XY09 03发酵液预处理.ppt.ppt

第三章发酵液预处理
两个问题
1、为什么要进行发酵液的预处理?
不仅在于分离菌体和其他悬浮颗粒,还着眼于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。
2、如何选择合适的预处理方法?
各种发酵产品,由于菌种不同和发酵液特性不同,其预处理方法的选择也有不同。大多数发酵产物存在于发酵液中,也有少数产物存在于菌体中,或发酵液和菌体中都含有。
对于胞内产物,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;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。
第一节发酵液过滤特性的改变
发酵液的特性
特性:
⑴发酵产物浓度较低,大多为1~10%,悬浮液中大部分是水;
⑵悬浮物颗粒小,相对密度与液相相差不大;
⑶固体粒子可压缩性大;
⑷液相粘度大,大多为非牛顿型流体;
⑸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。
物理化学方法
一、降低液体粘度
常用方法:
(1)加水稀释法:有效(稀释后过滤速率提高的百分比必须大于加水比才能认为有效)
(2)加热法:同时,在适当温度和受热时间下使蛋白质凝聚,进一步改善了过滤特性。
严格控制加热温度与时间
二、调整PH
等电点法
对某一具体的单元操作的作用:改变大分子物质的电荷特性,减少堵塞和污染,如膜过滤。
一些物质(如细胞、细胞碎片、胶休物质等)在某个PH下也可能趋于絮凝,有利于过滤进行。
三、凝聚与絮凝
凝聚与絮凝其处理过程就是将化学药剂预先投加到悬浮液中,改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态,破坏其稳定性,使它们聚集成可分离的絮凝体,再进行分离。
1、概念上的差别
凝聚是指在电解质的作用下,由于胶粒之间双电层排斥作用降低,电位下降,而使胶体体系不稳定的现象。絮凝则是指在某些絮凝剂存在下,基于桥架作用,使胶粒形成较大絮凝团的过程。
2、凝聚
胶体粒子(10-100nm)中性盐促进下脱稳相互聚集成大粒子(1mm)
机理:
(1)中和粒子表面电荷
(2)消除双电层结构
发酵液的带电现象
发酵液中的细胞、菌体或蛋白质等胶体粒子的表面,一般都带有电荷,带电的原因很多,主要是吸附溶液中的离子或自身基团的电离。
发酵液的带电现象——双电层结构
通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷,由于静电引力的作用使溶液中带相反电荷的粒于(即正离子)被吸附在其周围,在界面上形成了双电层。
但是这些正离子还受到使它们均匀分布开去的热运动的影响,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,正离子被紧密束缚在胶核表面,称为吸附层或stern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。
胶体双电层结构