发酵液预处理和固液分离.ppt

第二章 发酵液的预处理和固液分离 预处理和固液分离内容 发酵液的基本特性 二、预处理的目的 预处理的目的：促进从悬浮液中分离固形物的速度，提高固液分离的效率： （1）改变发酵液的物理性质，包括增大悬浮液中固体粒子的尺寸，降低液体黏度。 （2）相对纯化，去除发酵液中的部分杂质（高价无机离子和杂蛋白质），以利于后续各步操作。 （3）尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数是液相）。 降低液体的粘度可以有效提高过滤的速率。 1）加水稀释 会增加悬浮液的体积，加大后续过程的处理任务。 稀释后的过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能有效。 2）加热 A、加热降低液体粘度 液体黏度是温度的指数函数，升温是降低黏度的有效措施。 B、加热使蛋白质变性凝固，去除杂蛋白 变性蛋白质的溶解度小。 加热时必须严格控制温度和时间： 加热温度不能影响目的产物的活性及其他性质。避免氧化、分解、变性等。 加热时间不能太长，否则会使细胞溶解，胞内物质大量外溢，增加发酵液的复杂性，影响目的产物的分离纯化。 2、调节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。 细胞(碎片)及某些胶体物质在某个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。 调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是除去蛋白质的有效方法。大幅度改变pH还能使蛋白质变性凝固。 通过调整pH值改变膜过滤中易吸附分子的电荷性质，可减少膜堵塞和污染； 影响离子型絮凝剂的电离度。 pH值的调整需要注意： 保护目的物活性，一般不宜过酸或过碱。 加酸或加碱时要慢慢地边加边搅拌，避免局部浓度过高，引起目的产物变性。 采用凝聚与絮凝技术能有效的改变细胞、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。 还能有效的除去杂蛋白质和固体杂质，提高滤液的质量，因此絮凝与凝聚是目前工业上最常用的预处理方法之一。 凝聚是指在电解质作用下，由于胶粒之间扩散双电层电位下降，电排斥作用降低，破坏胶体体系的分散状态，使之不稳定相互凝集成1mm左右块状凝聚体的现象。 δ— 扩散层的有效厚度 当双电层的排斥力不足以抗衡胶粒间范德华引力时，由于热运动的结果，导致胶粒的相互碰撞而聚集。 由此可见，在发酵液中加入具有高价阳离子的电解质，由于ξ电位的降低和脱除胶粒表面水化膜，就导致了胶粒间的凝聚作用。 凝聚价或凝聚值： 使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mmoL/L)，称为凝聚价或凝聚值。 Schulze－Hardy法则（叔米-哈第）：反离子的价数越高，凝聚价越小，即凝聚能力越强。 阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力受化合价、水化半径、离子运动能力的影响，次序为 常用的凝聚剂电解质有： 指在某些高分子絮凝剂的作用下，基于架桥作用，使胶粒交联成团、形成10mm大小的较大絮凝团的过程。 采用凝聚方法得到的凝聚体，其颗粒是比较细小的，有时还不能有效的进行分离。 采用絮凝法则可以形成粗大的絮凝体，使发酵液较容易分离。 絮凝剂是一类易溶于水的高分子聚合物。 其分子量可高达数万甚至千万以上，它们具有长链线性结构，其链节上含有许多活性功能基团，可以带有多价电荷，如阴离子-COOH，阳离子-NH2，也可以是不带电的非离子型基团。 它们通过静电引力，范德华分子引力或氢键作用，强烈的吸附在不同颗粒的表面，当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附在不同颗粒的表面上，产生了架桥连接，生成粗大的絮团，这就是絮凝作用。 只要胶粒相互间排斥电位不太高，高分子聚合物的链节足够长，跨越的距离超过了颗粒间的有效排斥距离，就能把多个胶粒拉在一起，导致架桥絮凝。 2）高分子絮凝剂的吸附架桥作用 1）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）要求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，但相对分子量不能超过一定限度，以使其有良好的溶解性。 B、天然有机高分子絮凝剂 人工合成有机高分子絮凝剂虽然发展很快，但还存在着残留单体有毒，生物降解难等问题，所以其应用受到了限制。天然有机高分子絮凝剂具有无毒，易生物降解，原料来源广等优点。 天然有机高分子改性絮凝剂根据原料来源不同可分为淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。 其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。 C、无机高分子聚合物 有聚合铁系和铝系两大类 铁系絮凝剂具有操作简单、费用低，受温度影响小，亲和力强，能有效地去除悬浮物、表面活性剂、破坏油水乳状液的能力很强等优点，缺点腐蚀性强、稳定性差。 铝系是目前应用广、工艺较成熟的一类无机金属盐絮凝剂，絮凝效果好，缺点具毒性等。 D、微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是近年来研究和开发的新型