当前位置：文档之家 › 第二章 发酵液预处理和固液分离方法

第二章 发酵液预处理和固液分离方法

  • 格式：ppt
  • 大小：2.71 MB
  • 文档页数：77

下载文档原格式

  / 77

合集下载

第二章发酵液的预处理和固液分离方法

第二章发酵液的预处理和固液分离方法
发酵液中常见的无机离子主要有 Ca2+、Mg2+和Fe2+等。
钙离子的去除：
通常使用草酸 当发酵液中钙离子浓度较高时，可用草酸 的可溶性盐，如草酸钠。反应生成的草酸钙还 能促使蛋白质凝固，改善发酵液的过滤性能。 由于草酸价格较贵，应注意采用适当方法 回收。
Ca2+——加草酸钠沉淀 C2O4Na2+ Ca2 + →C2O4Ca↓+ 2Na+
4q D
（ 2－ 1 ）
q：胶体的电动电荷密度，即滑移面上的电荷密度，库 仑/m2；
D：水的介电常数，F· m-1；
δ：扩散层的有效厚度，m（即吸附层和扩散层界面处 电位Φd降低到其值为1/e处的距离，不能直接测定）
1000 D k T 4Ne
1 2 c Z i i （2-2)
一、降低液体粘度
根据流体力学原理，滤液通过滤饼的速 率与液体的粘度成反比，降低液体粘度就可 有效提高过滤速率。
降低液体粘度的常用方法 加水稀释法 加热法
加水稀释法
优点：降低液体粘度，提高过滤速 率 缺点：增加悬浮液的体积，加大后 继过程的处理任务。
加热法
优点：1. 升高温度可有效降低液体粘度，提高 过滤速率； 2. 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。 实例：链霉素发酵液，调酸至pH3.0后，加热至 70℃，维持半小时，液相粘度下降至原 来的1/6，过滤速率可增大10～100倍。
加热法注意事项：
使用加热法时必须严格控制加热 温度与时间。
1. 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； 2. 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。

发酵液的处理

发酵液的处理

影响絮凝效果的因素：
1) 絮凝剂浓度
2) 絮凝剂分子量
3) 絮凝剂类型
4) 溶液的pH
5) 搅拌速度和时间
6) 助凝剂
A. 絮凝剂浓度
浓度增加有助于架桥充分，但是过多的加量会引起吸 附饱和，在胶粒上形成覆盖层而产生再次稳定现象。
B. 高分子絮凝剂分子量
分子量提高、链增长，可使架桥效果明显，但分子量 不能超过一定的限度，因为随分子量提高，高分子絮凝剂
发酵液的预处理和固液分离方法
山东农业大学 孙中涛
预处理和固液分离的目的：
1、分离细胞、菌体和其它悬浮颗粒(细胞碎片、核酸 和蛋白质的沉淀物)。
2、除去部分可溶性杂质。
3、改变滤液的性质（降低粘度等），以利于后继操作。
总策略： 1、胞外产物：应尽可能转移到液相中，常 用调pH至酸性或碱性的方法来达到。 2、胞内产物：首先收集细胞、破壁，生化物 质释放到液相，再分离细胞碎片。 3、通常，以含生化物质的液相为出发点，进 行后继操作。
使蛋白质变性的其它办法：
大幅度改变pH，加酒精、丙酮等有机溶剂 或表面活性剂等。
在抗生素生产中，常将发酵液pH调至偏酸性 范围(pH2—3)或较碱性范围(pH 8—9）使蛋白质 凝固，一般以酸性下除去的蛋白质较多。
加有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数 量较少的场合。
利用吸附作用除去蛋白质：
举例：
3、采用酶制剂分解黏性物质
如果发酵液中有不溶解的多糖存在，则最好用酶将它转化
为单糖，以提高过滤速度。 例如：万古霉素用淀粉作培养基，加入淀粉酶后，能使过 滤速度加快。
4、染菌发酵液的处理方法
混凝：
阳离子型高分子絮凝剂对带负电菌体或蛋白质来说，同时 具有降低粒子排斥电位和产生吸附架桥的双重机理，所以可以 单独使用， 非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，主要通过分子间引力 和氢键产生吸附架桥，常与无机电解质凝聚剂搭配使用。 首先加入无机电解质，使悬浮粒子脱稳而凝聚，然后，再 加入絮凝剂。凝聚作用为絮凝剂的架桥创造了良好的条件，从 而，提高了絮凝效果。 这种包括凝聚和絮凝机理的过程，常称为混凝。

