第六章发酵液的预处理及固液分离资料
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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
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。
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。
发酵液预处理与固液分离
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】1.1 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）。
发酵液预处理和固液分离
1.2.3 常用的凝聚剂与絮凝剂
➢ 凝聚剂
• 铝盐，铁盐，钙盐，锌盐
➢ 絮凝剂
• 阳离子型：阳离子聚丙烯酰胺，聚丙烯酸二烷基胺乙酯 ，聚二烯丙基四胺盐。
• 阴离子型：聚丙烯酸钠，聚苯乙烯磺酸，木质素磺酸盐 • 非离子型：聚氧乙烯 • 无机高分子类：聚合铝盐，聚合铁盐 • 天然类：壳聚糖，葡聚糖 • 微生物类
➢ 预处理的目的 • 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 • 尽可能使物质转入便于后续处理的某一相中 • 去除发酵液中杂质，利于后续各步操作
➢ 预处理的方法 • 加热-加速聚集，去除某些蛋白质 • 调pH-促进聚集作用 • 凝聚和絮凝-增大颗粒有效尺寸，加快沉降速率
2.3.1 板框压滤机
➢ 自动板框过滤机：
是一种较新型的压滤设备，板框的拆装，滤渣的脱落卸出和滤布 的清洗等操作都能自动进行，大大缩短了非生产的辅助时间和减 轻了劳动强度。
板框操作实例-进料
板框操作实例-卸料
2.3.2 鼓式真空过滤机
鼓式真空过滤机能连续操作，并能实现自动化控制，但是压差较 小，主要适用于霉菌发酵液的过滤。而对菌体较细或粘稠的发酵 液不太适用。
螺旋式
卧式
• 含固量较多 发酵液的主要 分离方式 • 操作温度可 达300度 • 胰岛素，细 胞色素，胰酶
发酵液的预处理
1 发酵液的预处理
➢主要杂质预处理 ➢凝聚与絮凝
2 发酵液固液分离
➢影响固液分离的因素 ➢过滤 ➢固液分离器
3 全发酵液提取
3 全发酵液提取
扩张床技术
两水相技术
膜技术
• 相当于过滤、浓缩和吸附的综合效果 • 连接的配基容量需求大 • 膜污染问题严重
发酵液的预处理和固液分离方法
章 发酵液的预处理和固液分离方法
处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点。单击此处添加正文，文字是您思想的 请尽量言简意赅的阐述观点。
一.发酵液的预处理： 二.凝聚和絮凝技术： 三.发酵液的过滤：
一.生化分离工 程的工艺流程：
目录
CONTENTS
01 发 酵 液 的 预 处 理 技 术 ：
单击添加文本体内容
1.聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）衍生物： 非离子型： 阴离子型：（含-COOH） 阳离子型：（含-NH2）
2.苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂 聚合铝盐 聚合铁盐
3.天然有机高分子絮凝剂 明胶 海藻酸钠 骨胶 甲壳素 甲酰胺 多聚糖类胶粘物
四.发酵液的过 滤：
通常微生物的发酵液多属非 牛顿型液体，具可压缩性。
絮凝原理
01 架桥连接 02 絮凝作用的影响因素 03 常用絮凝剂的种类
絮凝剂用量:絮凝效果呈钟形变化。
○ 溶液的pH：pH主要影响离 子型絮凝剂中功能团的电离 度，从而影响了分子链的伸 展状态，改变了架桥能力。
○ 搅拌速度和时间： ○ 助滤剂：添加助滤剂能增加
絮凝效果。
絮凝作用的影响因素：
常用絮凝剂的 种类：
在恒压条件下，可压缩性滤 饼的比阻值rB视为常数，其 过滤方程为：
q2=2*Δp/(μ*rB*XB)*τ 据滤饼的重量比阻rB可衡量
不同发酵液过滤的难易程度。 rB越小越易过滤，单位面积 滤液量q越大。
1
过滤方程式： 2
01
