发酵液预处理.ppt
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1、第一节第一节 发酵液预处发酵液预处 理与固液分离理与固液分离第二篇第二篇 目标产品的分离与纯化目标产品的分离与纯化 第五章第五章 细胞破碎、蛋白质复性细胞破碎、蛋白质复性和固液分离和固液分离1大家好一、发酵液的预处理l为什么要对发酵液进行预处理?为什么要对发酵液进行预处理?l预处理的目的是什么?预处理的目的是什么?l预处理有哪些方法?预处理有哪些方法?2大家好、发酵液的基本特性 产物浓度低产物浓度低 具有极性具有极性 黏度大黏度大 表面张力大表面张力大 性质不稳定性质不稳定3大家好、预处理的目的改变发酵液的物理性质,促进从悬浮液中分离改变发酵液的物理性质,促进从悬浮液中分离固形物的速度,提高固
2、液分离器的效率;固形物的速度,提高固液分离器的效率;尽可能使产物转入便于后处理的一相中(多数尽可能使产物转入便于后处理的一相中(多数是液相);是液相);去除发酵液中的部分杂质,以利于后续各步操去除发酵液中的部分杂质,以利于后续各步操作。作。4大家好 加热加热 调节调节pH值值 凝聚和絮凝凝聚和絮凝 使用惰性助滤剂使用惰性助滤剂 使用反应剂使用反应剂、发酵液预处理的方法5大家好 加热加热最简单和廉价的处理方法最简单和廉价的处理方法。可降低发酵液的黏度;可降低发酵液的黏度;除去某些杂蛋白;除去某些杂蛋白;降低发酵液的体积;降低发酵液的体积;破坏凝胶状结构;破坏凝胶状结构;注意:产品的热稳定性。注意
3、:产品的热稳定性。1、发酵液预处理的方法、发酵液预处理的方法加热加热6大家好 细细胞胞的的聚聚集集作作用用高高度度依依赖赖于于pH值值的的大大小小,恰恰当当的的pH值值能能够够促促进进聚聚集集作作用用。一一般般用用草草酸酸或或无机酸无机酸或或碱碱来调节。来调节。eg.eg.味精生产味精生产 青霉素的提取(王静康等)青霉素的提取(王静康等)2、发酵液预处理的方法、发酵液预处理的方法调调pH7大家好 凝凝聚聚和和絮絮凝凝都都是是发发酵酵液液预预处处理理的的重重要要方方法法,其其处处理理过过程程就就是是将将化化学学药药剂剂预预先先投投加加到到悬悬浮浮液液中中,改改变变细细胞胞、菌菌体体和和蛋蛋白白质
4、质等等粒粒子子的的分分散散状状态态,破破坏坏其其稳稳定定性性,使使它它们们聚聚集集成成可分离的可分离的絮凝体絮凝体,再进行分离。,再进行分离。3、发酵液预处理的方法、发酵液预处理的方法凝聚和絮凝凝聚和絮凝8大家好 这这两两种种方方法法的的特特点点是是不不仅仅能能使使颗颗粒粒尺尺寸寸有有效效增增加加,并并且且会会增增大大颗颗粒粒的的沉沉降降或或浮浮选选速速率率,提提高高滤滤饼饼的的渗渗透透性性或或者者在在滤滤床床过过滤时产生较好的颗粒保留作用。滤时产生较好的颗粒保留作用。9大家好 应应当当注注意意,凝凝聚聚和和絮絮凝凝是是两两种种方方法法,两两个个概概念念,其其具具体体处处理理过过程程也也有有差
5、差别别,应应该该明明确区分开来,不可混淆。确区分开来,不可混淆。10大家好 凝凝聚聚指指在在投投加加的的化化学学物物质质(如如水水解解的的凝凝聚聚剂剂:铝铝、铁铁的的盐盐类类或或石石灰灰等等)作作用用下下,胶胶体体脱脱稳稳并并使使粒粒子子相相互互聚聚集集成成1mm大大小小块块状状凝凝聚体的过程。聚体的过程。、凝聚、凝聚11大家好 凝聚剂的作用凝聚剂的作用对初始粒子表面电荷的简单中和;对初始粒子表面电荷的简单中和;消消除除双双电电荷荷层层(采采用用中中性性盐盐,如如NaCl等等)而脱稳;而脱稳;通通过过氢氢键键或或其其他他复复杂杂的的形形式式与与粒粒子子相相结结合合而产生凝聚。而产生凝聚。12大
6、家好u 电电解解质质的的凝凝聚聚能能力力可可用用凝凝聚聚值值表表示示,即即胶胶粒粒 发发 生生 凝凝 聚聚 作作 用用 的的 最最 小小 电电 解解 质质 浓浓 度度(mmol/L)。)。u 一一般般离离子子的的价价数数越越高高,凝凝聚聚值值越越小小,也也就就是说,凝聚能力越强。是说,凝聚能力越强。Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+13大家好 絮絮凝凝指指使使用用絮絮凝凝剂剂(通通常常是是天天然然或或合合成成的的大大分分子子量量聚聚电电解解质质)将将胶胶体体粒粒子子交交联联成成网网,形形成成10mm大小絮凝团的过程。大小絮凝团的过程。、絮凝、絮凝14大家好 其其中中絮絮凝凝剂
