质对过滤 的影响，从而改善过滤性能。
第二节 发酵液的固液分离
固液分离的目的：
– 收集胞内产物的细菌或菌体，分离除 去液相； – 收集含生化物质的液相，分离除去固 体悬浮物； 固液分离的方法：离心分离、过滤、分 离筛、重力沉降、浮选分离。
不同性状的发酵液应选择不同的固液分离方法 霉菌和放线菌发酵液：过滤方法 细菌和酵母菌发酵液（未经预处理）：高速离心。 细菌和酵母菌发酵液（进行预处理）：过滤方法。
举例：如菌体较小的氨基酸发酵液，采用絮凝 和添加助滤剂等方法进行预处理后，即可用板 框过滤机或带式过滤机进行菌体分离
一、影响固液分离的因素
发酵液中细胞或菌体、各种悬浮粒子的
大小和形状：
第三章发酵液预处理介绍
第三章发酵液预处理介绍第一节发酵液预处理的意义发酵液预处理是指在微生物发酵过程中对发酵液进行一系列阶段性加工处理的过程，其目的是为了提高发酵液的品质和产量，并为后续的纯化和提取工艺提供更好的条件。
发酵液中包含有各种生物活性物质，如细胞酶、蛋白质、多糖、有机酸等，这些物质的存在对发酵液的利用和后续处理造成了一定的困难。
因此，在发酵过程中，通过一系列预处理措施的引入，能够有效地提高发酵液的品质，使得后续的纯化、分离和提取工艺更加顺利进行。
第二节发酵液预处理的主要方法1.发酵液的过滤在发酵过程中，微生物会产生大量的菌体、代谢产物等物质，通过过滤可以将这些悬浮在发酵液中的物质进行分离。
过滤可以采用不同的方法，如微孔滤膜、滤布、滤纸等，根据发酵液中悬浮物质的大小和特性选择合适的过滤方式。
2.发酵液的沉淀通过沉淀可以将发酵液中的颗粒物质和胶状物质分离出来，常用的沉淀剂包括铝盐、聚合物等。
沉淀剂的选择需要根据发酵液的特性来确定，同时需要考虑沉淀剂的剂量和沉淀时间等因素。
3.发酵液的调节发酵过程中可能会出现pH值过高或过低的情况，需要进行调节。
通常采用的方法是加入酸碱，将发酵液的pH值调节到适宜的范围内。
同时，还可以通过添加营养物质，如氮源、磷源等，来调节发酵液中的营养成分。
4.发酵液的浓缩发酵液中的微生物和代谢产物通常是以溶液的形式存在，为了将其纯化和提取，需要将发酵液进行浓缩。
常用的方法包括真空浓缩、膜浓缩等，根据发酵液的性质选择合适的浓缩方式。
第三节发酵液预处理的应用案例1.青霉素的生产青霉素是一种重要的抗生素，用于治疗各种感染病症。
青霉素的生产过程中，需要对发酵液进行一系列的预处理。
首先，通过过滤将发酵液中的微生物和悬浮颗粒物进行分离。
然后，采用酸碱调节的方法，将发酵液的pH值调节到适宜的范围。
最后，通过真空浓缩将发酵液中的青霉素进行提取和纯化。
2.乳酸的生产乳酸是一种重要的有机酸，广泛应用于食品、医药和化妆品等领域。
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发酵液的预处理
一、发酵液的一般特征
1、发酵液成分复杂；
2、发酵液中产品的浓度低；
3、发酵产物性质不稳定；
4、收率低;
5、生物安全性要求比较高;
一、发酵液的一般特征
6、发酵或培养都是分批操作、生物变异性大，各批发酵液不尽相同，要求下游加工有一定的弹性。
1.改变发酵液的物理性质，促进悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离器的效率；
2.尽可能使产物转入便于后处理的某一相中（多数是液相）；
3.去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。
1降低液体的黏度2凝聚和絮凝法3重力法
4等电点法
5加入助滤剂
6添加反应剂
1降低液体的黏度
（1）加水稀释法
采用加水稀释法虽然能降低液体黏度，但是会增加发酵液的体积，加大后续过程的处理量。
1降低液体的黏度
（2）加热法
升高温度可以降低悬浮液的黏度，除去某些杂蛋白，降低悬浮物的最终体积，破坏凝胶状结构、增加滤饼的空隙度，提高过滤效率。
不适用与对热敏感的产品。
1降低液体的黏度
（3）添加酶制剂
加酶将多糖转化为单糖,降
低发酵液黏度。
2凝聚和絮凝法
凝聚原理
电解质将胶体粒子表面上的电荷中和，减少存在于胶体粒子间的静电斥力，使范德华力占优势，这样胶体就会凝聚成较大、较密实的粒子。
2凝聚和絮凝法
常用的凝聚方法
l在稀溶液中加入电解质以促进凝聚。
l试剂包括酸、碱、简单电解质和合成的高分子电解质。
2凝聚和絮凝法
常用的凝聚剂
硫酸铝、明矾、
硫酸铁、三氯化铁等
2凝聚和絮凝法
使用絮凝剂将胶体粒子交联成网，形成10mm大小絮凝团的过程。
其中絮凝剂主要起架桥作用。
2凝聚和絮凝法
发酵常用的絮凝剂
有机高分子类（聚丙烯
酰胺类衍生物）、无机高分
子聚合物（聚合铝盐）、天
然有机高分子（海藻酸类、
明胶、几丁质等）
3重力法
重力法离心
过滤
3重力法
板框压滤机、鼓式真空过滤机等；
碟式离心机、管式高速离心机等。
3重力法
离心和过滤能否顺利进
行取决于很多因素。
一般温度
高，压力大，发酵液黏度小，
滤布选用适当，助溶剂适宜，
搅拌都可以提高过滤速度。
4等电点法
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。
当蛋白质在某一pH下，净电荷为零，溶解度最小，这时溶液的pH称为等电点。
可利用这种特性使基质中的蛋白质沉淀。
4等电点法
很多蛋白质的等电点都在酸性范围内（pH 4.0－5.5）。
5添加助滤剂
一般为惰性助滤剂
是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质；
5添加助滤剂
助滤剂表面具有吸附胶体的
能力，并且由此助滤剂颗粒形成
的滤饼具有格子型结构，不可压
缩，滤孔不会被全部堵塞，可以
保持良好的渗透性；
5添加助滤剂
① 在滤布上预涂，作为过滤介质使用；
② 按一定比例混入待滤的悬浮液中。
5添加助滤剂
常用的助滤剂
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
6添加反应剂
在基质中添加可溶解的盐类，生成不溶解的沉淀；生成的沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝具有块状结构；沉淀本身可作为助滤剂，还能使胶状物和悬浮物凝固。
休息一下。