板框压缩机 鼓式真空过滤机 离心分离机 错流过滤系统
02
固液分离设备：
02 胶 粒 能 保 持 分 散 状 态 的 原 因 单击添加文本具体内容
处添加文本具体内容，简明扼要地阐述你的观点。单击此处添加正文，文字是您思想的 请尽量言简意赅的阐述观点。
一.发酵液的预处理： 二.凝聚和絮凝技术： 三.发酵液的过滤：
一.生化分离工 程的工艺流程：
目录
CONTENTS
01 发 酵 液 的 预 处 理 技 术 ：
单击添加文本体内容
1.聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）衍生物： 非离子型： 阴离子型：（含-COOH） 阳离子型：（含-NH2）
2.苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂 聚合铝盐 聚合铁盐
3.天然有机高分子絮凝剂 明胶 海藻酸钠 骨胶 甲壳素 甲酰胺 多聚糖类胶粘物
四.发酵液的过 滤：
通常微生物的发酵液多属非 牛顿型液体，具可压缩性。
絮凝原理
01 架桥连接 02 絮凝作用的影响因素 03 常用絮凝剂的种类
絮凝剂用量:絮凝效果呈钟形变化。
○ 溶液的pH：pH主要影响离 子型絮凝剂中功能团的电离 度，从而影响了分子链的伸 展状态，改变了架桥能力。
○ 搅拌速度和时间： ○ 助滤剂：添加助滤剂能增加
絮凝效果。
絮凝作用的影响因素：
常用絮凝剂的 种类：
在恒压条件下，可压缩性滤 饼的比阻值rB视为常数，其 过滤方程为：
q2=2*Δp/(μ*rB*XB)*τ 据滤饼的重量比阻rB可衡量
不同发酵液过滤的难易程度。 rB越小越易过滤，单位面积 滤液量q越大。
1
过滤方程式： 2
01
板框压缩机 鼓式真空过滤机 离心分离机 错流过滤系统
02
固液分离设备：
02 胶 粒 能 保 持 分 散 状 态 的 原 因 单击添加文本具体内容
发酵液预处理与固液分离实验
实验内容
（一）发酵液的凝聚与絮凝 人们最早使用的絮凝剂是无机电解质。后来又证实了高
聚物电解质对微生物细胞的凝聚作用, 开始正式使用高分子 絮凝剂无机电解质和高分子电解质两类絮凝剂的絮凝原理不 尽相同, 预料采用无机物与高聚物配合使用的方法则它们在 絮凝作用上将会相辅相成，换言之, 这配合使用两类絮凝剂 的方案, 从理论上看是应该收到更好的成效的。
本实验我们采用聚丙烯酸胺进行絮凝。在200毫升发酵 液中, 加入200ppm的阳离子型聚丙烯酰胺（分子量约400万 ）, 放置1h进行絮凝。
实验内容
（二）板框过滤 1、板框过滤设备使用前用3－5％的碳酸钠溶液反复冲洗，再用清
水冲洗，然后消毒，测PH值达到许可范围。 2、检查滤器的硅胶圈是否放好为平整，以防漏水，可将薄质的滤
7、如果采用微孔滤膜进行精滤，料液必须先用较粗的滤材预过 滤，以防堵塞微孔滤膜。
8、本机可选用的过滤介质：纱布、麻布、棉布、绸布、帆布、 尼龙绸、滤纸、石棉过滤板、微孔滤膜、超滤膜等。
思考题
1、常用的发酵液固液分离方法有哪些？各有什么优缺点？ 2、板框压滤机有哪些类型？分别
实验原理
絮凝作用：有机高分子聚合物絮凝剂具有长链线状结 构，是水溶性聚合物，分子量高达数万至一千万以上，在 长的链节上含有相当多的活性功能团，可以带有多价电荷， 也可以不带电性。它们通过静电引力、范德华分子引力或 氢键的作用，强烈地吸附在胶粒的表面，一个高分子聚合 物的许多链节分别吸附在不同颗粒的表面上，产生架桥联 接，生成粗大的絮团，这就是絮凝作用。
材用蒸馏水润湿后贴在网花面上，滤板则要放在硅胶圈内，压紧顶板。 3、启动输液泵时，先关闭进液阀，然后启动，注意电机的转向，
逐渐打开进液球阀所需压力，并排除空气，即可过滤，一般工作压力小 于0.2Mpa。
发酵液预处理与固液分离
发酵液的预处理和固液分离方法综述鲁彬彬1002011044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】1.1 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）。
发酵液的预处理和固液分离方法
在使用时，要根据目的产物、过滤 介质及过滤情况来选择助滤剂的品种。
此外，助滤剂的粒度、用量也是值 得考虑的因素。
发酵液预处理的方法—反应剂
在发酵液中加入某些不影响目的产物 的反应物，以消除发酵液中的某些杂质对 过滤的影响，提高过滤效率。
固液分离
固液分离—过滤法
过滤不但是传统的化工单元操作，而 且是目前工业生产中用于分离细胞和不溶 性物质的主要方法，其操作是迫使液体通 过固体支承物或过滤介质，把固体截留， 从而达到固、液分离的目的。
如果料液给过滤介质表面一个平等的 大流量冲刷，则过滤介质表面积累的滤饼 就会减少到可以忽略的程度，而通过过滤 介质的流速却比较小。这种过滤方式称为 错流过滤或切向流过滤。
固液分离—过滤法
现代的膜
分离过程主要 租用这种过滤 方式，如微滤 和超滤。
图9 微滤过程示意图，料液快 速经过薄膜，以减少形成滤饼
其中絮凝剂主要起桇桥作用，工业上 使用到的有聚丙烯酰胺类衍生物、聚合铝 盐、海藻酸钠、壳聚糖等，目前最常用的 是聚丙烯酰胺类衍生物。
发酵液预处理的方法—凝聚和絮凝
絮凝效果与絮凝剂的类型、剂量、溶 液pH、搅拌速度、处理时间等有关。
图1 絮凝剂添加量对絮凝液滤速的影响
发酵液预处理的方法—凝聚和絮凝
离心法是利用惯性离心力和物质的 沉降系数或浮力密度的不同而进行的一项 分离、浓缩或提炼操作。
这种方法对于固体颗粒很小或液体 黏度很大，过滤速度很慢，甚至难以过滤 的悬浮液十分有效，对那些忌用助滤剂或 助滤剂使用无效的悬浮液的分离，也能得 到满意的效果。
发酵液预处理
发酵液的基本特性
产物浓度低 具有极性 黏度大 表面张力大 性质不稳定
发酵液预处理的方法
加热 调节pH值 凝聚和絮凝 使用惰性助滤剂 使用反应剂
此外，助滤剂的粒度、用量也是值 得考虑的因素。
发酵液预处理的方法—反应剂
在发酵液中加入某些不影响目的产物 的反应物，以消除发酵液中的某些杂质对 过滤的影响，提高过滤效率。
固液分离
固液分离—过滤法
过滤不但是传统的化工单元操作，而 且是目前工业生产中用于分离细胞和不溶 性物质的主要方法，其操作是迫使液体通 过固体支承物或过滤介质，把固体截留， 从而达到固、液分离的目的。
如果料液给过滤介质表面一个平等的 大流量冲刷，则过滤介质表面积累的滤饼 就会减少到可以忽略的程度，而通过过滤 介质的流速却比较小。这种过滤方式称为 错流过滤或切向流过滤。
固液分离—过滤法
现代的膜
分离过程主要 租用这种过滤 方式，如微滤 和超滤。
图9 微滤过程示意图，料液快 速经过薄膜，以减少形成滤饼
其中絮凝剂主要起桇桥作用，工业上 使用到的有聚丙烯酰胺类衍生物、聚合铝 盐、海藻酸钠、壳聚糖等，目前最常用的 是聚丙烯酰胺类衍生物。
发酵液预处理的方法—凝聚和絮凝
絮凝效果与絮凝剂的类型、剂量、溶 液pH、搅拌速度、处理时间等有关。
图1 絮凝剂添加量对絮凝液滤速的影响
发酵液预处理的方法—凝聚和絮凝
离心法是利用惯性离心力和物质的 沉降系数或浮力密度的不同而进行的一项 分离、浓缩或提炼操作。
这种方法对于固体颗粒很小或液体 黏度很大，过滤速度很慢，甚至难以过滤 的悬浮液十分有效，对那些忌用助滤剂或 助滤剂使用无效的悬浮液的分离，也能得 到满意的效果。
发酵液预处理
发酵液的基本特性
产物浓度低 具有极性 黏度大 表面张力大 性质不稳定
发酵液预处理的方法
加热 调节pH值 凝聚和絮凝 使用惰性助滤剂 使用反应剂
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二、固液分离的要求
滤液澄清—便于后续处理 速度快－多数抗生素不稳定
三、影响固液分离的因素
固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大， 固液分离越困难。
１、微生物的种类： ①真菌：比较粗大,易过滤分离,通常不需特殊处理 ②放线菌:细而分枝(1um),较黏,较难.需处理—加 助滤剂或蛋白絮凝剂 ③细菌:体积细小,过滤最难,可考虑离心
过滤除去
２.可溶性：Pr. aa. 金属离子等 萃取，分离，离子交换
第二节 发酵液预处理的方法
一、发酵液预处理的目的 １、固液分离：分离菌丝体、未用完培养基及其它
代谢产物等，尽可能使发酵产物转入后续工序处 理的相中（多为液相） ２、能够除去部分杂质：主要去除蛋白质和金属离 子，减少后续处理的负荷。
Mg2+： 草酸、 磷酸盐（在碱性条件下，生成磷酸镁盐沉
淀）、三聚磷酸钠。
Fe3+： 加入黄血盐，形成普鲁士蓝沉淀。