7、剂主主要要起起桇桇桥桥作作用用,工工业业上上使使用用到到的的有有聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺类类衍衍生生物物、聚聚合合铝铝盐盐、海海藻藻酸酸钠钠、壳壳聚聚糖糖等等,目目前前最最常常用用的的是是聚丙烯酰胺类衍生物聚丙烯酰胺类衍生物。15大家好16大家好 絮絮凝凝效效果果与与絮絮凝凝剂剂的的类类型型、剂剂量量、溶溶液液pH、搅拌速度、处理时间等有关。、搅拌速度、处理时间等有关。图图1 絮凝剂添加量对絮凝液滤速的影响絮凝剂添加量对絮凝液滤速的影响17大家好 还有一种方法还有一种方法混凝,它包括了凝聚和混凝,它包括了凝聚和絮凝两个过程。絮凝两个过程。混凝剂投加量必须适当。量不足,达不到混凝剂投加量必须适当。量
8、不足,达不到应用的混凝效果;量过大,则会造成胶体复稳应用的混凝效果;量过大,则会造成胶体复稳。、混凝、混凝18大家好eg.活性污泥活性污泥/混凝法处理高含盐染料废混凝法处理高含盐染料废水的实验研究水的实验研究(鲁秀国等)(鲁秀国等)水样的混凝处理中,有三个过程:水样的混凝处理中,有三个过程:细小颗粒聚集作用使颗粒变大;细小颗粒聚集作用使颗粒变大;絮状颗粒对水溶性物质的吸附作用;絮状颗粒对水溶性物质的吸附作用;絮状颗粒对水中悬浮粒子的粘着作用。絮状颗粒对水中悬浮粒子的粘着作用。19大家好 惰惰性性助助滤滤剂剂是是一一种种颗颗粒粒均均匀匀、质质地地坚坚硬硬、不不可可压压缩缩的的粒粒状状物物质质,用
9、用于于扩扩大大过过滤滤表表面面的的适适用用范范围围,使使非非常常稀稀薄薄或或非非常常细细小小的的悬悬浮浮液液在在过过滤滤时时发发生生的的快快速速挤挤压压和和介介质质堵堵塞塞现现象象得得到到减减轻轻,易于过滤。易于过滤。4、发酵液预处理的方法、发酵液预处理的方法助滤剂助滤剂20大家好 助助滤滤剂剂表表面面具具有有吸吸附附胶胶体体的的能能力力,并并且且由由此此形形成成的的滤滤饼饼具具有有格格子子型型结结构构,不不可可压压缩缩,滤滤孔孔不不会会被被全全部部堵堵塞塞,可可保保持持良良好好的的渗渗透透性性,因因此此能能大大大大提提高高过过滤滤能能力力和和生生产产效效率率,降降低低过滤成本。过滤成本。、助
10、滤剂的功能、助滤剂的功能21大家好在在滤滤布布上上预预涂涂一一层层助助滤滤剂剂,作作为为过过滤滤介介质质使用,待滤毕后与滤饼一起除去;使用,待滤毕后与滤饼一起除去;助助滤滤剂剂按按一一定定比比例例均均匀匀地地混混入入待待滤滤的的悬悬浮浮液液中中,然然后后一一起起进进入入过过滤滤机机,使使其其形形成成较较松松的的滤滤饼饼,降降低低其其可可压压缩缩性性,让让滤滤液液可可以以顺畅流通。顺畅流通。、助滤剂的使用方法、助滤剂的使用方法22大家好、惰性助滤剂的材料、惰性助滤剂的材料 硅硅藻藻土土、膨膨胀胀珍珍珠珠岩岩、石石棉棉、纤纤维维素素、未未活活化化的的碳碳、炉炉渣渣、重重质质碳碳酸酸钙钙或或这这些些
11、材材料料的的混合物。混合物。使使用用时时,要要根根据据目目的的产产物物、过过滤滤介介质质及及过过滤滤情情况况来来选选择择助助滤滤剂剂的的品品种种、助助滤滤剂剂的的粒粒度度、用量。用量。23大家好 在在发发酵酵液液中中加加入入某某些些不不影影响响目目的的产产物物的的反反应应物物,以以消消除除发发酵酵液液中中的的某某些些杂杂质质对对过过滤滤的影响,提高过滤效率。的影响,提高过滤效率。5、发酵液预处理的方法、发酵液预处理的方法反应剂反应剂24大家好发酵液中的杂质发酵液中的杂质a.高价无机离子(高价无机离子(Ca2+、Mg2+、Fe2+)b.杂蛋白杂蛋白u在采用离子交换提炼时,会影响树脂对生化物质的交
