生物工艺发酵液的预处理和固液分离方法PPT课件
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《发酵液的预处理》课件
PART 05
发酵液预处理的工艺流程
单级预处理工艺流程
发酵液的固液分离
通过过滤、沉降等方法将发酵液中的固体物质与 液体分离，得到澄清的液体。
温度调节
通过加热或冷却的方法将发酵液的温度调节到适 宜的范围内，以满足后续处理的要求。
酸碱度调节
通过添加酸或碱，将发酵液的酸碱度调节到适宜 的范围内，以满足后续处理的要求。
预处理工艺流程的选择与优化
01
根据发酵液的性质和后续处理的 要求，选择合适的预处理工艺流 程。
02
通过实验和模拟的方法，对预处 理工艺流程进行优化，提高预处 理效果和降低能耗。
氧化还原处理
要点一
总结词
通过氧化还原反应改变目标成分的化学性质，使其从发酵 液中分离出来。
要点二
详细描述
氧化还原处理是一种较为特殊的预处理方法，通过向发酵 液中添加氧化剂或还原剂，如高锰酸钾、亚硫酸氢钠等， 使目标成分发生氧化或还原反应，从而改变其化学性质， 使其从发酵液中以沉淀或其他形式分离出来。该方法具有 较高的选择性，但操作条件较为苛刻，且可能会对目标成 分造成一定的破坏。
2023 WORK SUMMARY
《发酵液的预处理》 ppt课件
REPORTING
目录
• 发酵液预处理概述 • 发酵液的固液分离 • 发酵液的化学处理 • 发酵液的物理处理 • 发酵液预处理的工艺流程
PART 01
发酵液预处理概述
发酵液预处理的定义
• 发酵液预处理：在发酵工业中，发酵液预处理是指在发酵前对 原材料进行的一系列物理、化学或生物学的处理过程，旨在改 善发酵产物的质量和产量，同时提高整个发酵过程的效率和稳 定性。
碱处理
总结词
02发酵液的预处理和固液分离-PPT精品文档133页
半被聚合物覆盖； 絮凝剂的分子量； pH 控制； 搅拌速度。
34
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。
最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖；
35
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 子絮凝剂的水溶性降低，因此，分子量的选择应适当。
pH值直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。
细胞(碎片)及某些胶体物质在某个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。
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。大幅度改变pH还能使蛋白质变性凝固。
通过调整pH值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质， 可减少膜堵塞和污染；
电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示， 使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩 尔／升），称为凝聚价或凝聚值。
21
Schulze－Hardy法则：反离子的价数越高，凝 聚价越小，即凝聚能力越强。
阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、 水化半径、离子运动能力的影响，次序为
Al3+ >Fe3+ >H+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+ >Li+
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。
17
ζ电位的计算：
式 2-1
• D — 水的介电常数； • q — 胶体的电动电荷密度，即滑移面上的
34
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。
最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖；
35
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 子絮凝剂的水溶性降低，因此，分子量的选择应适当。
pH值直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。
细胞(碎片)及某些胶体物质在某个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。
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。大幅度改变pH还能使蛋白质变性凝固。
通过调整pH值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质， 可减少膜堵塞和污染；
电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示， 使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩 尔／升），称为凝聚价或凝聚值。
21
Schulze－Hardy法则：反离子的价数越高，凝 聚价越小，即凝聚能力越强。
阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、 水化半径、离子运动能力的影响，次序为
Al3+ >Fe3+ >H+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+ >Li+
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。
17
ζ电位的计算：
式 2-1
• D — 水的介电常数； • q — 胶体的电动电荷密度，即滑移面上的
固液分离技术PPT课件
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9
第一节 发酵液的预处理技术
根据絮凝剂所带电性的不同，分阴离子型、阳离子型和非离 子型三类。对于带有负电性的微粒，加入阳离子型絮凝剂， 具有降低离子排斥电位和产生吸附架桥作用的双重机制；而 非离子型和阳离子型絮凝剂，主要通过分子间引力和氢键等 作用产生吸附架桥。影响絮凝作用的主要因素有：
①高分子絮凝剂的性质和结构 线性结构的有机高分子 絮凝剂，其絮凝作用大，而成环状或支链结构的有机高分子 絮凝剂的效果较差。絮凝剂的分子量越大、线性分子链越长， 絮凝效果越好；但分子量增大，絮凝剂在水中的溶解度降低， 因此要选择适宜分子量的絮凝剂。
加水稀释法可有效降低液体粘度，但会增加悬浮液的体 积，使后处理任务加大，并且只有当稀释后过滤速率提高的 百分比大于加水比时，从经济上才能认为有效。
.
