专题 发酵液预处理和固液分离工艺
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。
一、发酵液预处理工艺
各种发酵产品，由于菌种不同和发酵液特性不同，其预处理方法的选择也有所不同。大多数发酵产物存在于发酵液中，但也有少数产物存在于菌体中，或发酵液和菌体中都含有，但无论产物是在胞内，还是在胞外或者是菌体本身，首先都要对发酵液进行过滤和预处理，将固、液分开，然后才能从澄清的滤液中采用物理、化学的方法提取代谢产物，或从细胞出发进行细胞破碎、碎片的分离和提取胞内产物。
预处理的方法完全取决于可分离物质的性质，如对PH和热的稳定性、是蛋白质还是非蛋白质、分子的质量和大小等等。具体方法主要有以下几种：
1、加热法
加热法是最简单和价廉的预处理方法，即把悬浮液加热到所需温度并保温适当时间。加热可降低液体的黏度，根据流体力学的原理，滤液通过滤饼的速率与液体的黏度成反比，可见降低液体黏度可有效提高过滤速率；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。例如，链霉素发酵液，调酸至PH3.0后，加热至70℃，维持半小时，其黏度下降至原来的1/6，过滤速率可增大10～100倍。
使用加热法时必须严格控制加热温度和时间。首先，加热的温度必须控制在不影响目的产物活性的范围内；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，影响产物后续的分离与纯化。因此，加热法的关键取决于产品的热稳定性。
2、调节悬浮液的PH值
PH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质，因此适当调节发酵液的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。对于Aa、Pro等两性物质，在等电点时，其溶解度最小，这就是等电沉淀法。例如，在味精生产中，利用等电点（PH3.22）沉淀法提取谷氨酸；在膜过滤中，发酵液中的大分子物质容易与膜发生吸附，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。
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：
一、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】
第３２卷第１期 ２０１１年２月 化学工业与工程技术 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＶｏＬ ３２ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．。２０１１ 膜分离技术在长链二元酸发酵液分离中的应用 卢利玲 （淮安清江石油化工有限责任公司，江苏淮安 ２２３００２） 摘要：采用膜分离工艺代替传统的过滤工艺分离长链二元酸发酵液。发酵液经过陶瓷微滤膜、卷式 超滤膜过滤后，除去菌丝体、蛋白质、色素及杂质，澄清透明的透析液直接进行酸化结晶，即可得到合格 产品。使用膜分离工艺不仅可以简化操作、降低劳动强度，还可以提高产品质量和收率，降低生产成本。 关键词：发酵液；膜分离工艺；应用 中图分类号：ＴＱ９２１ 文献标识码：Ｂ文章编号：１００６～７９０６（２０１１）０１—００５０—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｎｇ ｃｈａｉｎ ｂｉｎａｒｙ ａｃｉｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｑｕｏｒ ＬＵ Ｌｉｌｉｎｇ （Ｈｕａｉ＇ａｎ ＱｉｎｇＪｉａｎｇ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ１ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，ＨｕＭａｎ ２２３００２。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｂｉｎａｒｙ ａｃｉｄ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｑｕｏｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｆｉｌ— ｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｑｕｏｒ ｉｓ ｆｉｌｔｅｒｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｃｅｒａｍｉｃ ｍｅｍｂｒａｎｅ ａｎｄ ｒｏｌｌ ｍｅｍｂｒａｎｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｙｃｅｌｉｕｍ，ｐｒｏｔｅｉｎｓ， ｐｉｇｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｉｍｐｕｒｉｔｉｅｓ ａｒｅ ｒｅｍｏｖｅｄ．