发酵液预处理及固液分离方法

发酵液预处理及固液分离方法
51
转筒下部浸入滤浆槽中，浸没角约90°-130°，圆筒缓 慢旋转时(转速约0.5-2r／min)，筒内每一空间相继与分 配头中的3个室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、 卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区， 卸渣及再生区3个区域。
52
转筒真空过滤机
主要适用霉菌发酵液，对菌体 细小、黏度大铺助滤剂。
29
（一） 过 滤 filtration
借助于过滤介质，在一定的压力差作用下， 使 悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒被 截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。
30
1、滤饼过滤： 介质：滤布，滤饼达到一定厚度起过滤作用。 适用于：固体含量>0.1g/100ml
31
过滤推动力：
• 悬浮液自身压强差、重力 • 悬浮液表面加压 • 过滤介质下方抽真空 • 离心力
18
发酵液的预处理和固液分离技术
二 预处理-降低发酵液粘度
方法
提高温度 －确保目的产物稳定性
加水稀释－过滤速度需提高稀释 数倍以上
三 预处理-调节pH
调节发酵液的pH到蛋白质的等电点是除去蛋 白质的有效方法。
影响离子型絮凝剂的电离度。
20
六 预处理-加入助滤剂
例硅藻土、淀粉、活性 炭、石英砂、石棉粉、 纤维素、白土等。
对于滤饼阻力较大的物料适应 能力较差。
53
带式真空过滤机
• 带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工 艺要求进行无级调速以及操作方便和动力消耗 低的一种新型高效的脱水设备。
54
带式真空过滤机流程
• 1、进料→过滤→滤饼洗涤→吸干→卸料→滤布清洗连 续进行。 2、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤 、吸干的工艺要求，滤带运行速度采用变频无级调速， 对不同物料有广泛的适应性。

第二章 发酵液的预处理

第二章 发酵液的预处理
使用助滤剂要点： （1）根据目的产物选择助滤剂品种； （2）根据过滤介质和过滤情况选择助滤 剂品种； （3）助滤剂粒度的选择； （4）助滤剂使用量的选择。
2021/10/25
五、加入反应剂法 加入某些不影响产物的反应剂，可消除
发酵液中某些杂质对过滤的影响，提高过 滤速率。
反应剂和某些可溶性盐类（如CaSO4、 AlPO4等）生成不溶性沉淀，生成的沉淀能 防止菌丝体粘结，沉淀本身还可作为助滤 剂，并能使胶状物和悬浮物凝固，从而改 善过滤性能。
被处理物质的颗粒带负电荷，工业上常用 的凝聚剂大多为阳离子型，分为：
无机盐类 ：如硫酸铝、矾、硫酸铁和硫 酸亚铁。
金属氧化物类 ：如氢氧化铝、氢氧化铁 、氢氧化钙或石灰等。
聚合无机盐类 ：如聚合铝和聚合铁等。
2021/10/25
2、絮凝 （1）机理：絮凝剂主要起架桥作用，即一
个高分子聚合物（絮凝剂）的许多链节分 别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联 接时，形成了较大的絮团。
2021/10/25
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物 ，其相对分子量可达数万至一千万，具有 长链状结构，其链节上含有许多活性官能 团。通过静电引力、范德华力或氢键的作 用，强烈地吸附在胶粒的表面。
絮凝剂的结构要求： 一方面要求其分子必须含有较多的活性 官能团，使之能和胶体粒子结合； 另一方面要求有长链的线性结构，以便 同时和多个胶体粒子结合。
生产常用的方法：
（1）调pH使蛋白质变性沉淀 如在抗生素生产中，常将发酵液pH调
至酸性范围(pH2~3)或碱性范围(pH8~9)使 蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质 较多。
2021/10/25
（2）加入有机溶剂、碱金属中性盐、表面活性剂等 ，使蛋白质粒子的双电层破坏，而沉淀。