第三节 发酵液的液固分离
一、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 （胞内抗生素）
收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物 如，细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物 和它们的絮凝体等。 （胞外抗生素）
2. 变性沉淀（凝固）：
①加热，但多数抗生素不耐热，只适用于热稳定
抗生素。如：灰黄霉素
②加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等
3．加沉淀剂沉淀： 对酸性发酵液：可加阴离子，如三氯乙酸，
鞣酸等
对碱性发酵液：可加阳离子，如Ag+、 Cu2+、Zn2+等
4．加入凝聚剂（金属盐） 凝集剂的作用：粒子表面电荷中和；消除
3）错流过滤： 又称切向流过滤（Cross-Flow Filtration） 传统过滤时过滤液体垂直于过滤介质，过滤阻
力主要来之滤饼。错流过滤打破了传统过滤的 机制，即液体的流向和滤膜相切。 在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内 壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介 质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上 的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变 的过滤速度
1）常规过滤： 料液流动方向与过滤介质垂直。通常适于过滤直
径较大的悬浮粒子。如放线菌、霉菌发酵液。 对细小菌体或黏度较大的发酵液，需使用助滤剂。
2）滤饼过滤： 当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐
渐形成滤饼（滤渣）。
在滤饼过滤中，当滤饼至一定厚度时即起主要的 过滤作用
适合于固体含量大于0.1%的悬浮液的过滤分离。
２、菌体细胞:通常细胞破碎或细胞自溶后粘度增大。 因此细胞破碎的程度应控制，发酵放罐时间要适宜。
3、培养基成分：如用黄豆粉、花生粉作氮源，淀粉作 碳源，粘度都会升高。
四、固液分离常用方法：过滤和离心
过滤：悬浮液通过过滤介质时固态颗粒与溶 液分离。分为澄清过滤和滤饼过滤。
离心分离：在离心力场的作用下，将悬浮 液中的固相与液相加以分离，多用于颗粒 较小的悬浮液和乳浊液的分离。
二、发酵液预处理的要求
1、菌体分离 发酵液中除发酵产物外，还含有大量的菌体， 为方便提取和精制，首先要将菌体与发酵液分 离。
为保证离心和过滤顺利进行，要正确控制发 酵终点。否则对目标物的回收均不利。
２、蛋白质的去除
发酵液中去除菌体和固体悬浮物后，一些 可溶性蛋白质仍留在滤液中，需设法去除。
除去蛋白质的滤液要保证在一定的pH 范围 内不发生混浊，否则影响溶媒提取和离子交换 提取。
粒子表面稳定的双电荷层；使胶体粒子的 排斥电位降低而发生聚沉。
金属盐特别是重金属盐较常用。如，硫酸 铝、三氯化铁等
5．加入絮凝剂
絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮 粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成 粗大絮凝团的过程。
近 荷密度高。
６、调整适当pH值和温度 避免引起产物的破坏和损失。多数抗生素
不耐热，对pH值要求高。
三、蛋白质的预处理（除杂蛋白）
1．等电点沉淀 2. 变性沉淀 3．加各种沉淀剂沉淀 4．加入凝聚剂（金属盐） 5．加入絮凝剂
1．等电点沉淀
调Ph到等电点，杂蛋白的净电荷为零，溶解 度最小，沉淀析出。
多数抗生素发酵液的等电点4.0-5.5之间， 一般加酸调。如：硫酸、盐酸、磷酸等。
３、重金属离子的去除
重金属离子的存在，会影响提取和精制， 同时会影响发酵产物的质量和回收率，故必须 除去。
４、色素、热原质、毒性物质的去除
针对药用发酵产品尤为重要。尤其是针剂。
