发酵液预处理和固液分离
一发酵液的预处理二凝聚和絮凝技术三发酵液的过滤
一.发酵液旳预处理： 二.凝聚和絮凝技术： 三.发酵液旳过滤：
一.生化分离工程旳工艺流程：
二.发酵液旳预处理技术：
目旳： 针对对象： 预处理措施： 高价离子旳清除： 杂蛋白质旳清除： 有色物质旳清除
三.凝聚和絮凝技术
凝聚技术 絮凝技术
凝聚技术
扩散双电层旳构造模型图 胶粒能保持分散状态旳原因 双电层特征旳表征和电动电位（ξ） 常用旳凝聚剂
常用絮凝剂旳种类：
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.发酵液旳过滤：
常用旳凝聚剂
Al2(SO4)3.18H2O(明矾)，AlCl3.6H2O，FeCl3， ZnSO4，MgCO3
阳离子对负电荷旳胶粒凝聚能力顺序为： Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+因 常用絮凝剂旳种类
絮凝作用旳影响原因：
絮凝剂用量:絮凝效果呈钟形变化。 溶液旳pH：pH主要影响离子型絮凝剂中功能团 旳电离度，从而影响了分子链旳伸展状态，变化了 架桥能力。 搅拌速度和时间： 助滤剂：添加助滤剂能增长絮凝效果。
4.1 过滤方程式：
一般微生物旳发酵液多属非牛顿型液体，具可压缩性。 在恒压条件下，可压缩性滤饼旳比阻值rB视为常数，其过滤方 程为：
q2=2*Δp/(μ*rB*XB)*τ 据滤饼旳重量比阻rB可衡量不同发酵液过滤旳难易程度。 rB 越小越易过滤，单位面积滤液量q越大。
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
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。
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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。
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（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。
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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
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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
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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。
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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。
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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。
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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
直接结晶：在2次乙酸丁酯萃取液 中加醋酸钠－乙醇溶液反应，得到 结晶钠盐。加醋酸钾－乙醇溶液， 得到青霉素钾盐。共沸蒸馏结晶： 萃取液，再用0.5 M NaOH萃取， pH6.4-4.8下得到钠盐水浓缩液。加 2.5倍体积丁醇，16－26℃，0.671.3KPa下蒸馏。水和丁醇形成共沸 物而蒸出。钠盐结晶析出。结晶经 过洗涤、干燥后，得到青霉素产品。
固液分离
过滤 发酵液在萃取之前需预处理，发酵液加 少量絮凝剂沉淀蛋白，然后经真空转鼓过 滤或板框过滤，除掉菌丝体及部分蛋白。 青霉素易降解，发酵液及滤液应冷至10 ℃以下，过滤收率一般90%左右。
（1）菌丝体粗长10µ m，采用鼓式真空过滤机过滤，滤渣 形成紧密饼状，容易从滤布上刮下。滤液pH6.27-7.2，蛋 白质含量0.05-0.2%。需要进一步除去蛋白质。 （2）改善过滤和除去蛋白质的措施：硫酸调节pH4.5-5.0， 加入0.07%溴代十五烷吡啶PPB，0.7%硅藻土为助滤剂。 再通过板框式过滤机。滤液澄清透明，进行萃取。
