分离工程实验PPT课件：发酵液预处理与固液分离实验
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(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：
Ch2 发酵液的预处理和固液分离方法幻灯片
5
6
②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，即产生电排斥作用，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，形成了包括于粒子周围的 水化层，也能阻碍胶粒间的直接聚集。但是水化膜 主要是伴随胶粒带电而引起的，一旦ζ电位降低或 消除，水化层也随之减弱消失。
T(s)
5 10 20
30
V(10-6m3) 40 55 80
95
求滤比阻和过滤介质阻力Rm。
23
解：据实验数据以q对 t/q 作图，得到一条过 滤操作直线，其截矩B≈0，即过滤介质阻力 Rm=0，由此可求得直线的斜率 M=(2.8 × 103))/(10.2 ×10-3 ) =2.75×105
热敏感的生化物质不易用该法。
36
六、全发酵液提取
为避开固液分离操作,从悬浮液中直接 提取生化物质是国内外学者探索的方向 第一，用膜分离技术进行全发酵液的提取 第二，用双水相萃取进行全发酵液的提取 第三，用扩张床吸附进行全发酵液的提取
37
本章小结：
重点： 难点： 作业：
1、改善发酵液的过滤性能方法有哪些？ 试简述之。
9
(2)絮凝作用(flocculation)：
①概念：
指在某些高分子絮 凝剂存在下，在悬 浮粒子之间产生架 桥作用，而使粒胶 形成粗大的絮凝团 的过程，它是一种 以物理的集合为主 的过程。
10
②絮凝剂按带电状况分：
阳离子絮凝剂、阴离子絮凝剂、非离子型的絮凝剂。
凝聚和絮凝机理的过程，常称为混凝。
③絮凝剂按其来源分：
6
②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，即产生电排斥作用，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，形成了包括于粒子周围的 水化层，也能阻碍胶粒间的直接聚集。但是水化膜 主要是伴随胶粒带电而引起的，一旦ζ电位降低或 消除，水化层也随之减弱消失。
T(s)
5 10 20
30
V(10-6m3) 40 55 80
95
求滤比阻和过滤介质阻力Rm。
23
解：据实验数据以q对 t/q 作图，得到一条过 滤操作直线，其截矩B≈0，即过滤介质阻力 Rm=0，由此可求得直线的斜率 M=(2.8 × 103))/(10.2 ×10-3 ) =2.75×105
热敏感的生化物质不易用该法。
36
六、全发酵液提取
为避开固液分离操作,从悬浮液中直接 提取生化物质是国内外学者探索的方向 第一，用膜分离技术进行全发酵液的提取 第二，用双水相萃取进行全发酵液的提取 第三，用扩张床吸附进行全发酵液的提取
37
本章小结：
重点： 难点： 作业：
1、改善发酵液的过滤性能方法有哪些？ 试简述之。
9
(2)絮凝作用(flocculation)：
①概念：
指在某些高分子絮 凝剂存在下，在悬 浮粒子之间产生架 桥作用，而使粒胶 形成粗大的絮凝团 的过程，它是一种 以物理的集合为主 的过程。
10
②絮凝剂按带电状况分：
阳离子絮凝剂、阴离子絮凝剂、非离子型的絮凝剂。
凝聚和絮凝机理的过程，常称为混凝。
③絮凝剂按其来源分：
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
【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。
发酵液预处理课件
蛋白质沉淀的机制
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。
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。
固液分离技术PPT课件
.