Ｔｈｅ ｃｌｅａｒ ａｎｄ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｄｉａｌｙｓａｔｅ ｉｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ ｂｙ ｄｉｒｅｃｔ ａｃｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｑｕａｌｉｆｉｅｄ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｕｓｅ ｏｆ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓｉｍｐｌｉｆｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｌａｂｏｒ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ ｙｉｅｌｄ，ＳＯ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｄｕｃｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｌｉｑｕｏｒ；Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 微生物发酵法生产长链二元酸是以正构烷烃为 原料，利用微生物特异的氧化能力，在常温常压下， 氧化烷烃两端的两个甲基，生成与基质烷烃相应链 长的长链二元酸。发酵结束后，发酵液中的菌丝体、 剩余的培养基、色素等杂质，用传统的静置分层、活 性炭脱色、板框压滤等工艺很难除掉，导致产品中的 杂质及总氮含量偏高，颜色发黄，产品质量不能满足 下游产品的要求。本次技改选用先进的膜分离系统 代替原有的传统分离工艺，发酵终止后的发酵液经 加热破乳后，即可进入陶瓷微滤膜过滤，除去菌丝 体、大部分的蛋白质及色素，澄清透明的透析液再进 入卷式超滤膜系统，进一步分离蛋白质与色素，滤后 液体直接进入结晶工段，酸化结晶后得到合格产品。 １膜分离工艺的使用情况 １．１ 工艺流程 膜分离工艺的流程见图１。 １．２ 流程简述 发酵结束后，将发酵液加热至８０℃并调节ｐＨ 值至９，压至循环罐，用输料泵将物料输送到循环泵 入口，由循环泵增至一定的压力和流量进入到陶瓷 膜组件中进行过滤，截留菌丝体和悬浮物，形成浓缩 液和透析液。浓缩液返回到发酵液循环罐中继续进 行循环，而透析液一部分进入到透析液缓冲罐中作 为反冲洗用，一部分进入透析液循环罐中。物料先 经过一定体积的浓缩后，再在循环罐中加水，进行洗 水透析，这样可以提高产品的收率。当循环罐中浓 缩液的有效成分被洗涤干净后，发酵液过滤结束，含 有菌丝体、杂质的浓缩液进入污水处理场生化处理， 收稿日期：２Ｏ１Ｏ—Ｏ８—２３ 作者简介：卢利玲（１９７２一），女，江苏淮安人，大专，助工，主要 从事化工生产及技术管理工作。 Ｅ—ｍａｉｌ：１１１８３０５３９０６＠１２６．ＣＯ１ＴＩ
第３５卷第４期 ２００７年４月 化学工程 ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ（ＣＨＩＮＡ） Ｖ０１．３５ Ｎｏ．４ Ａｐｒ．２００７
ＶＢ ２发酵液过滤特性研究及分离优化
王晓静 ，张晓涛 ，赵强 ，杨秀梅 ，钱树德 （１．天津大学化工学院，天津３０００７２；２．石家庄华荣制药有限公司，河北石家庄０５００４１）
摘要：对ＶＢ。：发酵液进行絮凝预处理，由正交实验确定影响絮凝的主要因素，结果表明，最佳絮凝条件：絮凝剂为聚 合氯化铝、加入体积分数７％、ｐＨ值６、搅拌速度１４０ ｒ／ｒａｉｎ、搅拌时间４５ Ｓ。通过加压过滤实验，得到絮凝后滤饼的 过滤特性；在此基础上，加入硅藻土助滤剂以探讨对滤饼结构和过滤速率的影响，并考察滤饼的比阻值及可压缩 性。实验表明：絮凝预处理后的滤饼为高可压缩滤饼，加入硅藻土后滤饼的比阻值降低，可压缩性系数减小到 ０．３８７，过滤速率提高３０％。 关键词：ＶＢ。：发酵液；絮凝；过滤；滤饼；硅藻土；比阻；可压缩性 中图分类号：ＴＱ ０２８．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００５－９９５４（２００７）０４－００３０－０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ０ｆ
ＶＢ，，ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｒｏｔｈ
ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｉｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｔａｏ ，ＺＨＡＯ Ｑｉａｎｇ ，ＹＡＮＧ Ｘｉｕ－ｍｅｉ ，ＱＩＡＮ Ｓｈｕ－ｄｅ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃ￣Ｅｎ￣ｎｅｅｆｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｕａｒｏｎｇ Ｐｈａｒｍａｃｅｕｔｉｃａｌ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００４１，Ｈｅｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＶＢ１２ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｂｒｏｔｈ ｗａｓ ｐｒｅｔｒｅａｔｅｄ ｂｙ ｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｔｈｅ
