第二章 发酵液预处理
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• ⑴改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒 子的尺寸，降低液体黏度。 • ⑵ 相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离 子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。 • ⑶尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液 相）；
3
预处理和固液分离内容
提取生化物质的第一步，分两部分： 发酵液
胞外 上清液/滤液
• 在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，能 脱除胶粒表面的水化膜，降低ζ电位，使双电层 的排斥力减少，当不足以抗衡胶粒间的范德华 引力时，由于热运动的结果导致胶粒的互相碰 撞而聚集起来。 • 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。
•天然有机高分子改性絮凝剂根据其原料来源不同可 分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。 •其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。
29
3）无机高分子聚合物
有聚合铁系和铝系两大类
铁系絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响 小，亲和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性 剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺点腐 蚀性强、稳定性差。 铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属 盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。
40
五. 加入反应剂
加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从 而提高过滤速度。 1）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌 丝体粘结，使菌丝具有块状结构，又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身 可作为助滤剂.如在新生霉素发酵液中加入cacl2和Na3po4，生成Ca3(po4)2沉淀。 2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶将其转化为单糖，以提高过滤速率。如 万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅拌30min后，再 加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。
加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加 热能改善发酵液的操作特性。 1）加热降低液体粘度
液体黏度是温度的指数函数， 升温是降低黏度的有效措施。 流体力学原理过速率与液体的 粘度成反比，降低液体粘度 （加水稀释法和加热法等）可 有效提高过滤速率。
麦芽汁的黏度-温度曲线。
35
Baidu Nhomakorabea 预处理-加热
• 2）加热使蛋白质变性凝固
20
• 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+
21
• 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· 2O ； 7H 石灰；ZnSO4；MgCO3
16
胶体双电层结构
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（电动电位）。
17
δ— 扩散层的有效厚度
• 式中 N一 阿伏伽德罗常数； • T一 热力学温度： • k — 波尔兹曼常数； • e — 电子电荷； • Zi— i种反离子的化合价； • Ci — i种离子的摩尔浓度。
第二章
发酵液预处理
Pretreatment of Fermentation Broth
生物产品生产过程示意图
生物催化剂 空气 除菌 提取纯化 产品 废弃物 检测 控制系统 副产品
生物反应器
灭菌
原材料 机械能、热能
本门课程解决的问题
2
预处理的目的
预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度， 提高固液分离的效率：
24
高分子絮凝剂的吸附架桥作用
25
工业上使用的絮凝剂
可分为三类：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 1）目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚 丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸 类和聚苯乙烯类衍生物。
26
高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类： 阴离子型（含有羧基)、阳离子型（含有胺基） 、非离子型
18
双电层与凝聚
• 由式（14－1）和式（14一2）可知，ζ电 位与扩散层厚度δ和电动电荷密度q成正比， 而扩散层厚度又与溶液中反离子强度和电 荷成反比。 • 对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的 存在，可压缩扩散层的厚度，促使ζ电位 迅速降低，而且化合价越高，这种影响越 显著。
19
凝聚价或凝聚值
200
0 0
pH 4.6
6
12
18
Time,minutes
Fig The effect on filtrate volume of pH
38
四 加入助滤剂（filter aids）
• 一种不可压缩的多孔微粒， • 在发酵液中加入固体助滤剂， 则菌体 可吸附于助滤剂微粒 上，助滤剂就作为胶体粒子 的载体，均匀地分布于滤饼 层中，降低了滤饼的可压缩 性，减小了过滤阻力。 • 目前生物工业中常用的助滤 剂是硅藻土，其次是珍珠岩 粉、活性炭、石英砂、石棉 粉、纤维素、白土等。
41
六、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
发酵液预处理过程一般包括：
发酵液杂质的去除，包括出去蛋白质、区 级离子以及色素、热源、毒性物质等有机 物质； 改善培养液的处理性能，主要通过降低发 酵液的黏度、调节适宜的pH值和温度、絮 凝与凝聚等操作来实现。
预处理的方法
• • • • • • 凝聚和絮凝 Coagulation and flocculation 加热法 Heating 调节悬浮液的PH值 Regulation of PH 杂蛋白的去处 Removal of useless protein 高价无机离子的去处 Removal of inorganic ion 助滤剂Filter aids和反应剂 Reactant
5
生化产品分离纯化一般步骤
2.1 发酵液的预处理概述
（Pretreatment ）
7
微生物发酵和细胞培养
目标产物主要有三种物质：
菌体
胞内产物 胞外产物
为何要对发酵液进行预处理？
