发酵液预处理和过滤(教学材料)
发酵液的预处理和过滤
第十二章发酵液的预处理和过滤一、下游加工过程：通过微生物发酵过程、酶反应过程或动植物细胞大量培养获得的发酵液、反应液或培养液中分离、精制有关产品的过程称为下游加工过程(Down stream processing)用适当的方法将含量较小的初级产物从反应液或细胞中初步提取出来，再进一步精制加工，得到合格产品的过程。
下游加工的重要性①发酵混合物产品：如啤酒、葡萄酒、各种发酵饮料等。
只需经固--液分离和无菌处理即可。
成本一般为10％左右。
②小分子产品、非活性的大分子产品和细胞产品：即传统发酵工业产品，如乙醇、有机酸、氨基酸、抗生素、维生素、单细胞蛋白等。
这类产品分离的投资占整个工厂投资的60％左右，生产成本占30％左右。
③生物活性物质产品：如重组DNA(基因工程)产品、精制蛋白质产品。
这类产品的分离与精制相当复杂，其下游加工过程的费用可占整个生产费用的80％-90％。
二、下游加工过程的特点①发酵液是复杂的多相系统：含有细胞、代谢产物和残余培养基等，使得发酵液的固-液分离很困难。
②目的产物在发酵液中的含量低：传统发酵一般为1％-10％，活性物质产品则为0.01％-1％，而杂质含量很高，基因工程法生产的蛋白质，杂蛋白。
③产物收率低：由于起始浓度低，杂质多，而成品要求纯度高，因此常需好几步分离操作，其结果使产品的收率下降。
酶制剂收率一般为70％左右,精制收率不到50％；基因工程产品，收率达30％-40％.④产物易于失活：遇热、极端pH、有机溶剂、某些金属离子等都会引起失活或分解，对于大分子的蛋白质产品，其活性还受剪切力的影响。
⑤发酵过程不稳定：在发酵培养过程中，由于生物的变异性大，各批发酵液中有效物质浓度，残余培养基等杂质含量，以及杂菌感染程度等不尽相同。
⑥生物安全问题：对于某些基因工程产品，应注意生物安全问题，即要防止菌体的扩散，特别对前几步操作，要求在密封环境下进行。
下游加工过程的一般流程1、一般说来，下游加工过程可分为4个阶段：培养液(发酵液)的预处理和固液分离；初步纯化(提取)；高度纯化(精制)；成品加工。
第二章发酵液的预处理---《生物质分离与纯化技术》课件
第九页，共84页。
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
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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。
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第十三页，共84页。
麦芽汁的黏度-温度曲线。
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二 预处理-加热
2）加热使蛋白质变性凝固
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
滑移面上的电位为ζ, 称ζ电位（电动电位） 。
第十五页，共84页。
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ζ电位的计算：
• D — 水的介电常数；
• q — 胶体的电动电荷密度，即滑移面上的电荷密 度； δ— 扩散层的有效厚度，即为吸附层和扩散层界 面处电位φd降低到其值为1/e处的距离，不能直接测
定.
• ζ电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双
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第二十二页，共84页。
《发酵液的预处理》课件
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。
第三章发酵液预处理精品文档
第三节 固液1）原理 利用转鼓高速转动所产生的 章 离心力，来实现悬浮液、浮浊液分离或 发 浓缩。
酵 液 预 处 理
第三节 固液分离工程及设备
（2）适用 由于离心力场所产生的离心
第 三 章
力可以比重力高几千至几十万倍，所以 利用离心分离可分离悬浮液中极小的固
体微粒和大分子物质。
第三章 发酵液预处理
第一节 发酵液过滤特性的改变
第一节 发酵液过滤特性的改变
第
三 章
发酵液成分复杂：菌体，残存的固体培养
基，未被微生物完全利用的糖类、无机盐、
发 蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。
酵
液
预
处
理
第一节 发酵液过滤特性的改变
发酵液特性
第 三 章
①发酵产物浓度较低，大多为1%—10%，悬 浮液中大部分是水；
预 铁、三氯化铁等。
处
理
第一节 发酵液过滤特性的改变
2、絮凝
第
三 ①相对凝聚颗粒粗大； 章 ②相对凝聚更为昂贵；
发 酵 液 预 处 理
第一节 发酵液过滤特性的改变
（1）絮凝剂的絮凝作用：
第
三 絮凝剂（能溶于水的高分子聚合物，相对分 章 子质量数万-1千万，长链结构）其链节上含
发 有许多活性官能团，阴离子或阳离子、不带 酵 电的非离子型基团，能通过静电引力、范德
发 酵
（4）分离因数（离心力强度）Fr
液 预
Fr表示了粒子在离心机中产生的离心加速
处 度与自由下降加速度之比。Fr越大，越有
理 利于分离。
第三节 固液分离工程及设备
第 三 章
发 酵 液 预 处 理
第三节 固液分离工程及设备
第 三 章
【优文档】生物工程下游技术发酵液预处理PPT
其中凝聚剂的作用，有些是对初始粒 子表面电荷的简单中和，另一些是消除双 电荷层（采用中性盐，如NaCl等）而脱稳， 还有一些是通过氢键或其他复杂的形式与 粒子相结合而产生凝聚。
电解质的凝聚能力可用凝聚值表示，即 使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度 （mmol/L）。
一般反离子的价数越高，凝聚值越小， 也就是说，凝聚能力越强。
Fr=2*104~106为超速成离心机。 液-液（或液-液-固）分离（即乳浊液的分离），称分离操作。
• 压滤器 应当注意，凝聚和絮凝是两种方法，两个概念，其具体处理过程也有差别，应该明确区分开来，不可混淆。
具有极性 压滤器 图13 各类超离心分离示意图
图3 水平圆盘过滤器 1—分配头 2—螺旋输送器 3—过滤盘
助滤剂表面具有吸附胶体的能力，并且 由此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，可保持良好的渗透性， 因此能大大提高过滤能力和生产效率，降低 过滤成本。
助滤剂的使用方法：
• 在滤布上预涂一层助滤剂，作为过滤介质 使用，待滤毕后与滤饼一起除去；
• 助滤剂按一定比例均匀地混入待滤的悬浮 液中，然后一起进入过滤机，使其形成较 松的滤饼，降低其可压缩性，让滤液可以 顺畅流通。
离心过滤 利用离心力并通过过滤介质，在有 孔转鼓离心机中分离悬浮液的操作。
离心分离和超离心
利用不同溶质颗粒在液体
中各部分布的差异，分离不同
相对密度液体的操作。
离心沉降的基本原理：固体沉降