3
第一节 发酵液的预处理技术
升高温度可有效降低液体粘度，从而提高过滤速率，常 用于粘度随温度变化较大的流体。另外，应用加热法的同时， 可控制适当温度和受热时间，使蛋白质凝聚形成较大颗粒， 进一步改善发酵液的过滤特性。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。使用加热法时必须注意：①加热 的温度必须控制在不影响目的产物活性的范围内；②对于发 酵液，温度过高或时间过长，可能造成细胞溶解，胞内物质 外溢，而增加发酵液的复杂性，影响其后的产物分离与纯化。
.
7
第一节 发酵液的预处理技术
常用的凝聚剂有AlCl3·6H2O、Al2(SO4)3·18H2O、 K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、FeSO4·7H2O、 FeCl3·6H2O、ZnSO4和MgCO3等。电解质凝聚能力可用 凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度
《发酵液的预处理》PPT课件
新方法： 双水相萃取 膜分离
编辑ppt
23
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
编辑ppt
24
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
差，不利于进行过滤、吸附、萃取等操
作；
③发酵液成分复杂，有些杂质对后续分离
有害。
编辑ppt
3
二.发酵液的预处理技术：
预处理 的目的
①改善发酵液的物理性质： 流变性质、颗粒粒度
②去除部分杂质：杂蛋白、 多糖、高价无机离子等
编辑ppt
4Байду номын сангаас
二.发酵液的预处理技术：
加热（降低黏度、 去除杂蛋白）
①物理性 凝聚与絮凝（增大 质的改善 粒度）
编辑ppt
8
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。ζ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。
在碱性溶液中，能与一些阳离子，如Ag＋，Cu2＋， Zn2＋，Fe2＋和Pb2＋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。
编辑ppt
17
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 K2Zn3[Fe(CN)6]2
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23
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
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24
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
差，不利于进行过滤、吸附、萃取等操
作；
③发酵液成分复杂，有些杂质对后续分离
有害。
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3
二.发酵液的预处理技术：
预处理 的目的
①改善发酵液的物理性质： 流变性质、颗粒粒度
②去除部分杂质：杂蛋白、 多糖、高价无机离子等
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4Байду номын сангаас
二.发酵液的预处理技术：
加热（降低黏度、 去除杂蛋白）
①物理性 凝聚与絮凝（增大 质的改善 粒度）
编辑ppt
8
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。ζ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。
在碱性溶液中，能与一些阳离子，如Ag＋，Cu2＋， Zn2＋，Fe2＋和Pb2＋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。
编辑ppt
17
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 K2Zn3[Fe(CN)6]2
(生化工程课件)14 发酵液的预处理和固液分离
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，它们具有长链状 结构，其链节上含有许多活性官 能团，这些基团通过静电引力、 范德华引力或氢键的作用，强烈 地吸附在胶粒的表面。
絮凝剂的化学结构
1. 要求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. 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， 3. 相对分子质量不能超过一定限度，以使其具有 良好的溶解性。
去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。
用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。 例如：环丝氨酸的提取。
去除铁离子，可加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而 除去。
(3)变性法 加热，大幅度调节pH，加酒精等有机溶剂或表面活
性剂等。
例如：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(pH8～9)使蛋白质凝固，一般 以酸性下除去的蛋白质较多。