发酵液的基本特性 1.发酵液多为粘度大的悬浮液，一般为非牛 顿性流体，不易过滤。 2.目标产物在发酵液中的浓度通常较低。 3.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影 响。
11
一、 凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用
• 凝聚与絮凝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 胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其 聚集起来,增大体积以便固液分离。 • 凝聚和絮凝技术常用于菌体细小而且黏度大 的发酵液的预处理中。
12
凝聚和絮凝
凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。
机理： 1）中和粒子表面电荷 2）消除双电层结构 3）破坏水化膜
14
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，在界面上形 成了双电层。 • 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。
15
胶体双电层结构
两种相反作用力下，双电层分裂成两部： •1）吸附层或stern层；2）扩散层。 形成了扩散双电层的结构模型(GouyChapman-Stern model)。
31
微生物絮凝剂
1、微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，
如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂
2、微生物絮凝剂或将大部分替代普通絮凝剂
3、浮游藻类、草分枝杆茵、硅酸盐芽孢杆菌。
32
絮凝的影响因素
• 发酵液的性质（细胞浓度，表面电荷）； • 絮凝剂的浓度，最佳用量为粒子表面积约有一 半被聚合物覆盖； • 絮凝剂的分子量； • pH 控制； • 搅拌速度。
22
（二）絮 凝
flocculation
• 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联 成网状，形成絮凝团的过程 机理：架桥作用 • 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发 酵液较易分离。
23
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 离子基团以及非离子型基团。 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 生架桥联结时，就形成较大絮团，产生絮凝作用。
30
微生物絮凝剂
• 微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂， • 一类由微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能 的代谢产物。 • 包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细 胞壁代谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂 • 主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分 子物质。 • 微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相 比，最大的优点是安全，无毒和不污染环境。
27
目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品和医药工业 时应谨慎。
28
2）天然有机高分子絮凝剂
人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在 着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受 到了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物 降解，原料来源广等优点。
33
（三） 混 凝
对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子 型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和 产生吸附桥架的双重机理，单独使用可达到较好 絮凝效果； 对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用 凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果。 这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。
34
二 预处理-加热
•
•
凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类） 作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程。 絮凝：指使用絮凝剂（天然的或合成的大分子 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 架桥作用。
13
（一） 凝 聚 Coagulation
凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成 大粒子（1mm）
预处理
固液分离
胞内 富集细胞
4
• 发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内 外代谢产物，及剩余的培养基残分等。 • 不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首 先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能 进行后续操作： • 对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去 处，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 • 对于胞外产物，首先富集菌体，再进行细胞破 碎和碎片分离，然后提取胞内产物。
变性蛋白质的溶解度小。如柠檬酸发酵液加热至 80℃以上，可使蛋白质变性凝固，过滤速度加快。 • 加热处理只适用于对热较稳定的液体。注意加热温 度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 •
36
三 预处理-调节pH
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
39
助滤剂的选择
(1)粒度
根据悬浮液中的颗粒和滤液的澄清度确定，一般颗粒较小的滤饼 应采用细小的助滤剂。
(2)助滤剂的品种
应根据过滤介质选择助滤剂品种。使用粗目滤网时易泄漏，可选 择石棉粉、纤维素；采用细目滤布时，可使用细硅藻土；
(3)用量
间歇操作时，过滤介质表面预涂助滤剂，其厚度应不小于2mm。 连续过滤机中根据过滤速度确定。使用硅藻土时，通常细粒为 500g/m3，中等粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3。
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； 影响离子型絮凝剂的电离度。