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
发酵液预处理和液相非均一体系分离技术 ppt课件
-+
-+ -
+ +
+
+ -
+
-
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
6 6
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。
Na5P3O10 + Mg2+→MgNa3PO10+2Na+
（络合物）
(3) 去Fe3+，加黄血盐，形成普鲁士兰沉淀。23 23
(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。
24 24
色素的去除
主要是吸附法，如活性炭吸附、树脂吸附等，可以不用或少用有机溶剂； 树脂常称为 “脱色树脂”，具有多孔性、表面积大、吸附能力强特点。 离子交换树脂也可以进行脱色；
D/K/N/T都为常数
结论：对带负电荷的发酵液， zi↑→δ↓→ξ↓，当双电层的排斥力不足 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。
9 9
凝聚价（凝聚值）
①定义：胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩 尔/升）。
②规律性：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+
《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）
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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
预处理及固液分离技术幻灯片PPT
第二章 预处理及固 液别离技术
2021.02
主要内容
预处理的本质〔固-液别离〕 发酵液的相对纯化方法 絮凝的根本原理和影响因素 细胞破碎的方法 影响离心别离的因素、方法及设备
发酵液的预处理
由于 目的产品在发酵液中浓度很低
与许多杂质〔溶解的和悬浮的〕夹在
一起，
需进展预处理
预处发酵理液的属目于的非牛顿型流体
高速珠磨机〔high spced bead mill〕 研磨是常用的一种方 法，它将细胞悬浮液 与玻璃小珠、石英砂 或氧化铝等研磨剂一 起快速搅拌，使细胞 获得破碎。
在工业规模的破碎中 常采用高速珠磨机。
超声波破碎器
超声波处理细胞悬浮液时， 破碎作用受许多因素的影 响，通常声强和振幅影响 很大，但强度太高易使蛋 白质变性，频率的变化影 响不明显：此外介质的离 子强度、pH值、菌体的 种类和浓度也有很大的影 响。
二、去除杂质的具体方法
1、无机离子－利用沉淀作用
钙离子：加草酸或磷酸盐 镁离子：磷酸盐 铁离子：加黄血盐，生成普鲁士蓝沉淀
2、可溶性蛋白质
发酵液的预处理主要是如何使可溶性 蛋白质变性沉淀除去。
蛋白质的性质和变性机理 1〕沉淀法：酸性溶液与碱性溶液 2〕变性法：加热、调pH、酒精、丙酮、外表活性
剂 3〕吸附法：有色物质
〔目标产物和其它组分的 性质及相互作用等〕 实际物系的特点、别离目的、别离程度
选择适当的操作条件〔离心转数和时间〕
使料液的不同组分得到分级别离
细胞破 离心 碎液 600g,10min
沉降层
（细胞膜碎片、线 粒体、溶菌酶）
沉降层/细胞核（4－6μm)
上清液 (细胞膜碎片、线粒体、溶菌
体、核糖体、水溶性物质
2021.02
主要内容
预处理的本质〔固-液别离〕 发酵液的相对纯化方法 絮凝的根本原理和影响因素 细胞破碎的方法 影响离心别离的因素、方法及设备
发酵液的预处理
由于 目的产品在发酵液中浓度很低
与许多杂质〔溶解的和悬浮的〕夹在
一起，
需进展预处理
预处发酵理液的属目于的非牛顿型流体
高速珠磨机〔high spced bead mill〕 研磨是常用的一种方 法，它将细胞悬浮液 与玻璃小珠、石英砂 或氧化铝等研磨剂一 起快速搅拌，使细胞 获得破碎。
在工业规模的破碎中 常采用高速珠磨机。
超声波破碎器
超声波处理细胞悬浮液时， 破碎作用受许多因素的影 响，通常声强和振幅影响 很大，但强度太高易使蛋 白质变性，频率的变化影 响不明显：此外介质的离 子强度、pH值、菌体的 种类和浓度也有很大的影 响。
二、去除杂质的具体方法
1、无机离子－利用沉淀作用
钙离子：加草酸或磷酸盐 镁离子：磷酸盐 铁离子：加黄血盐，生成普鲁士蓝沉淀
2、可溶性蛋白质
发酵液的预处理主要是如何使可溶性 蛋白质变性沉淀除去。
蛋白质的性质和变性机理 1〕沉淀法：酸性溶液与碱性溶液 2〕变性法：加热、调pH、酒精、丙酮、外表活性
剂 3〕吸附法：有色物质
〔目标产物和其它组分的 性质及相互作用等〕 实际物系的特点、别离目的、别离程度
选择适当的操作条件〔离心转数和时间〕
使料液的不同组分得到分级别离
