发酵液的预处理与菌体的回收-PPT文档资料
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发酵液的预处理和菌体的回收解析
发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它有机粘 性物质的存在也会影响固液分离。
因而寻找一种经济有效的方法(发酵液预处理)来提高固液分 离速度显得十分必要。
一、预处理的目的
对发酵液进行预处理的目的？
促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率 （1）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；
（2）尽可能使产物转入便于后处理的一相中 （多数是液相）；
（3）去除发酵液中的部分杂质，以利于后续 各步操作。
二、预处理的方法
通过对发酵液进行适当的预处理，即可改善其流体 性能，降低滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。
1. 降低液体粘度 根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速率与液体的
粘度成反比，降低液体粘度可有效提高过滤速率。
第二章
发酵液的预处理和菌体的 回收
Pretreatment of Fermentation Broth and Separation of Biomass
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：
主要有等电点沉淀法
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。
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，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。
常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中
通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的 作用使溶液中带相反电荷的粒子（即正离子）被吸附在其 周围，在界面上形成了双电层。
因而寻找一种经济有效的方法(发酵液预处理)来提高固液分 离速度显得十分必要。
一、预处理的目的
对发酵液进行预处理的目的？
促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率 （1）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；
（2）尽可能使产物转入便于后处理的一相中 （多数是液相）；
（3）去除发酵液中的部分杂质，以利于后续 各步操作。
二、预处理的方法
通过对发酵液进行适当的预处理，即可改善其流体 性能，降低滤饼比阻，提高过滤与分离的速率。
1. 降低液体粘度 根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速率与液体的
粘度成反比，降低液体粘度可有效提高过滤速率。
第二章
发酵液的预处理和菌体的 回收
Pretreatment of Fermentation Broth and Separation of Biomass
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：
主要有等电点沉淀法
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。
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，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。
常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中
通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的 作用使溶液中带相反电荷的粒子（即正离子）被吸附在其 周围，在界面上形成了双电层。
发酵液预处理和过滤PPT课件
对于胞内产物，则应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。
主要内容
1 、发酵液过滤特性的改变 2、 发酵液的相对纯化 3、 固液分离工程及设备
1 、发酵液过滤特性的改变
1.1 微生物发酵液的特性
①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部 分是水；
②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大； ③固体粒子可压缩性大； ④液相粘度大，大多为非牛顿型流体； ⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物
第10章 发酵液预处理和过滤
发酵液成分
微生物菌体及残存的固体培养基外，还有未被 微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微 生物的各种代谢产物。 目的
分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性 杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后 继各工序的顺利进行。
方法选择
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；