37
pH 2.8
3
pH 3.8 600 pH 4.2 400
3
预处理和固液分离内容
提取生化物质的第一步，分两部分： 发酵液
胞外 上清液/滤液
• 在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，能 脱除胶粒表面的水化膜，降低ζ电位，使双电层 的排斥力减少，当不足以抗衡胶粒间的范德华 引力时，由于热运动的结果导致胶粒的互相碰 撞而聚集起来。 • 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。
•天然有机高分子改性絮凝剂根据其原料来源不同可 分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。 •其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。
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3）无机高分子聚合物
有聚合铁系和铝系两大类
铁系絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响 小，亲和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性 剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺点腐 蚀性强、稳定性差。 铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属 盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。
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五. 加入反应剂
加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从 而提高过滤速度。 1）加入反应剂与某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀,生成的沉淀能防止菌 丝体粘结，使菌丝具有块状结构，又能使蛋白质凝固，过滤性能上升，沉淀本身 可作为助滤剂.如在新生霉素发酵液中加入cacl2和Na3po4，生成Ca3(po4)2沉淀。 2）发酵液中含有不溶性多糖物质时，用酶将其转化为单糖，以提高过滤速率。如 万古霉素用淀粉作培养基，发酵液过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅拌30min后，再 加2.5%硅藻土助滤剂，可提高过滤效率5倍。
加热是发酵液预处理最简单最常用的方法。加 热能改善发酵液的操作特性。 1）加热降低液体粘度
液体黏度是温度的指数函数， 升温是降低黏度的有效措施。 流体力学原理过速率与液体的 粘度成反比，降低液体粘度 （加水稀释法和加热法等）可 有效提高过滤速率。
麦芽汁的黏度-温度曲线。
35
Baidu Nhomakorabea 预处理-加热
• 2）加热使蛋白质变性凝固
20
• 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+
21
• 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· 2O ； 7H 石灰；ZnSO4；MgCO3
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胶体双电层结构
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（电动电位）。
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δ— 扩散层的有效厚度
• 式中 N一 阿伏伽德罗常数； • T一 热力学温度： • k — 波尔兹曼常数； • e — 电子电荷； • Zi— i种反离子的化合价； • Ci — i种离子的摩尔浓度。
第二章
发酵液预处理
Pretreatment of Fermentation Broth
生物产品生产过程示意图
生物催化剂 空气 除菌 提取纯化 产品 废弃物 检测 控制系统 副产品
生物反应器
灭菌
原材料 机械能、热能
本门课程解决的问题
2
预处理的目的
预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度， 提高固液分离的效率：
24
高分子絮凝剂的吸附架桥作用
25
工业上使用的絮凝剂
可分为三类：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 1）目前常用的是人工合成有机高分子聚合物，如聚 丙烯酰胺类衍生物、聚乙烯亚胺衍生物；聚丙烯酸 类和聚苯乙烯类衍生物。
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高分子聚合物絮凝剂根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类： 阴离子型（含有羧基)、阳离子型（含有胺基） 、非离子型
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双电层与凝聚
• 由式（14－1）和式（14一2）可知，ζ电 位与扩散层厚度δ和电动电荷密度q成正比， 而扩散层厚度又与溶液中反离子强度和电 荷成反比。 • 对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的 存在，可压缩扩散层的厚度，促使ζ电位 迅速降低，而且化合价越高，这种影响越 显著。
19
凝聚价或凝聚值
200
0 0
pH 4.6
6
12
18
Time,minutes
Fig The effect on filtrate volume of pH
38
四 加入助滤剂（filter aids）
• 一种不可压缩的多孔微粒， • 在发酵液中加入固体助滤剂， 则菌体 可吸附于助滤剂微粒 上，助滤剂就作为胶体粒子 的载体，均匀地分布于滤饼 层中，降低了滤饼的可压缩 性，减小了过滤阻力。 • 目前生物工业中常用的助滤 剂是硅藻土，其次是珍珠岩 粉、活性炭、石英砂、石棉 粉、纤维素、白土等。
41
六、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
发酵液预处理过程一般包括：
发酵液杂质的去除，包括出去蛋白质、区 级离子以及色素、热源、毒性物质等有机 物质； 改善培养液的处理性能，主要通过降低发 酵液的黏度、调节适宜的pH值和温度、絮 凝与凝聚等操作来实现。
预处理的方法
• • • • • • 凝聚和絮凝 Coagulation and flocculation 加热法 Heating 调节悬浮液的PH值 Regulation of PH 杂蛋白的去处 Removal of useless protein 高价无机离子的去处 Removal of inorganic ion 助滤剂Filter aids和反应剂 Reactant
5
生化产品分离纯化一般步骤
2.1 发酵液的预处理概述
（Pretreatment ）
7
微生物发酵和细胞培养
目标产物主要有三种物质：
菌体
胞内产物 胞外产物
为何要对发酵液进行预处理？
发酵液的基本特性 1.发酵液多为粘度大的悬浮液，一般为非牛 顿性流体，不易过滤。 2.目标产物在发酵液中的浓度通常较低。 3.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影 响。
