生物分離3.ppt

1、生物工業(yè)下游技術(shù),第三章 發(fā)酵液預(yù)處理,發(fā)酵液成分：微生物菌體及殘存的固體培養(yǎng)基外，還有未被微生物完全利用的糖類、無機鹽、蛋白質(zhì)，以及微生物的各種代謝產(chǎn)物。 目的：分離菌體和其他懸浮顆粒，除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液的性質(zhì)，以利于提取和精制后繼各工序的順利進行。 方法選擇：對于胞外產(chǎn)物，經(jīng)預(yù)處理應(yīng)盡可能使目的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到液相，然后經(jīng)固液分離除去固相；對于胞內(nèi)產(chǎn)物，則應(yīng)首先收集菌體或細(xì)胞，經(jīng)細(xì)胞破碎后,目的產(chǎn)物進入液相，隨后再將細(xì)胞碎片分離。,第一節(jié) 發(fā)酵液過濾特性的改變,微生物發(fā)酵液的特性可歸納為： 發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為1一10，懸浮液中大部分是水； 懸浮物顆粒小，相對密度與液相相差不大；

2、固體粒子可壓縮性大； 液相粘度大，大多為非牛頓型流體； 性質(zhì)不穩(wěn)定，隨時間變化，如易受空氣氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影響。 這些特性使得發(fā)酵液的過濾與分離相當(dāng)困難。,改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法,通過對發(fā)酵液進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，即可改善其流體性能，降低濾餅比阻，提高過濾與分離的速率。 一、降低液體粘度：加水稀釋法和加熱法 二、調(diào)整pH：等電點沉淀法 三、凝聚與絮凝 四、加入助濾劑：助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松，濾速增大。如：硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖、白土、炭粒、淀粉等。 五、加入反應(yīng)劑：不影響目的產(chǎn)物，可消除發(fā)酵液中某些雜質(zhì)對過濾的影響，提高過濾速率。,凝聚

3、與絮凝,凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 凝聚值：使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度。反離子的價數(shù)越高，該值就越小，即凝聚能力越強。 絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團的過程。 絮凝劑：是一種能溶于水的高分子聚合物，其相對分子質(zhì)量可高達(dá)數(shù)萬至一千萬以上，它們具有長鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團，包括帶電荷的陰離子或陽離子基團以及不帶電荷的非離子型基團。 目前，最常用的絮凝劑是有機合成的聚丙烯酰胺。,第二節(jié) 發(fā)酵液的相對純化,發(fā)酵液中雜質(zhì)很多，其中有些雜質(zhì)不僅直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和收得率，同時對后續(xù)

4、提取和精制有很大影響。 一、高價無機離子的除去 發(fā)酵液中主要的無機離子有：Ca2+；Mg2+；Fe2+等。 二、雜蛋白質(zhì)的除去 (1) 沉淀法：蛋白質(zhì)是兩性物質(zhì)，在酸性溶液中，能與一些陰離子（三氯乙酸鹽、水揚酸鹽）形成沉淀；在堿性溶液中，能與一些陽離子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。 (2) 變性法：使蛋白質(zhì)變性的方法很多，如：加熱，調(diào)節(jié)PH，有機溶劑，表面活性劑等。其中最常用的是加熱法。 (3) 吸附法：加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。,第三節(jié) 固液分離工程及設(shè)備,范圍：培養(yǎng)基、發(fā)酵液、某些中間產(chǎn)品和半成品。其中發(fā)酵液由于種類多、粘度大和成分復(fù)雜，分離最為困難。

5、 方法：分離篩、重力沉降、浮選分離、離心分離和過濾等，其中用于發(fā)酵液固液分離的主要是離心分離和過濾分離。 一、離心分離 二、過濾分離,一、離心分離,原理：利用轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的離心力來實現(xiàn)懸浮液、乳濁液的分離或濃縮。 優(yōu)點：分離速率快、分離效率高、液相澄清度好等。 缺點：設(shè)備投資高、能耗大。此外，連續(xù)排料時，固相干度不如過濾設(shè)備。 種類：多，按其作用原理不同，可分為過濾式離心機和沉降式離心機兩大類。,1碟片式離心機,2管式離心機,3傾析式離心機,二、過濾,原理：懸浮液通過過濾介質(zhì)時，固態(tài)顆粒與溶液分離。 過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾兩種。 澄清過濾：所用的過濾介質(zhì)為硅藻土、砂、顆?；钚蕴?/p>

6、、玻璃珠、塑料顆粒等，填充于過濾器內(nèi)即構(gòu)成過濾層；也有用燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬、粘合塑料及用金屬絲繞成的管子等組成的成型顆粒濾層。 濾餅過濾：過濾介質(zhì)為濾布，包括天然或合成纖維織布、金屬織布;氈、石棉扳、玻璃纖維紙、合成纖維等無紡布。 濾餅過濾按推動力的不同可以分為四種，即重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。,1板框過濾機,2真空轉(zhuǎn)鼓過濾機,3硅藻土過濾機,硅藻土：較純二氧化硅礦石?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定，具有極大的吸附和滲透能力，是良好的介質(zhì)和助濾劑。 使用方法： (1)作為深層過濾介質(zhì)，以過濾含少量(01)懸浮固形物的液體。硅藻土不規(guī)則粒子間形成許多曲折的毛細(xì)孔道，藉篩分和吸附作用除去懸浮液中的固體

7、粒子。 (2)在支持介質(zhì)(濾布)的表面上預(yù)涂硅藻土薄層(預(yù)涂層)，以保護支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道在較長時間內(nèi)不被懸浮液中的固體粒子所堵塞，從而提高和穩(wěn)定過濾速率。 (3)將適當(dāng)?shù)墓柙逋练稚⒃诖^濾的懸浮液中，使形成的濾餅具有多孔隙性，降低濾餅的可壓縮性，以提高過濾速率和延長過濾操作的周期。 用量：預(yù)涂，500g/m2左右，2-4mm厚；加入， 01左右。,三、其他固液分離方法,1切向流過濾：又稱錯流過濾、交叉過濾和十字流過濾，是一種維持恒壓下高速過濾的技術(shù)。其操作特點是使懸浮液在過濾介質(zhì)表面作切向流動，利用流動的剪切作用將過濾介質(zhì)表面的固體(濾餅)移走，過濾速率就近似恒定。 (1)用泵循環(huán)使懸浮液流經(jīng)過濾介質(zhì)。 (2)在過濾介質(zhì)表面加以攪拌造成流動，產(chǎn)生切向流。 2雙水相萃取 3吸附法：優(yōu)點在于設(shè)備簡單、能耗低，主要的問題是很難選擇合適的吸附劑，以保