第二章发酵液预处理和固

絮凝
絮凝：在高分子絮凝剂存在下，基 于架桥作用，使细胞、胶粒等聚集 成粗大的絮凝团。
絮凝剂：一种能溶于水的高分子聚 合物，相对分子质量大，具长链结 构（链节含许多活性官能团）。
作用力：由静电引力、范德华力或 氢键作用力等吸附于胶粒的表面。
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第二章发酵液预处理和固
絮凝剂
过碱。常用草酸
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二、发酵液的预处理（续）
凝聚与絮凝(最常用的预处理方法):
– 能有效改变细胞、细胞碎片及溶解大 分子物质、蛋白质等胶体粒子的分散 状态，使其聚集成较大颗粒，利于固 液分离，还能有效除去杂蛋白和固体 杂质。
– 常用于菌体细小，粘度大发酵液的预 处理。
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第二章发酵液预处理和固
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。
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。
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
一、微生物发酵液的特性
微生物发酵液的特性：
– 发酵产物浓度较低（1~10%），悬浮 液中大部分为水；
– 发酵液是组分非常复杂的混合物； – 悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差
不大； – 固体粒子的可压缩性大； – 液相粘度大（多为非牛顿型流体）； – 性质不稳定，随时间发生变化。
絮凝剂化学结构：
– 分子含相当多的活性官能团，使之能 与胶粒表面相结合；
– 必须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。
– 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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絮凝剂的分类
按其活性基团在水中的解离情况分为三 类：非离子型、阳离子型和阴离子型
阳离子对带负电荷的发酵液胶粒凝 聚能力的次序为：
Al3+Fe3+ H+ Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Li+
常用的凝聚剂（电解质）为： Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、 AlCl3 ·6H2O、FeCl3、ZnSO4等。
采用凝聚的方法得到的凝聚体颗粒 比较小。
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影响絮凝效果的因素
絮凝效果与发酵液的性状（细胞浓 度、表面电荷种类和大小）有关， 不同发酵液应选不同絮凝剂；
对一定发酵液，与絮凝剂的加量、 分子量和类型、溶液pH、搅拌速度 和时间有关；
在絮凝过程ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，常需加入一定的助 凝剂以增加絮凝效果。
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絮凝技术
优点：提高固液分离速度，分离菌 体、细胞和细胞碎片等；有效去除 杂蛋白质和固体杂质，提高滤液质 量。
按来源不同，工业使用的絮凝剂又分为：
– 有机高分子聚合物（聚丙烯酰胺类衍生物和 聚苯乙烯类衍生物、聚丙烯酸类阴离子）；
– 无机高分子聚合物（聚合铝盐、铁盐等）； – 天然有机高分子絮凝剂（聚糖类胶粘物、海
藻酸钠、明胶、壳多糖等） – 微生物絮凝剂（含糖蛋白、黏多糖、纤维素、
核酸等高分子）
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二、发酵液的预处理（改善发 酵液过滤特性的物化方法）
降低液体粘度：滤液通过滤饼的速率与液 体粘度成反比。
– 加水稀释法： ↓ ρ ， 过滤↑，会增加悬浮液的 体积，加大后续处理任务。
– 加热法：提高温度，有效↓ ρ， ↑ 过滤；蛋白 质凝聚成较大颗粒凝聚物。一般加热温度控 制在65~80ºC。 • 适用于对非热敏感性产品发酵液预处理； • 使用时严格控制加热温度和时间。
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二、发酵液的预处理（续）
加入助滤剂：
– 助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒， 可使滤饼疏松，提高过滤速度。
– 常用助滤剂：硅藻土、纤维素、石棉 粉、珍珠岩等。
– 加入方法：过滤介质表面预涂助滤剂； 直接加入发酵液中；或两种方法兼用。
第二章发酵液预处理和固
选择和使用助滤剂要点
根据目的产物选择助滤剂品种； 根据过滤介质和过滤情况选择助滤
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二、发酵液的预处理（续）
调整pH（预处理中较常用方法）：
– pH直接影响发酵液中某些物质的电离度和电 荷性质，调节pH可改善其过滤特性； 如调液pH值使蛋白质等达到等电点以除去；膜
过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附， 调pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵 塞和污染。 – 调pH时，选较温和的酸或碱，防止局部过酸、
亲和絮凝：细胞絮凝技术发展的新 动向，利用絮凝剂和细胞膜表面某 种组分间具有的专一性亲和连接作 用而产生吸附架桥作用。
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阳离子型高分子絮凝剂 ?
带负电荷的菌体 或蛋白质
?
非离子型和
阴离子型高分子絮凝剂
?
电解质
+
非离子型和 阴离子型高分子絮凝剂
包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混 凝。先加凝聚剂，再加絮凝剂。
剂品种； 粒度选择：
– 与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应。
– 胞内产物：收集菌体或细胞，进行破碎，使 目的产物移至液相，进行细胞碎片分离。
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发酵液的预处理
微生物发酵液的成分：
微生物菌体、残存的培养基、未 利用完的糖类、无机盐、蛋白质、微 生物的各种代谢产物等。
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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。
凝聚
凝聚：在电解质（中性盐） 作用下，胶粒间双电层电 排斥作用降低，电位下降， 使胶体体系不稳定的现象。
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 凝集的现象。
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凝聚技术
第二章 发酵液的预处理和 固液分离
第二章发酵液预处理和固
第一节 发酵液的预处理
预处理的目的：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性质，利 于提取精制后续工序的顺利进行；
菌种不同、发酵液特性不同，预处理方法 选择也不同。
– 胞外产物：经预处理使目的产物移至液相， 经固液分离，除去固相；