文档介绍：发酵液的预处理和固液分离方法综述

摘要:
从微生物发酵液或细胞培养液中提取生化物质的第一个重要步骤,就是预处理和固液分离。其目的不仅在于分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒,还希望除去部分可溶性杂质和改变滤液的性质,以利于后续的各步操作。
关键字:
预处理固液分离
正文:
发酵液预处理
微生物发酵和细胞培养的目标产物主要有菌体、胞内产物和胞外产物三类物质。从发酵液和细胞培养液中提取所需的生化物质,第一步就需进行预处理,以便于固液分离,使代谢产物后续的分离纯化工序顺利进行。其原因有三个方面:首先,发酵液多为悬浮液,粘度大,为非牛顿型流体,不易过滤,而所需的生化物质往往只有分布在液相,才能有效地提纯。并且,在有些发酵液中,菌体自溶,核酸、蛋白质及其他有机粘性物质这三类物质会造成滤液混浊、滤速极慢,必须设法增大悬浮物的颗粒直径,提高沉降速度,以利于过滤;其次,目标产物在发酵液中的浓度通常较低;此外,发酵液的成分复杂,大量的菌丝体、菌种代谢物和剩余培养基会对提取造成很大的影响。所以,对发酵液进行适当的预处理,从而分离细胞、菌体和其他悬浮颗粒(如细胞碎片、核酸以及蛋白质的沉淀物),并除去部分可溶性杂质和改变发酵液的过滤性能,是生化物质分离纯化过程中必不可少的首要步骤。
预处理方法要根据发酵产品、所用菌种和发酵液特性来选择。大多数发酵产品存于发酵液中,少数存于菌体中,而发酵液和菌体中都有产物存在的情形也比较常见。如果目的产物是胞外产物,则通过离心或过滤实现固液分离,使其转入液相;而对于胞内产物而言,收集细胞是预处理的首要一步。细胞经破碎或整体细胞萃取使目的产物释放,转入液相,再进行细胞碎片的分离。如果所需的产物为细胞,离心或过滤所得固相经干燥等过程就可得到菌体。图1-1为生化产品分离纯化的一般步骤,图中虚线以上为预处理过程示意图。
图1-1 生化产品分离纯化的一般步骤【1】
预处理简述
发酵液经过预处理,一些物理性质会改变,从悬浮液中分离固形物的速度随之提高,过滤操作更易进行;在预处理过程中,产物大多转移进入易于后处理的相中(一般为液相)。同时,发酵液中的部分杂质也得以去除。
发酵液的预处理过程一般包括以下几部分:
(1)发酵液杂质的去除:包括除去蛋白质、无机离子以及色素、热原质、毒性物质等有机物质。
(2)改善培养液的处理性能:主要通过降低发酵液的粘度,调节适宜的pH值和温度[1]及絮凝与凝聚等操作来实现。
预处理在生物技术产品的加工和提纯过程中相当重要。目的产物不同,采用的预处理方法也不同。并且,由于具体发酵液的实际情况差别很大,预处理方法就更加灵活,多样,应根据生产需要进行选择和改进。
发酵液预处理之后,再进行固液分离,进入后续的分离纯化工艺。
发酵液杂质的去除
发酵液成分复杂,目的产品与许多溶解的和悬浮的杂质夹杂在一起。在这些杂质中对提取影响最大的是高价无机离子和杂蛋白。在采用离子交换法提炼时,高价无机离子,尤其是Ca2+ 、Mg2+ 、Fe3+的存在,会影响树脂对生化物质的交换容量。而杂蛋白,一方面,在采用离子交换法和大网格树脂吸附法提炼时会降低吸附能力,另一方面,在采用有机溶剂或两水相萃取时,常有乳化现象,使两相分离不清。除此之外,在常规过滤或膜过滤时,杂蛋白还会使滤速下降,污染滤