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发酵液的预处理和固液分离方法

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发酵 预处理 分离 方法
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14.发酵液的预 处理和固液分离 影响发酵液后处理的主要因素 粘度,杂蛋白 •影响树脂对产物的吸附能力; •在萃取操作中,易产生乳化,不利 于两相的分离; •污染滤膜,降低滤速 高价无机离子 当采用离子交换法提取产物时,影响 树脂对生化物质的交换容量 14.1发酵液的预处理 降低发酵液粘度 去除杂蛋白 14.1.1 凝聚和絮凝技术 这两项技术能有效地改变细胞、菌体 和蛋白质等胶体粒子的分散状态、使之聚集 ,增大体积,利于过滤,常用于菌体细小且 粘度大的发酵液预处理中。 凝 聚 定义: 在中性盐作用 下,由于双电层排斥 电位的降低,而使胶 体体系不稳定的现象 ,称凝聚。 φs φd ζ电位:可测 nζ电位: nζ电位与扩散层厚度δ和电动电荷密度q 成正比。扩散成厚度δ又与溶液的离子强度I 有关。高价阳离子的存在,可压缩扩散层厚 度,使电位迅速降低。 常用凝聚剂——高价阳离子 凝聚能力的次序为: Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+ 常用电解质: Al2(SO4)3·18H2O、AlCl3·6H2O、FeCl3、 ZnSO4、MgSO4 絮 凝 定义: 是指在某 些高分子絮凝剂存 在下,基于架桥作 用,使细胞聚集形 成粗大的絮凝团的 过程。 常用絮凝剂: 人工高分子聚合物:聚丙烯酰胺、聚苯乙烯,聚乙 稀亚胺的衍生物 无机高分子聚合物:聚合铝盐、聚合铁盐 天然有机高分子絮凝剂:壳聚糖、葡聚糖、明胶、 骨胶 微生物絮凝剂:糖蛋白,粘多糖,纤维素,核酸 聚丙烯酰胺絮凝剂 影响絮凝的因素 Ø絮凝剂的加量 Ø絮凝剂的分子量 Ø溶液的pH Ø搅拌速度 Ø搅拌时间 14.1.2 杂蛋白的其他去除方法 变性沉淀 热变性:适于热稳定物质 大幅度调整pH:根据产物特性反向调节 , 加有机溶剂 等电点沉淀 化合法沉淀 在酸性溶液中,蛋白质与阴离子 形成沉淀,如:三氯乙酸,水杨酸盐,钨 酸盐,苦味酸盐,鞣酸盐,过氯酸盐等 在碱性溶液中,与阳离子形成沉 淀,如:Ag+,Cu2+,Zn2+,Fe3+,Pb2+等 14.1.3 高价无机离子的去除 ØGa2+:加入草酸和草酸盐,生成草酸钙;加入 磷酸盐,生成磷酸钙 ØMg2+:加入草酸;加入磷酸盐,生成磷酸镁; 三聚磷酸钠(Na5P3O10),生成可溶性络合物 ØFe3+:加入黄血盐,生成普鲁士兰沉淀 14.2 发酵液的固液分离 14.2.1 影响固液分离的因 素 14.2.2 过滤 定义: 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。 过滤介质 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。 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。 过滤设备选择的依据 被过滤液体的特性 固形物含量1-10%是采用连续式过滤机的极限 。 生产规模:大规模——连续式 小规模——间歇式 操作条件 操作要求 过滤机的材料:食品和药品工业—聚丙烯或聚酯 过滤设备 板框过滤机 优点: 结构简单、装配紧凑、过滤面积大、允 许采用较大的操作压力,辅助设备少,动力消耗 小,过滤和洗涤质量好,对固形物含量要求低, 材料选择范围广。 缺点: 设备笨重、占地面积多、辅助时间长生 产效率低。 板框过滤机 真空转鼓过滤机 优点: 真空转鼓过滤机具有自动化程度高、操作连续、 处理量大。特别适合固体含量大(10%)的悬浮液的分离 ,在发酵工业中广泛用于霉菌、放线菌和酵母发酵液或细 胞悬浮液的过滤分离。 缺点: 由于受真空度的限制,不适于菌体较小和粘度较 大的细菌发酵液的过滤,且过滤所得固相的干度不如加压 过滤。 真空转鼓过滤机 14.2.3 离 心 定义: 借助离心机旋转所产生的离心力 的作用,促使不同大小,不同密度的粒子 分离的技术。 离心力(单位质量) 分离因数 n粒子的重力沉降速度 nStokes 定律: n n粒子的离心沉降速度 离心分离方法 差速离心——工业上最常用的离心分离方法 菌体 、细细 胞 大小 /μm 离心力/g 实验实验 室 工业业 规规模 大肠肠 杆菌 2-4150013000 酵母2-715008000 血小 板 2-45000- 红细红细 胞 6-91200- 淋巴 球 7-12500- 肝细细 胞 20-30800- 区带离心——多用于生化研究 事先在离心管中用某种低分子溶质调 配好密度梯度,在密度梯度之上加待处理的料液 后进行离心。 常用密度梯度物质: 蔗糖、CsCl、NaBr 实验室常用的转子 碟片式离心机 是传统离心机,为目前工业上应用最广 泛的离心机。分离因数可达1000-20000,最大处 理量达到300m3/h,常用于大规模的分离过程。 适用范围 细菌、酵母菌、放线菌、细胞碎片 离心分离设备 管式离心机 管式离心机是一种分离效率很高的离心分离 设备,其转鼓细长,可在15000-50000的高转速下工 作,分离因数可达104-6×105。它设备简单、操作稳 定。 适用范围 细胞、细胞碎片、细胞器、病毒、蛋白质、 核酸等。特别适合一般分离机难以分离的固形物含 量1% 发酵液的分离。 倾析式分离机 是一种靠离心力和螺旋的推动力作用 自动连续排渣的离心机。具操作连续、适 应性强、结构紧凑和维修方便的优点。分 离因数为1500-3000。 适用范围 特别适合固形物含量较多的悬浮液 的分离。 14.3 全发酵液提取 全发酵液的提取:从悬浮液中直接提取生 化物质 n膜技术 n双水相萃取 n扩张床(膨胀床):expended bed adsorption 膨胀床操作过程 全发酵液萃取装置 思考题: n1.为什么要进行发酵液预处理? n2.絮凝和凝聚的定义和区别。常用的絮凝 剂 n3.发酵液分离的主要方法. n4.分离和过滤的主要设备有哪些? n5 滤饼的比阻: 8.23X1014cm/g
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