当固体粒子在无限连续流体中沉降时， 受到两种力的作用，一种是连续流体对它的浮 力，另一种是流体对运动粒子的粘滞力。
图12 HR活塞推料离心机
根据物质的沉降系数、质量和形状不同， 应用强大的离心力，将混合物中各组分分离、 浓缩、提纯的方法称为超离心法。它在生物 化学、分子生物学以及细胞生物学的发展中 起着非常重要的作用。
《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
发酵液预处理课件
通过改变pH、离子强度、温度等条件 ，打破蛋白质与水的相互作用，使其 从溶解状态转变为不溶解状态，从而 实现蛋白质的沉淀。
蛋白质沉淀的方法
01
02
03
调节pH
通过加入酸或碱来调节发 酵液的pH，使其处于蛋白 质的等电点，从而实现蛋 白质的沉淀。
加热
通过加热发酵液，使蛋白 质变性，降低其在水中的 溶解度，从而实现蛋白质 的沉淀。
发酵液预处理课件
• 发酵液预处理概述 • 发酵液的固液分离 • 发酵液的蛋白质沉淀 • 发酵液的离子交换 • 发酵液的吸附分离 • 发酵液预处理的案例分析
01
发酵液预处理概述
发酵液预处理的定义
01
发酵液预处理是指在进行发酵产 物提取之前，对发酵液进行的一 系列操作，旨在去除杂质、提高 目标产物的纯度和收率。
。
离子交换的方法
静态离子交换
将待处理的溶液与离子交换剂混 合，经过一定时间的反应后，将 离子交换剂分离出来，实现目标
物的分离。
动态离子交换
将待处理的溶液通过离子交换柱， 利用离子交换剂对目标离子的吸附 作用，实现目标物的分离。
再生离子交换
对于已经饱和的离子交换剂，可以 采用再生方法进行处理，使其恢复 吸附能力。
沉降分离
沉降分离是通过发酵液中固体物质与液体部分的自然沉降速度差将两者分离的过程 。
沉降时间、温度和发酵液的物理性质对沉降效果有很大影响。
沉降分离适用于处理较清澈的发酵液，对于含有大量悬浮颗粒的发酵液处理效果不 佳。
03
发酵液的蛋白质沉淀
蛋白质沉淀的原理
蛋白质的溶解度
蛋白质在水中的溶解度取决于其与水 的相互作用，包括电荷、极性基团和 疏水基团。
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。
第三章 发酵液的预处理
第三章发酵液的预处理教学基本要求：1. 掌握预处理的概念。
2. 熟悉固液分离方法。
时间安排：3学时。
教学形式：本章以讲授为主，中间部分进行部分提问，采用PPT课件讲课。
教学内容：通常发酵液和生物溶液是高粘度的和非牛顿流体，必须进行预处理。
一、预处理的目的：1、改变发酵液的理化性质：(黏度、颗粒、颗粒稳定性等)，固液分离速度，分离器分离效率。
2、目标产物转移其中一相(多数为液相)；。
3、去除发酵液中部分杂质，以利于后续各步操作。
二、预处理的方法1、加热法：最简单和最廉价的处理方法。
破坏凝胶结构、降低液体黏度、加速聚集。
去蛋白。
2、调节悬浮液的PH值：方法简单有效、成本低廉。
适当的PH值促进聚集。
3、凝聚和絮凝：凝聚：破坏溶质胶体颗粒表面的双电层，破坏胶体系统的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。
大小：1mm大小。
絮凝：在絮凝剂高分子聚合电解质的作用下，胶体颗粒和聚合电解质交连成网，形成10 mm大小的絮凝团过程。
絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网络作用凝聚剂种类：无机盐类：Al2(SO4)3.18(H2O)，AlCl3.6(H2O)，FeCl3，ZnSO4，MgCO3金属氧化物：Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、石灰等。
聚合无机盐：聚合铝、聚合铁等。
絮凝剂种类：阳离子型、阴离子型或非离子型天然聚合物：多糖类物质、海藻酸钠、明胶等人工合成聚合物：聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物、聚丙烯酸类等。
三、固液分离法类型：过滤、离心、重力沉降、气悬浮（一）过滤1概念：在一定的压力差下，将固液悬浮液通过一多孔性介质而实现固液分离的过程。
原理——筛分。
2、过滤介质无定形颗粒：颗粒活性炭、沙、无烟煤成形颗粒：烧结金属、烧结塑料非金属织物：尼龙、玻璃纤维金属织物：不锈钢丝网无纺品：纸、石棉3、助滤剂一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质，用于扩大过滤表面的适应范围，减轻细小颗粒的快速挤压变形和过滤介质的堵塞。
《发酵液的预处理》PPT课件
编辑ppt
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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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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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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）
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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。
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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
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。
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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。
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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
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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：
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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2、絮 凝
絮凝：指在某些高分子絮凝剂存在下，基于 桥架作用，使胶粒形成较大絮凝团的过程。