第二章 发酵液的预处理

第二章 发酵液的预处理

3、化学变性沉淀法 使蛋白质变性的化学因素有：极端pH、 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。 生产常用的方法： （1）调pH使蛋白质变性沉淀 如在抗生素生产中，常将发酵液pH调 至酸性范围(pH2~3)或碱性范围(pH8~9)使 蛋白质凝固，一般以酸性下除去的蛋白质 较多。
（2）加入有机溶剂、碱金属中性盐、表面活性剂等， 使蛋白质粒子的双电层破坏，而沉淀。 （3）加入化学试剂 pH＜PI，与一价阴离子形成沉淀； pH＞PI，与一些阳离子形成沉淀 蛋白质在酸性溶液中，与阴离子（三氯乙酸盐 等）形成沉淀； 在碱性溶液中，与阳离子（Ag+、Cu2+、Zn2+、 Fe3+、Pb2+）形成沉淀。
2、絮凝 （1）机理：絮凝剂主要起架桥作用，即一 个高分子聚合物（絮凝剂）的许多链节分 别吸附在不同的胶粒表面上，产生桥架联 接时，形成了较大的絮团。
絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物， 其相对分子量可达数万至一千万，具有长 链状结构，其链节上含有许多活性官能团。 通过静电引力、范德华力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的表面。 絮凝剂的结构要求： 一方面要求其分子必须含有较多的活性 官能团，使之能和胶体粒子结合； 另一方面要求有长链的线性结构，以便 同时和多个胶体粒子结合。
三、调整pH法（常用方法） pH直接影响发酵液中某些物质的电解质 和电荷性质，适当调节pH值可改善其过滤 特性。 原理： （1）等电点沉淀法 大多数蛋白质的等电点在酸性范围内 （pH4.0-5.5），利用酸性来调节发酵液pH 使之达到等电点，可除去蛋白质等酸性两 性物质。
（2）在膜过滤中，发酵液中的大分子物 质易于与膜发生吸附，调整pH改变易吸附 分子的电荷性质，减少堵塞和污染。 （3）细胞、细胞碎片及某些胶体物质等 在某个pH值下也可能趋于絮凝而成为较大 颗粒，有利于过滤的进行。

生物工艺学第二章发酵液的预处理与固液分离2

生物工艺学第二章发酵液的预处理与固液分离2
收集胞内产物的细胞或菌体，分离除 去液相，
收集含生化物质的液相，分离除去固 体悬浮物（细胞、菌体、细胞碎片、 蛋白质的沉淀物和它们的絮凝体等）。
42
二 常见的固液分离方法
过滤 离心 膜分离 双水相萃取 ATPS 扩张床吸附 EBA
43
（一） 过 滤
过滤操作是借助于过滤介质，在一定的 压力差ΔP作用下，使悬浮液中的液体通过 介质的孔道，而固体颗粒被截留在介质上， 从而实现固液分离的单元操作。
发酵液中的杂质
A.高价无机离子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）
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。
B.杂蛋白
常规过滤或膜过滤时，易使过滤介质堵塞，影响过滤效率。 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， 有机溶剂法或双水相萃取时，易产生乳化，使两相分离不清。
因此，在预处理时，应尽量除去这些物质。
4
为何要对发酵液进行预处理？
固液分离方法主要是过滤和离心。 对于细菌及某些放线菌，菌体细小，液体粘度
大，不能直接过滤，若用高速离心，能耗很大， 设备昂贵。若用膜分离技术（如微滤）易产生 膜污染，通量降低。 发酵液中由于菌体自溶，核酸、蛋白质及其它 有机粘性物质的存在也会影响固液分离。 因而寻找一种经济有效的方法来提高固液分离 速度显得十分必要。
24
目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
用量少，一般以mg/L计量； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在一定的毒性，特别是阳离子型聚丙烯酰胺， 用于食品和医药工业时应谨慎。
25
2）天然有机高分子絮凝剂

第二章 预处理及固—液分离

4、过滤技术在生物技术中的应用
23、惰性助滤剂的使用
1）基本概念和使用方法
种颗粒均匀．质地坚硬．不可压缩的粉状或纤维状 的固体，能形成疏松结构。它能使滤饼疏松，减 小过滤阻力．使滤速增大，提高滤饼的刚性和孔 隙率的惰性材料。
要求：作助滤剂的物质应能较好地悬浮于料液 中，且颗粒大小合适，助滤剂中还不应含有可溶 于滤液的物质，以免污染滤液。助滤剂必须不吸 附或很少吸附生化物质。
对于好的定形的晶体，这是一种最直接的步
骤。常用来分离固体量较大的悬浮液.
在过滤操作中，要求滤速快、滤液澄清，并且有高的收 率。
根据过滤机理，过滤操作可分为澄清过滤和滤饼过滤。
澄清过滤：
过滤介质为硅藻土、砂、颗粒活性炭、玻璃珠、塑料颗粒等，当悬浮液通过滤 层时，固体颗粒被阻拦或吸附在滤层的颗粒上，使滤液得以澄清，适合于固体 含量少于0.1g/100ml、颗粒直径在5-100um的悬浮液的过滤分离，如河水、麦 芽汁、酒类和饮料等的澄清。
2）固体剪切：研磨，珠磨，捣碎。
• 高速珠磨法
• 设备是珠后机，瑞士WBC公司和德国西门 子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机 下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆 作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间 和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含 物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎 室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中， 生的热量由夹套中的冷却液带走。 存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计 并且珠子之间的液体损失30％左右。
4.酶解法（enzymatic lysis）：
外加酶法： 根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶：溶菌酶、 纤维素酶、蜗牛酶、半纤维素酶、脂酶等，将细胞壁分解， 使细胞内含物释放出来。有些细菌对溶菌酶不敏感，加入 少量巯基试剂或8摩尔尿素处理后，使之转为对溶菌酶敏 感而溶解。 自溶法（autolysis）: 在一定PH和适当的温度下，利用组织细胞内自身的酶系 统将细胞破碎的方法。此过程需较长时间，常用少量防腐 剂如甲苯、氯仿等防止细胞的污染。