５、改变发酵液性质，以利于提取和精制后续 工序的操作顺利进行 如，当发酵终了时，发酵产物可能在发酵 液中，也可以在菌体内部或两相同时存在。 常采用调节pH、酸性或碱性的方法使发酵产 物转入后续处理的相中。
（一）过滤：
在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体 颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下。
过滤介质filter medium:过滤采用的多孔物质； 滤浆filter pulp: 所处理的悬浮液； 滤液filtrate: 通过多孔通道的液体； 滤饼或滤渣 filter cake:被截留的固体物质。
1、过滤分类
２.细胞内：积累于菌丝体内，且水 溶性小（少数）
①加酸、碱等使其转入细胞外 胞内抗生素：
②过滤→ 滤饼→提取
二、抗生素的稳定性
抗生素需在适宜的温度、pH值、压力等 条件下才稳定。提取、分离等过程应提供适 宜的条件。
eg.青霉素 pH值4.8-5.2，低温条件下 才稳定
三、发酵液中的杂质
较多包括： １.不溶性：菌丝体、剩余培养基等
第六章 发酵液的预处理及 固液分离
四川理工 生药2011
抗生素下游加工的一般过程
1、发酵液的预处理和固液分离 2、提取：沉淀、吸附、萃取 3、分离（精制：层析、离子交换） 4、最后纯化（成品加工：浓缩、结晶、干燥）
第一节 发酵液的性质
一、抗生素在发酵液中的存在部位
存在部位
１.细胞外：产生后被分泌到细胞外 （多数）
5．加入絮凝剂
絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮 粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成 粗大絮凝团的过程。
近年较常用。如，壳聚糖、海藻酸钠、 明胶的等（带有氨基、羧酸基等，电 荷密度高。
四、高价金属离子的去除 Ca2+： 加入草酸钠或草酸，生成的草酸钙沉淀还能促使
杂蛋白质凝固，提高滤速和滤液质量。
滤液澄清—便于后续处理 速度快－多数抗生素不稳定
三、影响固液分离的因素
固液分离速度通常与粘度成反比，粘度越大， 固液分离越困难。
１、微生物的种类： ①真菌：比较粗大,易过滤分离,通常不需特殊处理 ②放线菌:细而分枝(1um),较黏,较难.需处理—加 助滤剂或蛋白絮凝剂 ③细菌:体积细小,过滤最难,可考虑离心
过滤除去
２.可溶性：Pr. aa. 金属离子等 萃取，分离，离子交换
第二节 发酵液预处理的方法
一、发酵液预处理的目的 １、固液分离：分离菌丝体、未用完培养基及其它
代谢产物等，尽可能使发酵产物转入后续工序处 理的相中（多为液相） ２、能够除去部分杂质：主要去除蛋白质和金属离 子，减少后续处理的负荷。
Mg2+： 草酸、 磷酸盐（在碱性条件下，生成磷酸镁盐沉
淀）、三聚磷酸钠。
Fe3+： 加入黄血盐，形成普鲁士蓝沉淀。
第三节 发酵液的液固分离
一、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 （胞内抗生素）
收集含生化物质的液相，分离除去固体悬浮物 如，细胞、菌体、细胞碎片、蛋白质的沉淀物 和它们的絮凝体等。 （胞外抗生素）
2. 变性沉淀（凝固）：
①加热，但多数抗生素不耐热，只适用于热稳定
抗生素。如：灰黄霉素
②加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活性剂等
3．加沉淀剂沉淀： 对酸性发酵液：可加阴离子，如三氯乙酸，
鞣酸等
对碱性发酵液：可加阳离子，如Ag+、 Cu2+、Zn2+等
4．加入凝聚剂（金属盐） 凝集剂的作用：粒子表面电荷中和；消除
3）错流过滤： 又称切向流过滤（Cross-Flow Filtration） 传统过滤时过滤液体垂直于过滤介质，过滤阻
力主要来之滤饼。错流过滤打破了传统过滤的 机制，即液体的流向和滤膜相切。 在压力推动下，悬浮液以高速在管状滤膜的内 壁作切向流动，利用流动的剪切作用将过滤介 质表面的固体（滤饼）移走，而附着在滤膜上 的滤饼很薄，因而能在长时间内保持稳定不变 的过滤速度
1）常规过滤： 料液流动方向与过滤介质垂直。通常适于过滤直
径较大的悬浮粒子。如放线菌、霉菌发酵液。 对细小菌体或黏度较大的发酵液，需使用助滤剂。
