发酵液预处理与浓缩.ppt

发酵液预处理与浓缩
凝聚与絮凝
凝聚与絮凝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。
凝聚和絮凝
凝聚和絮凝是两种方法，两

在过饱和溶液中已有晶核形成或加入晶种后，以过饱和度为推动力，晶核或晶种将长大，这种现象称为晶体生长。
提高晶体质量的方法
（1）晶体质量包括三个方面的内容：
晶体大小、形状、纯度
（2）影响晶体纯度的因素：
母液中的杂质、结晶速度、晶体粒度及粒度分布

（1）自然起晶法：
（2）晶种起晶法：

经过一次粗结晶后，得到的晶体通常会含有一定量的杂质。此时工业上常常需要采用重结晶的方式进行精制。
重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶剂和不同温度下的溶解度不同，将晶体用合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的晶体。
重结晶的操作过程
（1）选择合适的溶剂；
（2）将经过粗结晶的物质加入少量的 热溶剂中，并使之溶解；
（3）冷却使之再次结晶；
（4）分离母液；
（5）洗涤
分离实例 —— 西地兰
毛花毛地黄干燥叶粉
70%乙醇热提三次
醇提液
减压浓缩至含乙醇20%，放冷
胶状沉淀
（叶绿素等杂质）
稀醇液
减压浓缩至无醇味
浓水液
氯仿洗涤
氯仿液
浓水液
加乙醇至22%
稀醇液
水液
氯仿液
氯仿萃取三次
氯仿液
回收氯仿
残留物
少量CH3OH与水
混合苷结晶
甲醇-氯仿-水 分配
氯仿层
(主要是苷A、B)
水层
浓缩
结晶(苷B、C)
甲醇-氯仿-水 分配
水层
氯仿层(苷B)
水层
浓缩，过滤
结晶 (苷C)
溶于乙醇，加Ca(OH)2
减压浓缩，结晶
结晶 (苷C)
甲醇重结晶
西地兰纯品
第三节 膜分离
Membrane separation是利用特殊制造的、具有选择透过性能的膜，在外力推动下对混合物进行分离、提纯、浓缩的一种分离方法。
膜分离概述
膜的定义：
在一种流体相间有一薄层凝聚相物质，把流体相分隔开来成为两部分，这一薄层物质称为膜
膜还必须具有高度的渗透选择性
膜分离的基础
根据质量、体积和几何形态差异进行分离。如过滤（Fitration，F）、微滤（Microfiltration，MF）（～10微米）和超滤（Ultrafiltration，UF） （～） 。
膜分离的特点
①分离效能高。
②膜分离过程都不发生相变，能耗低。
③膜分离过程的工作温度在室温附近，膜分离设备本身没有运动的部件，结构紧凑、维修费用低，易于自动化。
④设备体积小，占地少。
⑤膜分离可直接插入已有的生产工艺流程。
膜分离存在的问题
①在操作中膜面会发生污染，使膜性能降低；
②膜的耐压性、耐热性、耐溶剂是有限的，故应用范围受限制；
③仅采用膜分离技术分离效果有限，往往需要与其他分离工艺组合起来使用。
按膜孔径大小分类
微滤膜
～10 µm
超滤膜
～ µm （1～20 nm）
反渗透膜
～ µm （～1 nm）
纳米过滤膜
平均直径2 nm。
膜原理
膜的性能参数
孔道特征包括孔径（pore size ）、孔径分布和孔隙度。
孔径分布（pore size distribution）是指膜中一定大小的孔的体积占整个孔体积的百分数。
孔隙度（effective number of pores）是指整个膜中孔所占的体积百分数。
水通量：水通量为每单位时间内通过单位膜面积的水体积流量，也叫透水率，即水透过膜的速率。
µm
µm
3 µm
20 µm
膜的电镜照片
中空纤维超滤膜结构
单 内 皮 层
双 皮 层
单内皮层中空纤维超滤膜结构
膜污染的处理与再生
用物理方法清洗
化学清洗方法
①起溶解作用的物质：酸、碱、酶（蛋白酶）、螯合剂、表面活性剂、分散剂。
②起切断离子结合作用的方法：改变离子强度、pH、电位。
③起氧化作用的物质：过氧化氢、次氯酸盐。
膜组件的结构和特点
管式膜组件
tubular membrane
module
平板膜组件
平板膜组件结构
parallel-plate membrane module
螺旋卷式膜组件
螺旋卷式膜组件结构
spiral-wound
membrane module
膜分离在生物工程中的的应用
膜分离技术在生物工程中应用广泛