有机合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）类衍生物
根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类： ① 非离子型、 ② 阴离子型（含有羧基） ③ 阳离子型（含有胺基）
聚丙烯酰胺絮凝剂
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。
高分子絮凝剂的吸附和絮凝作用示意图
工业上使用的絮凝剂可分为三类：
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、脱乙酰壳多糖等。
目前最常见的高分子聚合物絮凝剂
常用的助滤剂 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀 粉等。
主要内容
1 、发酵液过滤特性的改变 2、 发酵液的相对纯化 3、 固液分离工程及设备
1 、发酵液过滤特性的改变
1.1 微生物发酵液的特性
①发酵产物浓度较低，大多为1％一10％，悬浮液中大部 分是水；
②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大； ③固体粒子可压缩性大； ④液相粘度大，大多为非牛顿型流体； ⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物
第10章 发酵液预处理和过滤
发酵液成分
微生物菌体及残存的固体培养基外，还有未被 微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微 生物的各种代谢产物。 目的
分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性 杂质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后 继各工序的顺利进行。
方法选择
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；
有机合成的聚丙烯酰胺（polyacrylamide）类衍生物
根据活性基团在水中解离情况不同，可分为三类： ① 非离子型、 ② 阴离子型（含有羧基） ③ 阳离子型（含有胺基）
聚丙烯酰胺絮凝剂
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。
高分子絮凝剂的吸附和絮凝作用示意图
工业上使用的絮凝剂可分为三类：
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、脱乙酰壳多糖等。
目前最常见的高分子聚合物絮凝剂
常用的助滤剂 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀 粉等。
第三章 发酵液的预处理与菌体的回收_PPT幻灯片
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， 降低液体黏度等；
尽可能使产物转入便于后处理的某一相中（多数为液相）； 相对纯化，去除发酵液中部分杂质（高价无机离子和杂蛋白
质）， 便于后续各部操作；
6
2. 悬浮液的预处理 具体方法
加热法； 调节悬浮液的pH值； 凝聚和絮凝； 使用惰性助滤剂；
17
2.5 杂蛋白的其它去除方法
等电点沉淀 变性 吸附 沉淀
18
2.6 高价无机离子的去除方法
加酸 钙离子 草酸
镁离子 三聚磷酸钠
铁离子 黄血盐
19
3 悬浮液分离过程和分类
20
3.1过滤法 (Filtration)
过滤是指以某种多孔物质作为介质，在外力(压 力差ΔP)的作用下，流体通过介质的孔道，而使 固体颗粒被截留下来，从而实现固体颗粒与流体 分离目的的操作。 过滤可去除气固体中的固体颗粒，也可去除液 固体中的固体颗粒。 对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步骤。
对于胞内产物，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。
2
主要内容
悬浮液的基本特性 悬浮液的预处理 悬浮液分离过程和分类 过滤法
过滤的理论基础 过滤器的类型 过滤器的选择 错流过滤
3
2 悬浮液的预处理
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
铁、氯化锌、硫酸锌、硫酸镁等
金属氧化物类 氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙或石灰
等
聚合无机盐类 聚合铝、聚合铁等 常用絮凝剂 聚丙烯酰胺经不同改性可成为下述三种类型
之一；微生物絮凝剂
阴离子型 聚丙烯酸纳、聚苯乙烯磺酸 阳离子型 聚丙烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺盐 非离子型 聚氧化乙烯
尽可能使产物转入便于后处理的某一相中（多数为液相）； 相对纯化，去除发酵液中部分杂质（高价无机离子和杂蛋白
质）， 便于后续各部操作；
6
2. 悬浮液的预处理 具体方法
加热法； 调节悬浮液的pH值； 凝聚和絮凝； 使用惰性助滤剂；
17
2.5 杂蛋白的其它去除方法
等电点沉淀 变性 吸附 沉淀
18
2.6 高价无机离子的去除方法
加酸 钙离子 草酸
镁离子 三聚磷酸钠
铁离子 黄血盐
19
3 悬浮液分离过程和分类
20
3.1过滤法 (Filtration)
过滤是指以某种多孔物质作为介质，在外力(压 力差ΔP)的作用下，流体通过介质的孔道，而使 固体颗粒被截留下来，从而实现固体颗粒与流体 分离目的的操作。 过滤可去除气固体中的固体颗粒，也可去除液 固体中的固体颗粒。 对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步骤。