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一、 凝聚和絮凝在发酵液预处理中的应用
• 凝聚与絮凝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 胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使其 聚集起来,增大体积以便固液分离。 • 凝聚和絮凝技术常用于菌体细小而且黏度大 的发酵液的预处理中。
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凝聚和絮凝
凝聚和絮凝是两种方法，两个概念。
机理： 1）中和粒子表面电荷 2）消除双电层结构 3）破坏水化膜
14
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，在界面上形 成了双电层。 • 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。
15
胶体双电层结构
两种相反作用力下，双电层分裂成两部： •1）吸附层或stern层；2）扩散层。 形成了扩散双电层的结构模型(GouyChapman-Stern model)。
31
微生物絮凝剂
1、微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，
如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂
2、微生物絮凝剂或将大部分替代普通絮凝剂
3、浮游藻类、草分枝杆茵、硅酸盐芽孢杆菌。
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絮凝的影响因素
• 发酵液的性质（细胞浓度，表面电荷）； • 絮凝剂的浓度，最佳用量为粒子表面积约有一 半被聚合物覆盖； • 絮凝剂的分子量； • pH 控制； • 搅拌速度。
22
（二）絮 凝
flocculation
• 絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联 成网状，形成絮凝团的过程 机理：架桥作用 • 采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发 酵液较易分离。
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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 离子基团以及非离子型基团。 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 生架桥联结时，就形成较大絮团，产生絮凝作用。
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微生物絮凝剂
• 微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型絮凝剂， • 一类由微生物或其分泌物产生的具有絮凝细胞功能 的代谢产物。 • 包括直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细 胞壁代谢产物的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂 • 主要成分是糖蛋白、粘多糖、纤维素及核酸等高分 子物质。 • 微生物絮凝剂和天然絮凝剂与化学合成的絮凝剂相 比，最大的优点是安全，无毒和不污染环境。
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目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺，用于食品和医药工业 时应谨慎。
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2）天然有机高分子絮凝剂
人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在 着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受 到了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物 降解，原料来源广等优点。
33
（三） 混 凝
对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子 型高分子絮凝剂同时具有降低胶粒双电层电位和 产生吸附桥架的双重机理，单独使用可达到较好 絮凝效果； 对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用 凝聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果。 这种包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。
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二 预处理-加热
•
•
凝聚：指在投加的化学物质（铝、铁的盐类） 作用下，胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程。 絮凝：指使用絮凝剂（天然的或合成的大分子 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 架桥作用。
13
（一） 凝 聚 Coagulation
凝聚：胶体粒子在中性盐促进下脱稳相互聚集成 大粒子（1mm）
预处理
固液分离
胞内 富集细胞
4
• 发酵液成分很复杂，包含菌（细胞）体，胞内 外代谢产物，及剩余的培养基残分等。 • 不管人们所需要的产物是胞内还是胞外，都首 先要进行培养液的预处理和固液分离开，才能 进行后续操作： • 对于胞外产物，可先将菌体或其他悬浮杂质去 处，才能从澄清的滤液中提取代谢产物。 • 对于胞外产物，首先富集菌体，再进行细胞破 碎和碎片分离，然后提取胞内产物。
变性蛋白质的溶解度小。如柠檬酸发酵液加热至 80℃以上，可使蛋白质变性凝固，过滤速度加快。 • 加热处理只适用于对热较稳定的液体。注意加热温 度与时间，不影响产物活性和细胞的完整性。 •
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三 预处理-调节pH
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
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助滤剂的选择
(1)粒度
根据悬浮液中的颗粒和滤液的澄清度确定，一般颗粒较小的滤饼 应采用细小的助滤剂。
(2)助滤剂的品种
应根据过滤介质选择助滤剂品种。使用粗目滤网时易泄漏，可选 择石棉粉、纤维素；采用细目滤布时，可使用细硅藻土；
(3)用量
间歇操作时，过滤介质表面预涂助滤剂，其厚度应不小于2mm。 连续过滤机中根据过滤速度确定。使用硅藻土时，通常细粒为 500g/m3，中等粒度700g/m3,粗粒700-1000g/m3。
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； 影响离子型絮凝剂的电离度。
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pH 2.8
3
pH 3.8 600 pH 4.2 400