12、换容量。在采用离子交换提炼时,会影响树脂对生化物质的交换容量。u在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力;在采用离子交换和吸附法提取时会降低其交换容量和吸附能力;u在有机溶剂法或双水相萃取时,易产生乳化现象,使两相分离不清;在有机溶剂法或双水相萃取时,易产生乳化现象,使两相分离不清;u在常规过滤或膜过滤时,易使过滤介质堵塞或受污染,影响过滤效率。在常规过滤或膜过滤时,易使过滤介质堵塞或受污染,影响过滤效率。因此,在预处理时,应尽量除去这些物质。因此,在预处理时,应尽量除去这些物质。、发酵液的相对纯化、发酵液的相对纯化25大家好1、高价无机离子的去除方法、高价无机离子的去除方法1.
13、Ca2+草酸、草酸、草酸钠草酸钠,形成草酸钙沉淀形成草酸钙沉淀(注注意回收草酸意回收草酸);2.Mg2+三聚磷酸钠,三聚磷酸钠,形成三聚磷酸钠镁不形成三聚磷酸钠镁不溶性络合物;溶性络合物;3.Fe2+黄血盐,黄血盐,普鲁士蓝沉淀。普鲁士蓝沉淀。26大家好2、杂蛋白的去除方法、杂蛋白的去除方法蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中:蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中:l在酸性溶液中带正电荷;在酸性溶液中带正电荷;l在碱性溶液中带负电荷。在碱性溶液中带负电荷。在某一在某一pH下,净电荷为零,溶解度最小,下,净电荷为零,溶解度最小,称为等电点。称为等电点。、沉淀法、沉淀法27大家好l在酸性溶液中,蛋白质
14、与一些阴离子在酸性溶液中,蛋白质与一些阴离子,如三氯乙,如三氯乙酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过酸盐、水杨酸盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀;氯酸盐等形成沉淀;l在碱性溶液中,蛋白质与一些阳离子,在碱性溶液中,蛋白质与一些阳离子,如如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和和Pb2+等形成沉淀。等形成沉淀。酸碱调节,使蛋白质与盐或离子形成沉淀。酸碱调节,使蛋白质与盐或离子形成沉淀。28大家好.变性法变性法 加热;加热;大幅度调节大幅度调节pH值;值;加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。不足之处不足之处a.加热法只适合于对热较稳定
15、的目的产物;加热法只适合于对热较稳定的目的产物;b.极端极端pH值也会导致某些目的产物失活,且要消耗大量酸碱;值也会导致某些目的产物失活,且要消耗大量酸碱;c.有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。29大家好加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。在四环素类抗生素中,采用黄血盐和硫酸锌在四环素类抗生素中,采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来的协同作用生成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质
16、;吸附蛋白质;在枯草杆菌发酵液中,加入氯化钙和磷酸氢在枯草杆菌发酵液中,加入氯化钙和磷酸氢二钠,两者生成庞大的凝胶,把蛋白质、菌二钠,两者生成庞大的凝胶,把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中除去。体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中除去。、吸附法、吸附法30大家好二、固液分离31大家好 过过滤滤不不但但是是传传统统的的化化工工单单元元操操作作,而而且且是是目目前前工工业业生生产产中中用用于于分分离离细细胞胞和和不不溶溶性性物物质质的的主主要要方方法法,其其操操作作是是迫迫使使液液体体通通过过固固体体支支承承物物或或过过滤滤介介质质,把把固固体体截截留留,从从而而达达到到固固、液液分分离
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