对于胞内产物，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。
2
主要内容
悬浮液的基本特性 悬浮液的预处理 悬浮液分离过程和分类 过滤法
过滤的理论基础 过滤器的类型 过滤器的选择 错流过滤
3
2 悬浮液的预处理
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
铁、氯化锌、硫酸锌、硫酸镁等
金属氧化物类 氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化钙或石灰
等
聚合无机盐类 聚合铝、聚合铁等 常用絮凝剂 聚丙烯酰胺经不同改性可成为下述三种类型
之一；微生物絮凝剂
阴离子型 聚丙烯酸纳、聚苯乙烯磺酸 阳离子型 聚丙烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺盐 非离子型 聚氧化乙烯
《发酵液的预处理》课件
控制温度、pH值等
预处理过程中的温度、pH值等参数需要严格控制，以保证发酵液质量的稳定和一致性。
储存和运输
预处理后的发酵液需要科学储存和合理运输，确保其在后续应用中的质量和有效性。
发酵液预处理在不同领域的应用
生物医学领域
发酵液预处理在药物制造、生 物疗法等方面发挥着重要作用， 提高产品质量和生产效率。
2
现代方法
现代发酵液预处理方法采用高科技手段，如超滤、离心等，显著提高了处理效率 和质量。
3
预处理方法的影响
不同预处理方法对发酵液的影响因素及效果有所不同，需要根据不同需求进行选 择和优化。
发酵液预处理过程中需要考虑的问题
设备的选型
选择适合的预处理设备，如离心机、过滤器等，以确保处理效果和工艺效率。
农业领域
发酵液预处理在农业领域中应 用广泛，用于土壤改良、有机 肥料制造等，促进农作物生长 和提高产量。
工业领域
发酵液预处理在化工、食品加 工等工业领域中有着重要地位， 推动产品升级、节约资源和环 保。
结论
发酵液预处理是发酵过程中不可或缺的关键步骤，它有助于提高产品质量、 工艺效率和环境可持பைடு நூலகம்性。随着科技的不断进步，发酵液预处理的未来发展 将更加多元化和精细化。
参考文献
• 文献1 • 文献2 • 文献3
《发酵液的预处理》PPT 课件
发酵液的预处理，探索发酵液在不同领域的应用及其未来发展趋势。
什么是发酵液预处理？
发酵液预处理是指将发酵液进行一系列处理步骤，以提高其质量，达到更好 的发酵效果。它是发酵工艺中不可或缺的重要环节。
发酵液预处理的方法
1
传统方法
传统发酵液预处理方法包括沉淀、过滤、提纯等，经典而有效。
预处理过程中的温度、pH值等参数需要严格控制，以保证发酵液质量的稳定和一致性。
储存和运输
预处理后的发酵液需要科学储存和合理运输，确保其在后续应用中的质量和有效性。
发酵液预处理在不同领域的应用
生物医学领域
发酵液预处理在药物制造、生 物疗法等方面发挥着重要作用， 提高产品质量和生产效率。
2
现代方法
现代发酵液预处理方法采用高科技手段，如超滤、离心等，显著提高了处理效率 和质量。
3
预处理方法的影响
不同预处理方法对发酵液的影响因素及效果有所不同，需要根据不同需求进行选 择和优化。
发酵液预处理过程中需要考虑的问题
设备的选型
选择适合的预处理设备，如离心机、过滤器等，以确保处理效果和工艺效率。
农业领域
发酵液预处理在农业领域中应 用广泛，用于土壤改良、有机 肥料制造等，促进农作物生长 和提高产量。
工业领域
发酵液预处理在化工、食品加 工等工业领域中有着重要地位， 推动产品升级、节约资源和环 保。
结论
发酵液预处理是发酵过程中不可或缺的关键步骤，它有助于提高产品质量、 工艺效率和环境可持பைடு நூலகம்性。随着科技的不断进步，发酵液预处理的未来发展 将更加多元化和精细化。
参考文献
• 文献1 • 文献2 • 文献3
《发酵液的预处理》PPT 课件
发酵液的预处理，探索发酵液在不同领域的应用及其未来发展趋势。
什么是发酵液预处理？
发酵液预处理是指将发酵液进行一系列处理步骤，以提高其质量，达到更好 的发酵效果。它是发酵工艺中不可或缺的重要环节。
发酵液预处理的方法
1
传统方法
传统发酵液预处理方法包括沉淀、过滤、提纯等，经典而有效。
发酵液的预处理和菌体的回收
不影响产物活性和细胞的完整性。
缺点：
热处理常常会对发酵液质量有些影响，特别是会使 色素增多。而且，温度升高常使发酵液中的一些水解酶活 力升高，被分离产物有受酶水解的危险。 因此，热变性最好在硫酸铵溶液中进行，另外，选择 合适的缓冲液、pH、加热方式和加热过程也很重要。
新进展：
为了提高产物在下游分离过程中的活力稳定性，人们对耐
对产品的影响
试剂可能进入产品
基本无影响
4. 加入惰性助滤剂
助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏
高温型的基因工程产品（如蛋白酶等）的关注日益加强，不
断有耐高温的产品出现，这也使得采用升高温度的处理方法
可行性和可操作性更强。而且，原来为了防止产品失活而消
耗的制冷能耗也可以节省，并简化了分离步骤。
极端微生物 嗜热微生物产生的耐高温酶
2. 调整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。
在相距胶核表面约一个 离子半径的Stern平面 以内，正离子被紧密束 缚在胶核表面，称为吸 附层或紧密层；
在stern平面以外，剩余的正离子 则在溶液中扩散开去，距离越远， 浓度越小，最后达到主体溶液的平 均浓度，称为扩散层。
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，滑移面
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。
高分子絮凝剂的吸附和絮凝作用示意图
工业上使用的絮凝剂
P30
缺点：