采用絮凝法可形成粗大的絮凝体，使发酵液较 易分离
专业课件
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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---NH2）基团以及 不带电荷的非离子型基团。
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；专M业课g件CO3
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。
专业课件
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高分子絮凝剂的吸专附业课和件 絮凝作用示意图
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专业课件
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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。
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4. 加入助滤剂 助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使
滤饼疏松，滤速增大。悬浮液中大量的细微胶体 粒子被吸附到助滤剂的表面上，改变了滤饼结构， 降低了过滤阻力。
常用的助滤剂 硅藻土、纤维素、石棉粉、白土、炭粒、淀 粉等。
最常用的是硅藻土，使用时，通常细粒用量为
500 g/m3；中等粒度用量为700 g/m3；粗粒用
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
污染、蛋白酶水解等作用的影响。
这些特性使得发酵液的过滤与分离相当困难。
专业课件
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1.2 改善发酵液过滤特性的物理化学方法
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：
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。
专业课件
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医药和食品工业其它絮凝剂
聚丙烯酸类阴离子絮凝剂（无毒）， 聚苯乙烯类衍生物， 无机高分子聚合物絮凝剂（聚合铝盐、聚合铁盐
量为700-1000 g/m3。专业课件
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5. 加入反应剂：
加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀， 如CaSO4，AlPO4等。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，且能使胶状物和 悬浮物凝固改善过滤性能；如发酵液中含有不溶性多糖物质， 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。
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。
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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
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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；
凝聚：指在电解质作用下，由于胶粒之间双电 层电排斥作用降低，电位下降，而使胶体体系不稳 定的现象。
凝聚值：使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度。 反离子的价数越高，该值就越小，即凝聚能力越强。
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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，因此常加入阳离子对发酵液进行凝聚。
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。 注意加热温度与时间，不影响产物活性和细胞的完 整性。
有加水稀释法和加热法
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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。
氨基酸、蛋白质等电点的调节；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；
目前最常见的高分子聚合物絮凝剂
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（含有胺专基业课）件
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聚丙烯酰胺絮凝剂
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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。
不影响目的产物，可消除发酵液中某些杂质对过滤的影响， 提高过滤速率。
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1.3 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。
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1、凝 聚
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。
主要有等电点沉淀法
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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。
第10章 发酵液Biblioteka 处理和过滤专业课件153
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。
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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；