2）滤饼过滤： 当悬浮液通过滤布时，固体颗粒被滤布阻拦而逐
渐形成滤饼（滤渣）。
在滤饼过滤中，当滤饼至一定厚度时即起主要的 过滤作用
适合于固体含量大于0.1%的悬浮液的过滤分离。
２、菌体细胞:通常细胞破碎或细胞自溶后粘度增大。 因此细胞破碎的程度应控制，发酵放罐时间要适宜。
3、培养基成分：如用黄豆粉、花生粉作氮源，淀粉作 碳源，粘度都会升高。
四、固液分离常用方法：过滤和离心
过滤：悬浮液通过过滤介质时固态颗粒与溶 液分离。分为澄清过滤和滤饼过滤。
离心分离：在离心力场的作用下，将悬浮 液中的固相与液相加以分离，多用于颗粒 较小的悬浮液和乳浊液的分离。
二、发酵液预处理的要求
1、菌体分离 发酵液中除发酵产物外，还含有大量的菌体， 为方便提取和精制，首先要将菌体与发酵液分 离。
为保证离心和过滤顺利进行，要正确控制发 酵终点。否则对目标物的回收均不利。
２、蛋白质的去除
发酵液中去除菌体和固体悬浮物后，一些 可溶性蛋白质仍留在滤液中，需设法去除。
除去蛋白质的滤液要保证在一定的pH 范围 内不发生混浊，否则影响溶媒提取和离子交换 提取。
粒子表面稳定的双电荷层；使胶体粒子的 排斥电位降低而发生聚沉。
金属盐特别是重金属盐较常用。如，硫酸 铝、三氯化铁等
5．加入絮凝剂
絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮 粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成 粗大絮凝团的过程。
近 荷密度高。
６、调整适当pH值和温度 避免引起产物的破坏和损失。多数抗生素
不耐热，对pH值要求高。
三、蛋白质的预处理（除杂蛋白）
1．等电点沉淀 2. 变性沉淀 3．加各种沉淀剂沉淀 4．加入凝聚剂（金属盐） 5．加入絮凝剂
1．等电点沉淀
调Ph到等电点，杂蛋白的净电荷为零，溶解 度最小，沉淀析出。
多数抗生素发酵液的等电点4.0-5.5之间， 一般加酸调。如：硫酸、盐酸、磷酸等。
３、重金属离子的去除
重金属离子的存在，会影响提取和精制， 同时会影响发酵产物的质量和回收率，故必须 除去。
４、色素、热原质、毒性物质的去除
针对药用发酵产品尤为重要。尤其是针剂。
５、改变发酵液性质，以利于提取和精制后续 工序的操作顺利进行 如，当发酵终了时，发酵产物可能在发酵 液中，也可以在菌体内部或两相同时存在。 常采用调节pH、酸性或碱性的方法使发酵产 物转入后续处理的相中。
（一）过滤：
在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体 颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下。
过滤介质filter medium:过滤采用的多孔物质； 滤浆filter pulp: 所处理的悬浮液； 滤液filtrate: 通过多孔通道的液体； 滤饼或滤渣 filter cake:被截留的固体物质。
1、过滤分类
２.细胞内：积累于菌丝体内，且水 溶性小（少数）
①加酸、碱等使其转入细胞外 胞内抗生素：
②过滤→ 滤饼→提取
二、抗生素的稳定性
抗生素需在适宜的温度、pH值、压力等 条件下才稳定。提取、分离等过程应提供适 宜的条件。
eg.青霉素 pH值4.8-5.2，低温条件下 才稳定
三、发酵液中的杂质
较多包括： １.不溶性：菌丝体、剩余培养基等
第六章 发酵液的预处理及 固液分离
四川理工 生药2011
抗生素下游加工的一般过程
1、发酵液的预处理和固液分离 2、提取：沉淀、吸附、萃取 3、分离（精制：层析、离子交换） 4、最后纯化（成品加工：浓缩、结晶、干燥）
第一节 发酵液的性质
一、抗生素在发酵液中的存在部位
存在部位
１.细胞外：产生后被分泌到细胞外 （多数）
5．加入絮凝剂
絮凝是指某些高分子絮凝剂能在悬浮 粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成 粗大絮凝团的过程。
近年较常用。如，壳聚糖、海藻酸钠、 明胶的等（带有氨基、羧酸基等，电 荷密度高。
四、高价金属离子的去除 Ca2+： 加入草酸钠或草酸，生成的草酸钙沉淀还能促使
杂蛋白质凝固，提高滤速和滤液质量。