热处理常常会对发酵液质量有些影响，特别是会使 色素增多。而且，温度升高常使发酵液中的一些水解酶活 力升高，被分离产物有受酶水解的危险。 因此，热变性最好在硫酸铵溶液中进行，另外，选择 合适的缓冲液、pH、加热方式和加热过程也很重要。
新进展：
为了提高产物在下游分离过程中的活力稳定性，人们对耐
对产品的影响
试剂可能进入产品
基本无影响
4. 加入惰性助滤剂
助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏
高温型的基因工程产品（如蛋白酶等）的关注日益加强，不
断有耐高温的产品出现，这也使得采用升高温度的处理方法
可行性和可操作性更强。而且，原来为了防止产品失活而消
耗的制冷能耗也可以节省，并简化了分离步骤。
极端微生物 嗜热微生物产生的耐高温酶
2. 调整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。
在相距胶核表面约一个 离子半径的Stern平面 以内，正离子被紧密束 缚在胶核表面，称为吸 附层或紧密层；
在stern平面以外，剩余的正离子 则在溶液中扩散开去，距离越远， 浓度越小，最后达到主体溶液的平 均浓度，称为扩散层。
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，滑移面
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。
高分子絮凝剂的吸附和絮凝作用示意图
工业上使用的絮凝剂
P30
《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
2.发酵液的预处理和菌体回收
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------2.发酵液的预处理和菌体回收第二章发酵液是预处理和菌体的回收 1 悬浮液的基本特性悬浮液通常是指固体颗粒度在10‐5cm 以上的固‐液分散体系，生物细胞培养液基本上也属于悬浮液。
其中大部分是水．其次是微生物或动、植物细胞或碎片及少量未用完的培养基，约占培养液体积的 20%左右（对微生物发酵而言），除此以外，尚有一定最的代谢产物。
水的基本性质中与固‐液分离密切相关的有以下几点。
(l)水的极性水分子中裸露的氢原子核能与电负性元素形成氢键，水分子之间由于氧键会发生强烈的缔合作用，如与固体物料表面发生氢键作用，则将强化水分子在物料表面的附着状态而不利于固‐液分离的进行。
(2)水的黏性它是流体反抗变形的一种性质，反映了流体分子间的相互作用，对水的研究结果表明，它是一种牛顿型流体。
水的黏度是温度的函数，改变温度会对分离效率产生显著的影响。
但是由于生物细胞及其产物存在热敏性，所以一般在室温和低温下操作，因而水的黏度可看作常量。
(3)水的表面张力水是除汞以外具有最高表面张力的液体，且其表面张力随温度的升高而降低。
水在固体表面的附着程度及在孔隙内的深入程度都与水的表面1 / 13张力直接相关。
一般说来，液体介质的表面张力越大，固‐液分离越困难，因此降低水的表面张力是提高固‐液分离效率的有效途径之一，向悬浮液中添加表面活性剂则是目前行之有效的手段。
同相在这里丰要是指培养液巾悬浮的生物体细胞，现在工业生物技术生产过程中典型的生物体的形状和大小见图 3.1 和表 3.1。
这些细胞不仅尺寸小，形态多样，而且是易变性的柔软体，已经压缩就会变形。
由于生物体的特殊性，导致其固液分离与一般情况有所不同（见表 3.2）。
[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
发酵液的预处理课堂PPT
• 自动板框过滤机：
• 是一种较新型的压滤设备，板框的拆装，滤渣的脱落 卸出和滤布的清洗等操作都能自动进行，大大缩短了非生 产的辅助时间和减轻了劳动强度。
常用技术措施
对于菌体较细小、粘度较大的发酵液，可加入助滤剂或 采用絮凝等方法预处理后进行压滤。
对于难过滤的枯草杆菌发酵液，可设计一种特别薄的滤 框以减小滤饼的阻力。
非金属织补棉：化学纤维、玻璃纤维织品、长纤维 滤布、短纤维滤布。
金属织布：不锈钢丝或铁丝等的织布。
无纺品：纸、毡、石棉板、合成纤维无纺布等。
22
2.滤饼的压缩性及助滤剂 （1）滤饼的压缩性：受力不变形的颗粒形成的滤饼 称不可压缩性滤饼，反之则称为可压缩性滤饼。发酵 液悬浮颗粒属于可压缩性颗粒 。 （2）助滤剂：减小过滤阻力、提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。
（3）过滤推动力：过滤介质两侧的压力差。 （4）过滤速率：单位时间内通过的滤液体积。
3.过滤方式分类： 常压过滤、加压过滤、减压过滤、离心过滤。
23
4、过滤基本方程式
衡量各种物质过滤特性的主要指标是滤饼的重量比阻r B（α），表示单位滤饼厚度的阻力系数，与滤饼的结构特
性有关。
对于不可压缩性滤饼，比阻值为常数，但对于可压缩性
➢ 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
20
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：
发酵液的预处理与菌体的回收
第二章 发酵液的预处理和菌体的回收
固 体 颗
vg
dp2(S L)g 18L
粒
沉
S 为固体密度
降
L 为液体密度
速
d p 为固体颗粒直径
度
L 为液体黏度
g 为重力加速度
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与固液分离相关的微生物发酵液特性： ①发酵产物浓度较低，大多为1％～10％，悬浮液中大部
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管式离心机