第二章-发酵液预处理与固液分离

采用絮凝和添加助滤剂等方法进行预处理后，细菌和酵母 菌细胞悬浮液亦可采用过滤方法进行固液分离。
（粒度、密度差；投资、能耗、适应性）
2.2.1 过滤
过滤操作是借助于过滤介质，在一定的压力差 ΔP作用下，使悬浮液中的液体通过介质的孔 道，而固体颗粒被截留在介质上，从而实现固 液分离的单元操作。
过滤介质filter medium : 过滤采用的多孔物质；
2.1.2.6 加入反应剂
（1）生成不溶性沉淀
加入反应剂和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀 ，如 CaSO4 、AlPO4 等。
产生的沉淀可作为助滤剂，并且能使胶状物和悬浮物凝固，从而 改善过滤性能。
如环丝氨酸发酵液用氧化钙和磷酸处理，生成磷酸钙沉淀，能使 过滤速率提高3～10倍。
（3） 错流过滤（Cross-Flow Filtration ）
在分离细菌、细胞碎片等悬浮液时，由于其固体颗粒细 微，可压缩性大，所形成的滤饼阻力很大，随着过滤过 程的进行，过滤速度迅速下降。因而一般过滤不适合细 菌悬浮液的分离。
错流过滤（Cross-Flow Filtration)又称切向流过滤，是 一种维持恒压下高速过滤的技术。其操作特点是使悬浮 液在过滤介质表面作切向流动，利用流动的剪切作用将 过滤介质表面的固体（滤饼）移走。
粗制产品：如工业用酶制剂，只需考虑产品提取。 精制产品：有纯度要求，大多数生物产品属此类，其
分离回收过程一般包括预处理与固液分离、提取、精 制和成品加工四步。
精制产品分离纯化一般流程：
胞外产品：
发酵液 ↓预处理
目的产物尽量进液相 ↓固液分离
收集液相 ↓
后提取与精制
•胞内产品：
发酵液 ↓预处理
动盘(18个孔，分别与扇 形格的18个通道相连)； 定盘(三个凹槽：滤液真 空凹槽、洗水真空凹槽、 压缩空气凹槽，分别将动 盘的18个孔道分成三个通 道)； 滤浆槽。

Ch2 发酵液的预处理和固液分离方法幻灯片

5
6
②胶粒能保持分散状态的原因：
主要是带有相同电荷和扩散双电层结构，一旦 由于布朗(Brown)运动使粒子间距离缩小到它们的 扩散层部分重叠时，即产生电排斥作用，使两个粒 子分开，从而阻止了粒子的聚集。ζ电位越大，电 排斥作用就越强，胶粒的分散程度也越大，此外由 于胶粒表面的水化作用，形成了包括于粒子周围的 水化层，也能阻碍胶粒间的直接聚集。但是水化膜 主要是伴随胶粒带电而引起的，一旦ζ电位降低或 消除，水化层也随之减弱消失。
T(s)
5 10 20
30
V(10-6m3) 40 55 80
95
求滤比阻和过滤介质阻力Rm。
23
解：据实验数据以q对 t/q 作图，得到一条过 滤操作直线，其截矩B≈0，即过滤介质阻力 Rm=0，由此可求得直线的斜率 M=(2.8 × 103))/(10.2 ×10-3 ) =2.75×105
热敏感的生化物质不易用该法。
36
六、全发酵液提取
为避开固液分离操作,从悬浮液中直接 提取生化物质是国内外学者探索的方向 第一，用膜分离技术进行全发酵液的提取 第二，用双水相萃取进行全发酵液的提取 第三，用扩张床吸附进行全发酵液的提取
37
本章小结：
重点： 难点： 作业：
1、改善发酵液的过滤性能方法有哪些？ 试简述之。
9
(2)絮凝作用(flocculation)：
①概念：
指在某些高分子絮 凝剂存在下，在悬 浮粒子之间产生架 桥作用，而使粒胶 形成粗大的絮凝团 的过程，它是一种 以物理的集合为主 的过程。
10
②絮凝剂按带电状况分：
阳离子絮凝剂、阴离子絮凝剂、非离子型的絮凝剂。
凝聚和絮凝机理的过程，常称为混凝。
③絮凝剂按其来源分：