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它们具有长链状结构其链节上含有许多活性官能团这些基团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
14 发酵液的预处理和固液分离
预处理：
以细胞培养液或发酵液为出发点,设法将细胞 富集或去除,使所需要的目标产物转移到液相 中,同时还希望除去其他悬浮颗粒以及改善滤 液的性状,以利后续各步操作的过程
14.3 全发酵液提取
⑴用膜技术进行全发酵液的提取 ⑵用双水相萃取进行全发酵液提取 ⑶用扩张床吸附进行全发酵液的提取
思考题
1 发酵液为何需要预处理？处理方法有 哪些？
2 如何使用助滤剂? 3 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两 者结合使用？
常用絮凝剂的种类：
絮凝剂的化学结构
1. 要求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. 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， 3. 相对分子质量不能超过一定限度，以使其具有 良好的溶解性。
去除镁离子：加入三聚磷酸钠，与镁离子形成络合物。
用磷酸盐处理，也能大大降低钙离子和镁离子的浓度。 例如：环丝氨酸的提取。
去除铁离子，可加入黄血盐，使其形成普鲁士蓝沉淀而 除去。
(3)变性法 加热，大幅度调节pH，加酒精等有机溶剂或表面活
性剂等。
例如：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(pH8～9)使蛋白质凝固，一般 以酸性下除去的蛋白质较多。
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它们具有长链状结构其链节上含有许多活性官能团这些基团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
14 发酵液的预处理和固液分离
预处理：
以细胞培养液或发酵液为出发点,设法将细胞 富集或去除,使所需要的目标产物转移到液相 中,同时还希望除去其他悬浮颗粒以及改善滤 液的性状,以利后续各步操作的过程
14.3 全发酵液提取
⑴用膜技术进行全发酵液的提取 ⑵用双水相萃取进行全发酵液提取 ⑶用扩张床吸附进行全发酵液的提取
思考题
1 发酵液为何需要预处理？处理方法有 哪些？
2 如何使用助滤剂? 3 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两 者结合使用？
常用絮凝剂的种类：
[生物学]第二章 发酵液的预处理ppt课件
![[生物学]第二章 发酵液的预处理ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/96f6f0b5804d2b160a4ec0cc.png)
金属氧化物类 ：如氢氧化铝、氢氧化铁、 氢氧化钙或石灰等。
聚合无机盐类 ：如聚合铝和聚合铁等。
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外表上，产生桥架联 接时，构成了较大的絮团。
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 链状构造，其链节上含有许多活性官能团。 经过静电引力、范德华力或氢键的作用， 剧烈地吸附在胶粒的外表。
〔2〕尽能够使产物转入便于后续工序 处置的某一相中〔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。
2、发酵液预处置的要求 预处置要满足以下要求，才干到达目的。
〔1〕菌体分别 采用离心和过滤方法。
胞外产物，预处置时应尽能够使产物转 移到液相，然后用固液分别除去固相。
胞内产物，那么应先搜集菌体或细胞， 经细胞破碎后，使产物转移到液相，再用 固液分别除去细胞碎片。
絮凝剂的构造要求：
一方面要求其分子必需含有较多的活性 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构造，以便 同时和多个胶体粒子结合。
〔2〕絮凝剂的分类 A、按絮凝剂官能团分为三大类型： 阴离子性：聚丙烯酸钠和聚苯乙烯磺酸。 阳离子性：聚丙烯酸二烷基胺乙酯和聚二烯丙基 四胺盐。 非离子性：聚氧化乙烯等。 B、根据来源分: 有机高分子聚合物：聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯 乙烯类衍生物。 无机高分子聚合物：聚合铝盐、聚合铁盐等。 天然高分子有机物：海藻酸钠、明胶、骨胶、壳 多糖等。
〔2〕固体悬浮物的去除 采用过滤方法，获得廓清液
〔3〕蛋白质的去除：可溶性蛋白 〔4〕重金属离子的去除 〔5〕色素、毒性物质、热原质等有机杂质的
去除
聚合无机盐类 ：如聚合铝和聚合铁等。
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外表上，产生桥架联 接时，构成了较大的絮团。
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 链状构造，其链节上含有许多活性官能团。 经过静电引力、范德华力或氢键的作用， 剧烈地吸附在胶粒的外表。
〔2〕尽能够使产物转入便于后续工序 处置的某一相中〔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。
2、发酵液预处置的要求 预处置要满足以下要求，才干到达目的。
〔1〕菌体分别 采用离心和过滤方法。
胞外产物，预处置时应尽能够使产物转 移到液相，然后用固液分别除去固相。
胞内产物，那么应先搜集菌体或细胞， 经细胞破碎后，使产物转移到液相，再用 固液分别除去细胞碎片。
絮凝剂的构造要求：