细胞破 离心 碎液 600g,10min
沉降层
（细胞膜碎片、线 粒体、溶菌酶）
沉降层/细胞核（4－6μm)
上清液 (细胞膜碎片、线粒体、溶菌
体、核糖体、水溶性物质
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实验原理
3、板框过滤的结构特点： 本机所有密封部位全部安装了密封圈(乳白色硅橡胶
密封圈、无毒耐高温)，无渗漏、密封性能好。工作时为 加压密闭过滤，液料无损耗。液体澄清度好。另外，还 可根据用户需要，特制设有自动回流道，在泵停止转动 后，打开回流阀(兼有放气功能)所有沉积料自动回流排出。 在过滤高粘度料液时，能使液体畅通无阻，可使各种杂 质自动回流排出。同时用清水从回流道反冲滤材作临时 清选及为方便。
实验原理
但这些正离子还受到热运动的影响，具有离开胶粒表 面的趋势，在这两种相反作用的影响下，双电层就分裂成 两部分，在相距胶核表面约一个离子半径的stern平面以内， 正离子被紧密柬缚在胶核表面，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。这样就形成了扩散双电层的结构模型
本实验我们采用聚丙烯酸胺进行絮凝。在200毫升发酵 液中, 加入200ppm的阳离子型聚丙烯酰胺（分子量约400万 ）, 放置1h进行絮凝。
实验内容
（二）板框过滤 1、板框过滤设备使用前用3－5％的碳酸钠溶液反复冲洗，再用清
水冲洗，然后消毒，测PH值达到许可范围。 2、检查滤器的硅胶圈是否放好为平整，以防漏水，可将薄质的滤
实验原理
絮凝作用：有机高分子聚合物絮凝剂具有长链线状结 构，是水溶性聚合物，分子量高达数万至一千万以上，在 长的链节上含有相当多的活性功能团，可以带有多价电荷， 也可以不带电性。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。
《生物分离工程实验》
发酵液预处理与固液分离实验
实验目的
1、掌握发酵液预处理的主要方法 2、掌握发酵液固液分离的方法。 3、了解板框过滤设备的结构和工作原理。 4、掌握板框过滤的操作过程。
实验原理
1、凝聚与絮凝 凝聚技术：菌体或蛋白质等胶体粒子表面一般都带有
电荷，带电原因主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电 离。通常菌体带负电荷，由于静电作用使带正电荷的粒子 被吸附在周围，在界面上形成了双电层。
材用蒸馏水润湿后贴在网花面上，滤板则要放在硅胶圈内，压紧顶板。 3、启动输液泵时，先关闭进液阀，然后启动，注意电机的转向，
逐渐打开进液球阀所需压力，并排除空气，即可过滤，注意压力表的增高速度和突然降低的现象，以判断 滤材堵塞或破碎。
6、停泵时应先关闭进液阀，以防止液体回流击碎滤材，然后停 泵并打开放气螺栓，待滤液流净后松开顶板，即可更换滤材和清洗。
实验原理
实验原理
4、微孔滤膜： 适用于药厂、医院、饮料．生物试剂等单位对液体澄清处理，
一般0.65以上可以除微粒,0.45以下可以除细菌。使用方法和注意事 项：将滤膜平放在清洁盛器内，用蒸馏水浸泡约数分钟后放入适宜 的滤器内，即可使用。本膜适宜于PH2-9液体，对强酸、强碱酒精 等有机溶剂不宜使用。本品能耐温120℃，耐压0.3 - 0.4Mpa/cm2。 微孔滤膜只能作最后阶段的精密过滤，滤液须经砂棒或滤纸等粗的 滤材过滤，以免滤膜堵塞。常用规格 (mm)：150、200、300、400。 孔径 (um)：0.22、0.45、0.65、0.8、1.2、1.3、1.5。
实验内容
（一）发酵液的凝聚与絮凝 人们最早使用的絮凝剂是无机电解质。后来又证实了高
聚物电解质对微生物细胞的凝聚作用, 开始正式使用高分子 絮凝剂无机电解质和高分子电解质两类絮凝剂的絮凝原理不 尽相同, 预料采用无机物与高聚物配合使用的方法则它们在 絮凝作用上将会相辅相成，换言之, 这配合使用两类絮凝剂 的方案, 从理论上看是应该收到更好的成效的。
实验原理
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。
实验原理
2、板框过滤设备的工作原理： 板框过滤机用于各种悬浮液的固液分离，适用范围广。应用于医药、
食品、化工、环保、水处理等工业。悬浮液用料泵送入滤机每个密闭的 滤室，在压力作用下，滤液透过滤层及滤布、经滤布出液口排出，滤渣 则留在滤框内形成滤饼，从而达到固液分离的目的。可根据被滤液的不 同生产工艺(初滤、半精滤、精滤)要求更换不同滤材(直接选用微孔滤膜 可不经过微孔滤膜器即能达到无菌过滤目的)。用户也可根据生产流量 大小，相应减少或增加滤框滤板，使之适用生产需要。
7、如果采用微孔滤膜进行精滤，料液必须先用较粗的滤材预过 滤，以防堵塞微孔滤膜。
8、本机可选用的过滤介质：纱布、麻布、棉布、绸布、帆布、 尼龙绸、滤纸、石棉过滤板、微孔滤膜、超滤膜等。
思考题
1、常用的发酵液固液分离方法有哪些？各有什么优缺点？ 2、板框压滤机有哪些类型？分别