管式离心机也是一种沉降式 离心机，可用于液液分离和 固液分离。当用于液液分离 时为连续操作，而用于固液 分离时则为间歇操作，操作 一段时间后需将沉积于转鼓 壁上的固体定期人工卸除。
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管式离心机的转鼓直径较小，容量有限，因此生产 能力较小。转速相对较低的管式离心机最大处理 量可达10m3／h。
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（一）离心分离 离心分离是利用转鼓高速转动所产生的离
心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的 分离的过程。
特点：分离速率快、分离效率高、液相澄 清度好等优点。
缺点：设备投资高、能耗大，此外连续排 料时，固相干度不如过滤设备。
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1 降低液体粘度
① 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。
② 升高温度：可有效降低液体粘度，提高过滤速
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细胞组成
类型 细菌
蛋白质 （%）
40-70
酵母
40-50
固 体 颗
vg
dp2(S L)g 18L
粒
沉
S 为固体密度
降
L 为液体密度
速
d p 为固体颗粒直径
度
L 为液体黏度
g 为重力加速度
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与固液分离相关的微生物发酵液特性： ①发酵产物浓度较低，大多为1％～10％，悬浮液中大部
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管式离心机
管式离心机也是一种沉降式 离心机，可用于液液分离和 固液分离。当用于液液分离 时为连续操作，而用于固液 分离时则为间歇操作，操作 一段时间后需将沉积于转鼓 壁上的固体定期人工卸除。
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管式离心机的转鼓直径较小，容量有限，因此生产 能力较小。转速相对较低的管式离心机最大处理 量可达10m3／h。
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（一）离心分离 离心分离是利用转鼓高速转动所产生的离
心力，来实现悬浮液、乳浊液分离或浓缩的 分离的过程。
特点：分离速率快、分离效率高、液相澄 清度好等优点。
缺点：设备投资高、能耗大，此外连续排 料时，固相干度不如过滤设备。
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1 降低液体粘度
① 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。
② 升高温度：可有效降低液体粘度，提高过滤速
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细胞组成
类型 细菌
蛋白质 （%）
40-70
酵母
40-50
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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。除此之外，还能有效地除 去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质量。 因此，凝聚和絮凝是目前工业上最常用 的预处理方法之一。常用于菌体细小而 且粘度大的发酵液的预处理。
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胶体双电层的构造
凝聚作用就是向胶体悬浮液中加 入某种电解质，在电解质中异电 离子作用下，胶粒的双电层电位 降低，使胶体体系不稳定，胶体 粒子间因相互碰撞而产生凝集 （1mm左右）的现象。
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絮凝剂的分类
根据其活性基团在水中解离情况的不同，絮凝剂可分 为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。
根据其来源的不同，工业上使用的絮凝剂又可分为如 下三类： (1)有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚 苯乙类衍生物。 (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、脱乙酰壳多糖等。
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。
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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。
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1 降低液体粘度
① 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。
② 升高温度：可有效降低液体粘度，提高过滤速
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滤饼的过滤速率
dQ dt
Ap
L R m
RC
A 过滤面积
p 操作 压
L 滤液的黏度
R m 介 质 阻力
R 滤饼阻力 C
