发酵液预处理和过滤
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
精品课件
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。 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。
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。
精品课件
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。
精品课件
1、凝 聚
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
主要有等电点沉淀法
精品课件
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。
精品课件
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。
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
精品课件
2wk.baidu.com 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； 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。
第10章 发酵液预处理和过滤
精品课件
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。
精品课件
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；
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。
精品课件
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
等）， 天然有机高分子絮凝剂（多聚糖类胶粘物、海藻
酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等）。
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 量为700-1000 g/m3。 精品课件
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。
精品课件
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
精品课件
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
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。
精品课件
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：
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；MgCO3
精品课件
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
精品课件
高分子絮凝剂的吸精附品课和件 絮凝作用示意图
精品课件
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。
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 。
精品课件
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。
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+
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（含有胺精基品课）件
聚丙烯酰胺絮凝剂
精品课件
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。
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。 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。
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。
精品课件
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。
精品课件
1、凝 聚
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
主要有等电点沉淀法
精品课件
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。
精品课件
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。
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
精品课件
2wk.baidu.com 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； 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。
第10章 发酵液预处理和过滤
精品课件
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。
精品课件
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；
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。
精品课件
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
等）， 天然有机高分子絮凝剂（多聚糖类胶粘物、海藻
酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等）。
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 量为700-1000 g/m3。 精品课件
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。
精品课件
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
精品课件
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
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。
精品课件
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：
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；MgCO3
精品课件
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
精品课件
高分子絮凝剂的吸精附品课和件 絮凝作用示意图
精品课件
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。
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 。
精品课件
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。
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+
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（含有胺精基品课）件
聚丙烯酰胺絮凝剂
精品课件
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。