一方面要求其分子必需含有较多的活性 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构造，以便 同时和多个胶体粒子结合。
〔2〕絮凝剂的分类 A、按絮凝剂官能团分为三大类型： 阴离子性：聚丙烯酸钠和聚苯乙烯磺酸。 阳离子性：聚丙烯酸二烷基胺乙酯和聚二烯丙基 四胺盐。 非离子性：聚氧化乙烯等。 B、根据来源分: 有机高分子聚合物：聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯 乙烯类衍生物。 无机高分子聚合物：聚合铝盐、聚合铁盐等。 天然高分子有机物：海藻酸钠、明胶、骨胶、壳 多糖等。
〔2〕固体悬浮物的去除 采用过滤方法，获得廓清液
〔3〕蛋白质的去除：可溶性蛋白 〔4〕重金属离子的去除 〔5〕色素、毒性物质、热原质等有机杂质的
去除
发酵液预处理 (2)PPT课件
1. 沉淀法
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。
第十九页，课件共76页。
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。
因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。
第十七页，课件共76页。
（一）、高价无机离子的去除方法
1. Ca2+ ——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀（注意回 收草酸） ；
2. Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶性 络合物；
3. Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士蓝沉淀
第十八页，课件共76页。
（二）杂蛋白的去除方法
第十六页，课件共76页。
二、发酵液的相对纯化
发酵液中的杂质
a. 高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）
在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。
b. 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。
卸料方式的不同而分类
1，人工排渣
适用：固相浓度很低，液液分离，同时除去少量 固体；澄清作业
工业实例：提取抗生素
生产疫苗 收集梭状芽孢杆菌 生物素 生物碱类化合物
2，喷嘴排渣
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。
第十九页，课件共76页。
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。
因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。
第十七页，课件共76页。
（一）、高价无机离子的去除方法
1. Ca2+ ——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀（注意回 收草酸） ；
2. Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁可溶性 络合物；
3. Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士蓝沉淀
第十八页，课件共76页。
（二）杂蛋白的去除方法
第十六页，课件共76页。
二、发酵液的相对纯化
发酵液中的杂质
a. 高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）
在采用离子交换提炼时，会影响树脂对生化物质的交换容量。
b. 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。
卸料方式的不同而分类
1，人工排渣
适用：固相浓度很低，液液分离，同时除去少量 固体；澄清作业
工业实例：提取抗生素
生产疫苗 收集梭状芽孢杆菌 生物素 生物碱类化合物
2，喷嘴排渣
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4q
D
扩散层的有效厚度， 即stern面上的电位φ降 低到其值为1/e处的距离 ，不能直接测定。
水的介电常数
.
21
若溶液中存在i 离子：
电荷。
•
②发酵液中的胶粒子在界面上形成双电层。
• ⑵扩散双电层结构模型：
.
16
电荷密度
-+
-+
-
+
-+
-+
-+ -+
-+
-+ -
+ +
+
+ -
+ +
-
+
+ -
-
吸附层 扩散层 吸附层 扩散层
s
+ +
+
-
-
负电荷分布
-
-
+ -
正电荷分布
距固体表面距离
滑动面
d
de
0
图14-1 胶体双电层的构造
.
17
• 由于
.
2
生物反应过程
生物催化剂 灭菌
空气 除菌
检测 控制系统
生物反应器
提取纯化
原材料
机械能、热能
.
副产品 产品 废弃物
3
预处理的目的
• ①分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒（细胞 碎片、核酸和蛋白质沉淀物）。
• ② 除去部分可溶性杂质。 • ③ 改变滤液的性质（以提高过滤速度）。
.
4
2.1 发酵液的预处理
•φs：胶核表面的电位
• φd：stern平面上的电位
•ξ：滑移面上的电位，可测定， 控制胶粒间电排斥作用的电位， 表征双电层的特征
.
19
• ⑷胶粒能保持分散状态的原因：
• 带有相同电荷和扩散双电层的结构。 • 水化层的形成: 依赖于胶体带电。
.
20
(5)胶粒发生凝聚的机理
胶体的电动电荷密度 即滑移面电荷密度
• 环丝氨酸发酵液用氧化钙和磷酸处理， 生成的磷酸钙沉淀，能使悬浮物凝固。 多余的磷酸根离子，还能除去钙、镁离 子。
.
