文档介绍：第二章发酵液的预处理和菌体的回收
为固体密度
为液体密度
为固体颗粒直径
为液体黏度
为重力加速度
固体颗粒沉降速度
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与固液分离相关的微生物发酵液特性:
①发酵产物浓度较低,大多为1%~10%,悬浮液中大部分是水,处理体积量大;
②各类细胞的颗粒小,相对密度与液相相差不大;
③细胞含水量大,可压缩性大,一经压缩就会变形;
④流变特性复杂,液相粘度大,吸附在滤布上;
⑤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。
⑥动植物细胞没有微生物细胞耐剪切,不适于离心。
因此,这些特性使得发酵液的过滤与离心相当困难。
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工业技术中典型的固体粒子
固体粒子的类型
尺寸(mm× mm)
细胞碎片
< ×
尺寸增加
回首费用增加
细菌细胞
1 ×2
酵母细胞
7 ×10
哺乳动物细胞
40 ×40
植物细胞
100 ×100
真菌菌丝或丝状细菌
1-10丝网状
絮凝物
100 ×100
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发酵液的预处理
发酵液的预处理目的和内容:
①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,提高固液分离器的效率;
②分离菌体和其他悬浮颗粒,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。
发酵液的预处理主要包括:
①发酵液过滤特性的改变;
②相对纯化。
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滤饼的过滤速率
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(一)发酵液过滤特性的改变
目的:通过对发酵液进行适当的预处理,即可改善其流体性能,降低滤饼阻力,提高过滤与分离的速率。
方法:调酸(等电点)、热处理、电解质处理、添加凝聚剂、添加表面活性物质、添加反应剂、冷冻—解冻及添加助滤剂等。
滤饼的过滤速率
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1 降低液体粘度
①加水稀释法:能降低液体粘度,但会增加悬浮液的体积,加大后继过程的处理任务。而且,单从过滤操作看,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,即若加水一倍,则稀释后液体的粘度必须下降50%以上才能有效提高过滤速率。
②升高温度:可有效降低液体粘度,提高过滤速率。同时,在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚,形成较大颗粒的凝聚物,进一步改善了发酵液的过滤特性。
注意事项:严格控制加热温度与时间。首先,加热的温度必须控制在不影响目的产物活性变质的范围内;其次,温度过高或时间过长,会使细胞溶解,胞内物质外溢,增加发酵液的复杂性,影响其后的产物分离与纯化。
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2 调整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。此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一。
如利用酸碱性来调液pH值使蛋白质等***物质达到等电点得以除去。又如过滤中,发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附,通过调整pH值改变易吸附分子的电荷性质,即可减少堵塞和污染。
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细胞组成
类型
蛋白质(%)
核酸(%)
多糖(%)
类脂物(%)
细菌
40-70
13-34
2-10
10-15
酵母
40-50
4-10
<15
1-6
丝状真菌
10-25
1-3
<10
2-9
藻类
10-60
1-5
<15
4-80
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3 凝聚与絮凝
采用凝聚和絮凝技术能有效改变细胞、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。除此之外,还能有效地除去杂蛋白质和固体杂质,提高滤液质量。因此,凝聚和絮凝是目前工业上最常用的预处理方法之一。常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理。
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