Chapter 2 发酵液的预处理与固液分离



微生物或动植物细胞在合适的培养基，pＨ值，温度和通气 搅拌（或厌气）等发酵条件下进行生长和合成生物活性物质 —目标产品； 培养（发酵）液中包含了菌（细胞）体，胞内外代谢产物， 胞内的细胞物质及剩余的培养基残分等； 只有将固，液分离开，才能从澄清的滤液中采用物理、化学 的方法提取代谢产物，或从细胞出发进行破碎、碎片分离和 提取胞内产物。
ζ电位
ζ电位是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双 电层的特征，并作为研究凝聚机理的重要参数。 胶粒能保持分散状态的原因主要是带有相同电荷和扩 散双电层的结构，一旦由于布朗（Brown）运动使粒子 间距离缩小到它们的扩散层部分重叠时，即产生使两 个粒子分开的斥力，从而阻止了粒子的聚集。ζ电位 越大，电排斥作用就越强，胶粒的分散程度也越大。 此外，由于胶粒表面的水化作用，形成了包围于粒子 周围的水化层，也能阻碍胶粒间的直接聚集。
发酵液的胶体性质
水合膜和双电层的存在，使蛋白质的分子与分子
之间不会相互凝聚，成为比较稳定的胶体溶液。
如果消除水合膜或双电层其中一个因素，蛋白质
溶液就会变得不稳定，两种因素都消除时，蛋白 质分子就会互相凝聚成较大的分子而产生沉淀。
凝聚（Coagulation）
胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质作用下，胶
无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等。 天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻
酸钠、明胶、骨胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等。
微生物絮凝剂
直接利用微生物细胞的絮凝剂，如某些细菌、
霉菌、放线菌和酵母；
利用微生物细胞提取物的絮凝剂，如酵母细胞
壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N一乙酰葡 萄糖胺等成分；
ζ电位
ζ电位的基本公式为：
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11
ζ电位的计算：
• D — 水的介电常数； • q — 胶体的电动电荷密度； δ— 扩散层的有效厚度.
12
δ— 扩散层的有效厚度
• 式中 N一 阿伏伽德罗常数； • T一 热力学温度： • k — 波尔兹曼常数； • e — 电子电荷； • Zi— i种反离子的化合价； • Ci — i种离子的摩尔浓度。

flocculation
絮凝：大分子聚电解质将胶体粒子交联 成网状，形成絮凝团的过程 机理：架桥作用 分类：阴离子型、阳离子型、非离子型


18
高分子絮凝剂的吸附架桥作用
它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用，强 烈地吸附在胶粒的表面。
19
工业上使用的絮凝剂
可分为三类：人工合成有机高分子聚合物、天然 有机高分子聚合物、微生物絮凝剂 1）人工合成有机高分子聚合物
29
助滤剂的选择
(1)粒度 (2)助滤剂的品种 (3)用量
30
六、预处理-加入反应剂
1）与某些可溶性盐类发生反应生成不 溶性沉淀;
2）发酵液中含有不溶性多糖物质时， 用酶转化为单糖，提高过滤速率。
31
五、预处理-高价无机离子的去除
1. Ca2+ ——草酸、草酸钠，→形成草酸钙沉淀 2. Mg2+——三聚磷酸钠，→形成三聚磷酸钠镁 3. Fe2+ ——黄血盐，→普鲁士兰沉淀
Al3+ >Fe3+ >H+ >Ca2+ >Mg2+ >K+ >Na+ >Li+
16

常用的凝聚剂电解质有：
硫酸铝 Al2(SO4)3•18H2O（明矾）； 氯化铝 AlCl3•6H2O; 三氯化铁 FeCl3; 硫酸亚铁 FeSO4· 2O ； 7H 石灰；ZnSO4；MgCO3
17
（二）絮 凝
54
转筒真空过滤机结构：
转筒，扇形格(18格)； 滤室； 分配头； 动盘(18个孔，分别与扇 形格的18个通道相连)； 定盘(三个凹槽：滤液真 空凹槽(1/3)、洗水真空凹 槽(1/2)、压缩空气凹槽 (1/6)，分别将动盘的18个 孔道分成三个通道)； 滤浆槽。
55
转筒下部浸入滤浆槽中，浸没角约90°-130°，圆筒缓 慢旋转时(转速约0.5-2r／min)，筒内每一空间相继与分 配头中的3个室相通，可顺序进行过滤、洗涤、吸干、吹松、 卸饼等项操作。即整个圆筒分为过滤区、洗涤及脱水区， 卸渣及再生区3个区域。
52
•板框式压滤机在过滤时，悬浮液由离心泵或齿轮 泵经滤浆通道打人框内，，滤液穿过滤框两侧滤 布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口，固体则被截 留于框内形成滤饼。滤饼充满滤框后停止过滤。
53
3）真空转鼓过滤机
主体是一个由筛板组成能转动的水平圆筒， 表面有一层金属丝网，网上覆盖滤布,圆筒内沿 径向被筋板分隔成若干个空间。
如聚丙烯酰胺类衍生物
20
目前最常见：聚丙烯酰胺类絮凝剂
聚丙烯酰胺类絮凝剂的优点
用量少； 絮凝体粗大，分离效果好； 絮凝速度快； 种类多，适用范围广。
聚丙烯酰胺类絮凝剂的缺点：
存在一定的毒性
21
2）天然有机高分子絮凝剂