13
• (7)凝聚和絮凝
• 凝聚：在中性盐作用下，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：在高分子絮凝剂存在下，基于架桥作用，使胶 粒形成粗大絮凝团的过程，是以物理集合为主的过程。
• (6)吸附作用
•
几种反应剂相互作用，或和某些溶解盐类发生反应
生成不溶解的沉淀[CaSO4、AlPO4]。
• 生成的沉淀的作用： • 能防止菌丝体粘连，使菌丝具有块状结构。 • 沉淀本身可作为 助滤剂。 • 使胶状物和悬浮物凝集。
.
12
• 如：
• 四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫 酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾 K2Zn3[Fe(CN)5]2的胶状沉淀来吸附蛋白 质。
.
14
• 凝聚：胶体粒子中性盐促进下脱稳相互聚集成大 粒子（1mm）。 机理： a 中和粒子表面电荷 b 消除双电层结构
• 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，
形成10mm大小絮凝团的过程
。机理：架桥作用
.
15性：
•
①发酵液中的胶体粒子表面，一般都带有负
• 文献：青霉素发酵液中可溶性蛋白质的沉降及 其在溶剂萃取中的乳化作用
.
6
• 2.1.1 高价无机离子的去除方法：
• (1)去Ca2+，加草酸。
• 作用：
•
⑴生成草酸钙沉淀，同时也生成MgC2O4↓
•
⑵草酸钙沉淀，能促使蛋白质凝固。
•
(2) 去 Ca2+
Mg2+
，
加
三
聚
磷
酸
钠
Na5P3O10
，
同
时
也
可
去
除
• Na5P3O10 + Mg2+→MgNa3PO10+2Na+
•
（络合物）
• (3) 去Fe3+，加黄血盐，形成普鲁士兰沉淀。
• Fe3++[Fe2+(CN)6]4-+K+=K[Fe2+(CN)6Fe3+]
.
7
• 2.1.2杂蛋白的去除方法： • (1)酸化，调pH值至等电点。（HCO2、H2SO4、HCl、H3PO4）
14 发酵液预处理和固液分离
凝聚
沉降 絮凝
• 技术手段
其它手段
离心 . 过滤
固液 分离
1
• Bioseparations usually begin with the separation of biomass from broth .The separation commonly uses filtration or centrifugation as described. In many cases, the desired product is in the broth. Antibiotics, are commonly in the broth; so are extracellular enzymes, many polysaccharides, and most amino acids. In all these cases, the separated broth can be treated to isolate and purify the product, as a byproduct.
），加热至70℃，维持半个小时的方法 来去除蛋白质，能使过滤速度增大10100倍，滤液粘度可降低1/6。
• 柠檬酸发酵液，采用加热至80℃以上， 使蛋白质变性凝固和降低发酵液粘度， 从而大大提高了过滤速度。
.
10
• (4)加有机溶剂，表面活性剂。所处理的 量较小。
• (5)大幅度改变pH值。
.
11
• (2)加盐，形成沉淀。 • 酸性溶液：Protein + 阴离子→↓ • 碱性溶液：Protein + 阳离子→↓ •
.
8
• (3)加热，使蛋白质变性沉淀，同时μ↓，加快过滤速 度。
• 缺点：原液的色素增多，影响原液质量，只适用于对 热不敏感的生化物质。
•
.
9
• 如： • 链霉素生产中，采用调pH至酸性（pH3.0
• ①吸附作用 正离子被吸附
• ②热运动 正离子有离开表面的趋势
• ①②两相反作用的影响：
•
形成吸附层或紧密层：距离
胶核表面约一个离子半径的stern平面以
内，正离子被紧密束缚在胶核表面。
.
18
• 几个名词：
•stern 层 ： 相 距 胶 核 表 面 约 一 个离子半径的平面。
•滑移（动）面：当胶粒在溶液 中作相对运动时，总有一薄层 液体，随着它一起滑移，这一 薄层，厚度比吸附层稍大。
• 发酵液预处理原因？
• ⑴发酵液中菌体细小、粘度大。粘性杂质多
，难直接过滤。
• 对细菌和某些放线菌菌体细小，发酵液粘度大，不能直接 过滤。
• 由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其他有机粘性物质的存在 会造成滤液浑浊，滤速极慢。
.
5
• ⑵发酵液中高价无机离子及杂蛋白的存在。
• 影响离交法的交换容量。 • 影响离交法及大网格树脂的吸附能力。 • 产生乳化。 • 影响膜过滤。