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（一）发酵液过滤特性的改变
目的：通过对发酵液进行 适当的预处理，即可改善其 流体性能，降低滤饼阻力， 提高过滤与分离的速率。
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工业技术中典型的固体粒子
固体粒子的类型 细胞碎片 细菌细胞 酵母细胞 哺乳动物细胞 植物细胞 真菌菌丝或丝状 细菌 絮凝物
尺寸（m× m)
<0.4 × 0.4
1 ×2
7 ×10
40 ×40 100 ×100
尺寸增加 回首费 用增加
1-10丝网状
100 ×100 3722中国最大的资料库下载
Al3+>Fe 3+ >H+> Ca2+> Mg2+ >K + >Na + >Li + 。
常用的凝聚电解质有硫酸铝(明 矾)、氯化铝、三氯化铁、硫酸 亚铁、石灰、硫酸锌、碳酸镁等。
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絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下， 基于桥架作用，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，产生桥架联接时， 形 成 粗 大 的 絮 凝 团 （ 10mm ） 的 过 程。絮凝是一种以物理的集合为 主的过程。
2 调整pH pH值直接影响发酵液中 Nhomakorabea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。此法是 发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。
如利用酸碱性来调液pH值使蛋白质等两性物质 达到等电点得以除去。又如过滤中，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。
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。
注意事项：严格控制加热温度与时间。首先，加
热的温度必须控制在不影响目的产物活性变质的范围
内；其次，温度过高或时间过长，会使细胞溶解，胞
内物质外溢，增加发酵液的复杂性，影响其后的产物
分离与纯化。
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发酵液的预处理
发酵液的预处理目的和内容： ① 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； ② 分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂 质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各 工序的顺利进行。 发酵液的预处理主要包括： ①发酵液过滤特性的改变； ②相对纯化。
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细胞组成
类型 细菌
蛋白质 （%）
40-70
酵母
40-50
丝状真菌 10-25
藻类
10-60
核酸（%） 多糖（%） 类脂物 （%）
13-34 2-10
10-15
4-10
<15
1-6
1-3
<10
2-9
1-5
<15
4-80
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3 凝聚与絮凝 采用凝聚和絮凝技术能有效改变细
分是水，处理体积量大； ②各类细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大； ③细胞含水量大，可压缩性大，一经压缩就会变形； ④流变特性复杂，液相粘度大，吸附在滤布上； ⑤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。 ⑥动植物细胞没有微生物细胞耐剪切，不适于离心。
因此，这些特性使得发酵液的过滤与离心相当困难。
方法：调酸(等电点)、热 处理、电解质处理、添加凝 聚剂、添加表面活性物质、 添加反应剂、冷冻—解冻及 添加助滤剂等。
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滤饼的过滤速率
dQ dt
Ap
L R m
RC
A 过滤面积
p 操作 压
L 滤液的黏度 R m 介 质 阻力 R C 滤饼阻力
第二章 发酵液的预处理和菌体的回收
固 体 颗
vg
dp2(S L)g 18L
粒
沉
S 为固体密度
降
L 为液体密度
速
d p 为固体颗粒直径
度
L 为液体黏度
g 为重力加速度
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与固液分离相关的微生物发酵液特性： ①发酵产物浓度较低，大多为1％～10％，悬浮液中大部
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胶体双电层的构造
凝聚作用就是向胶体悬浮液中加 入某种电解质，在电解质中异电 离子作用下，胶粒的双电层电位 降低，使胶体体系不稳定，胶体 粒子间因相互碰撞而产生凝集 （1mm左右）的现象。
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絮凝剂的分类
根据其活性基团在水中解离情况的不同，絮凝剂可分 为非离子型、阴离子型和阳离子型三类。
根据其来源的不同，工业上使用的絮凝剂又可分为如 下三类： (1)有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚 苯乙类衍生物。 (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、脱乙酰壳多糖等。