例： 淀粉类、纤维素类、植物胶类和聚多糖类。

其中淀粉改性絮凝剂的研究开发最引人注目。
16-22 6.5-8.3 0.04-0.08
良 优 优
阻力 滤饼中 滤饼 寿命 堵孔 含 水 脱落 倾向 依 依 依 中 依 次 次 次 长 次 降 减 易 短 易
45
过滤介质-粒状介质
• 有硅藻土、珍珠岩粉、细砂、活性炭、白土等。 用于固相含量极少的悬浮液 • 最常用的是硅藻土，是优良的过滤介质。 • 硅藻土过滤介质通常有三种用法： • （1）作为深层过滤介质。截留效果可达到1μm。 • （2）作为预涂层。保护孔道不被固体粒子堵塞。 • （3）用作助滤剂。
8
胶体双电层结构
9
胶体双电层结构
两种相反作用力下，双电层分裂成两部： 1）吸附层或stern层；2）扩散层。
10
胶体双电层结构
不同界面上形成不同 的电位: 胶核表面的电位φs 是整个双电层的电位; Stern平面上的电位 为φd; 滑移面上的电位为ζ, 称ζ电位（电动电位）。
ζ电位是研究凝聚机理的重要参数。
40
（一） 过 滤 filtration
借助于过滤介质，在一定的压力差ΔP作用下， 使悬浮液中的液体通过介质的孔道，而固体颗粒 被截留在介质上，从而实现固液分离的单元操作。
41
1、滤饼过滤：
介质：滤布，滤饼达到一定厚度起过滤作用。
适用于： 固体含量>0.1g/100ml
42
过滤推动力：
• • • • 悬浮液自身压强差、重力 悬浮液表面加压 过滤介质下方抽真空 离心力
49
1）实验室用抽滤装置
50
2）板框压滤机
• 适合于固体含量1-10%的悬浮液的分离。
广泛应用于培养基制备的过滤及霉菌、放线菌、
酵母菌和细菌等多种发酵液的固液分离。
51
板框压滤机
• 包括板和框，多做成正方形，角端均开有小孔， 装合压紧后即构成供滤浆或洗水流通的孔道。框 的两侧覆以滤布，空框与滤布围成了容纳滤浆及 滤饼的空间，滤板用以支撑滤布并提供滤液流出 的通道。
46
硅藻
47
过滤介质-多孔固体介质
• 如多孔陶瓷、多孔玻璃、多孔塑料等， 可加工成板状或管状，孔隙很小且耐腐 蚀，常用于过滤含有少量微粒的悬浮液。
48
3、固液分离过滤设备
按操作方式分类：间歇过滤机、连续过滤机 按操作压强差分类：压滤、吸滤和离心过滤 典型过滤设备：
实验室用抽滤装置 板框压滤机（间歇操作） 转筒真空过滤机（连续操作） 过滤式离心机
影响离子型絮凝剂的电离度。
27
pH 2.8
3
pH 3.8 600
pH 4.2
400 200 0 0 6 12 18
pH 4.6
Time,minutes
Fig The effect on filtrate volume of pH
28
六 预处理-加入助滤剂

例硅藻土、淀粉、活性 炭、石英砂、石棉粉、 纤维素、白土等。
32
四、预处理-杂蛋白的去除方法
沉淀法 变性法 吸附法
33
1. 杂蛋白去除-沉淀法
A 等电点沉淀法 B. 酸碱调节，使蛋白质与离子形成沉淀
34
2.杂蛋白去除-变性
加热
大幅度调节pH值 加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等。
35
3.杂蛋白去除- 吸附法
加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。
过程称为预处理。
3
为何要对发酵液进行预处理？
发酵产物浓度较低; 悬浮物颗粒小; 可压缩性; 液相粘度大； 悬浮状态稳定

4
预处理的目的
目的：改变发酵液的理化性质，利于
固液分离的进行。
针对对象： 高价无机离子和可溶性蛋白。
5
一、预处理的方法

凝聚和絮凝 Coagulation and flocculation 降低发酵液粘度Reduce viscosity 调节悬浮液的pH值 Regulation of pH 杂蛋白的去处 Removal of useless protein 高价无机离子的去处 Removal of inorganic ion 助滤剂Filter aids和反应剂 Reactant
6
一、凝聚和絮凝

凝聚：指在中性盐（铝、铁的盐类）作用下，
胶体脱稳并使粒子相互聚集成１ mm 大小块状凝聚体的过程。

絮凝：指絮凝剂基于架桥的作用将胶体粒子
交联成网，形成10mm大小絮凝团的
过程。7Βιβλιοθήκη （一） 凝 聚 Coagulation
机理： 1）中和粒子表面电荷 2）消除双电层结构 3）破坏水化膜

四环类抗生素生产中，采用黄血盐和硫酸锌的 协同作用生成亚铁氰化锌钾K2Zn3[Fe(CN)5]2的 胶状沉淀来吸附蛋白质; 在枯草杆菌发酵液中，常加入氯化钙和磷酸氢 二钠，加快了过滤速度。

36
固液分离的目的：
• 收集胞内产物的细胞或菌体，分离除去 液相； • 收集含生化物质的液相，分离除去固体 悬浮物。
61
错流过滤
朗极化工公司膜澄清过 滤和膜浓缩的“错流过 滤系统” 陶瓷膜
62
几种过滤设备的比较
设备 主要结构 过程

特点
适用性 应用广泛。对 原料的适应性 强 适于粒度中等， 粘度不太大的 物料 应用广泛，过 滤面积小。
装合 滤板/滤框/ 过滤 板框压 夹紧机构/机 洗涤 滤机 架 卸渣 整理 过滤 转鼓真 转筒(滤网、 洗涤 空过滤 滤布)/分配 吹干 机 头、滤浆槽 卸渣 过滤 离心过 转鼓(滤网、 洗涤 滤机 滤布)/机架 卸渣
56
转筒真空过滤机
主要适用霉菌发酵液，对菌体 细小、黏度大铺助滤剂。
对于滤饼阻力较大的物料适应 能力较差。
57
带式真空过滤机
• 带式真空过滤机（是自动连续运转、并能按工 艺要求进行无级调速以及操作方便和动力消耗 低的一种新型高效的脱水设备。
58
带式真空过滤机流程
• 1、进料→过滤→滤饼洗涤→吸干→卸料→滤布清洗连 续进行。 2、真空过滤盘分段设计，可满足不同物料过滤、洗涤 、吸干的工艺要求，滤带运行速度采用变频无级调速， 对不同物料有广泛的适应性。 • 3、在同一设备上可采用多次逆流洗涤得到高浓度的滤 液，也可采用并流洗涤或顺流洗涤获得高纯度的滤饼。
第二章 发酵液的预处理和固 液分离