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。
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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。
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1 降低液体粘度
① 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。
② 升高温度：可有效降低液体粘度，提高过滤速
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滤饼的过滤速率
dQ dt
Ap
L R m
RC
A 过滤面积
p 操作 压
L 滤液的黏度
R m 介 质 阻力
R 滤饼阻力 C
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（一）发酵液过滤特性的改变
目的：通过对发酵液进行 适当的预处理，即可改善其 流体性能，降低滤饼阻力， 提高过滤与分离的速率。
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工业技术中典型的固体粒子
固体粒子的类型 细胞碎片 细菌细胞 酵母细胞 哺乳动物细胞 植物细胞 真菌菌丝或丝状 细菌 絮凝物
尺寸（m× m)
<0.4 × 0.4
1 ×2
7 ×10
40 ×40 100 ×100
尺寸增加 回首费 用增加
1-10丝网状
100 ×100 3722中国最大的资料库下载
Al3+>Fe 3+ >H+> Ca2+> Mg2+ >K + >Na + >Li + 。
常用的凝聚电解质有硫酸铝(明 矾)、氯化铝、三氯化铁、硫酸 亚铁、石灰、硫酸锌、碳酸镁等。
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絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下， 基于桥架作用，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，产生桥架联接时， 形 成 粗 大 的 絮 凝 团 （ 10mm ） 的 过 程。絮凝是一种以物理的集合为 主的过程。
2 调整pH pH值直接影响发酵液中 Nhomakorabea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。此法是 发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。
如利用酸碱性来调液pH值使蛋白质等两性物质 达到等电点得以除去。又如过滤中，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。
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。
注意事项：严格控制加热温度与时间。首先，加
热的温度必须控制在不影响目的产物活性变质的范围
内；其次，温度过高或时间过长，会使细胞溶解，胞
内物质外溢，增加发酵液的复杂性，影响其后的产物
分离与纯化。
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发酵液的预处理
发酵液的预处理目的和内容： ① 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； ② 分离菌体和其他悬浮颗粒，除去部分可溶性杂 质和改变滤液的性质，以利于提取和精制后继各 工序的顺利进行。 发酵液的预处理主要包括： ①发酵液过滤特性的改变； ②相对纯化。
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细胞组成
类型 细菌
蛋白质 （%）
40-70
酵母
40-50
丝状真菌 10-25
藻类
10-60
核酸（%） 多糖（%） 类脂物 （%）
13-34 2-10
10-15
4-10
<15
1-6
1-3
<10
2-9
1-5
<15
4-80
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3 凝聚与絮凝 采用凝聚和絮凝技术能有效改变细
分是水，处理体积量大； ②各类细胞的颗粒小，相对密度与液相相差不大； ③细胞含水量大，可压缩性大，一经压缩就会变形； ④流变特性复杂，液相粘度大，吸附在滤布上； ⑤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。 ⑥动植物细胞没有微生物细胞耐剪切，不适于离心。
因此，这些特性使得发酵液的过滤与离心相当困难。
方法：调酸(等电点)、热 处理、电解质处理、添加凝 聚剂、添加表面活性物质、 添加反应剂、冷冻—解冻及 添加助滤剂等。
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滤饼的过滤速率
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Ap
L R m
RC
A 过滤面积
p 操作 压
L 滤液的黏度 R m 介 质 阻力 R C 滤饼阻力
第二章 发酵液的预处理和菌体的回收
固 体 颗
vg
dp2(S L)g 18L
粒
沉
S 为固体密度
降
L 为液体密度
速
d p 为固体颗粒直径
度
L 为液体黏度
g 为重力加速度
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与固液分离相关的微生物发酵液特性： ①发酵产物浓度较低，大多为1％～10％，悬浮液中大部