青霉素发酵液预 处理与固液分离
第三组：宫鹏利 孙晓盼 段玉兰
侯喆 孟佳 赵秀青 苗树峰
发酵液的基本特性
• 产物浓度低
• 具有极性
• 黏大
• 表面张力大
• 性质不稳定
预处理的目的
⑴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； ⑵尽可能使产物转入便于后处理的一相中（多数 是液相）； ⑶去除发酵液中的部分杂质，以利于后续各步操 作。
加黄血盐及硫酸锌，则前者有利于去 除铁离子，后者有利于凝固蛋白质。 此外，两者还有协同作用。他们所产 生的复盐对蛋白质有吸附作用。 2K4Fe(CN)6 + 3ZnSO4 K2Zn[Fe(CN)6]2 + 2Na+ 为了有效的去除发酵液中的蛋白质， 需加入絮凝剂。絮凝剂是一种能溶于 水的高分子化合物。含有很多离子化 基团（如—NH2，—COOH，— OH）。
生物分离工程复习重点
第二章发酵液的预处理和固液分离的方法一、名词1、凝聚：凝聚作用就是向胶体悬浮液中加入某种电解质，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使胶体体系不稳定，胶体粒子间因相互碰撞而产生凝集（1mm左右）的现象。
2、絮凝：是指在某些高分子絮凝剂存在下，基于桥架作用，当一个高分子聚合物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，形成粗大的絮凝团（10mm）的过程。
絮凝是一种以物理的集合为主的过程。
3、混凝：对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂通常会与无机电解质凝聚剂搭配使用。
在发酵液中首先加入无机电解质凝聚剂，使得悬浮粒子间的相互排斥能降低，脱稳而凝聚成微粒，然后再加入絮凝剂，通过分子间引力和氢键作用产生吸附架桥形成絮凝团的过程。
这种包括凝聚和絮凝机理的过程称为混凝。
4、亲和絮凝：利用絮凝剂和细胞膜表面某种组分间具有的专一性亲和连接作用而产生吸附架桥。
如硼酸盐（四硼酸纳）可与多羟基的糖类化合物（甘露糖醇、山梨糖醇）发生专一性亲和连接作用而产生吸附架桥。
5、凝聚价：电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示，使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔／升）6、过滤：过滤是借助过滤介质，将悬浮在发酵液中的固体颗粒与液体进行分离的过程。
7、质量比阻：衡量过滤特性的主要指标是滤饼的质量比阻（r B），表示单位滤饼厚度的阻力系数，与滤饼结构特性有关。
8、离心技术：离心技术是借助离心机旋转所产生的离心力，对具有不同沉降系数或浮力密度的物质进行分离、浓缩和提纯的一项技术；其目的是达到固-液或液-液的分离。
9、分离因子（Z）：离心力/重力加速度(g)的比值，也称为相对离心力(RCF)。
衡量离心程度的一个参数,用于离心机的分类。
10、沉降系数：指单位离心力作用下颗粒沉降的速度。
一般用斯维德贝格单位(Svedbergs) S 表示，1S =10−13s。
11、壁效应：由于溶剂在层析容器周壁附近流动不均匀造成分离区带在边缘部分扩散和弯曲的现象。
生物工程下游纯化的一般工艺流程
总流程大体包括4个阶段：发酵液预处理和固液分离→提取（初步分离）→精制（高度纯化）→成品制作。
1. 发酵液的预处理和固液分离（或称不溶物的去除）发酵液的预处理可采用的方法及原理：1)加热：把悬浮液加热到所需温度并保温适当时间。
可降低悬浮液的黏度，而且能够加速聚集作用以去除某些杂蛋白等物质，操作比较简单。
对产品的要求较高，热稳定性要好；温度不宜过高，时间不宜过长。
此方法应用较少。
2)调PH：加入草酸、无机酸或碱。
PH值直接影响发酵液中某些物质的电离度和电荷性质。
如蛋白质、氨基酸——等电点沉淀法，膜过滤——改变易吸附分子的电荷性质。
3)凝聚和絮凝：将化学药剂预先投加到悬浮液中，改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的块状体，再进行分离。
4)使用惰性助滤剂：惰性助滤剂是一种颗粒均匀、质地坚硬、不可压缩的粒状物质，用于扩大过滤表面的适用范围，使非常稀薄或非常细小的悬浮液在过滤时发生的快速挤压和介质堵塞现象得到减轻，易于过滤。
固液分离可采用的方法及原理：1)过滤法：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。
①传统过滤真空过滤，利用空气和真空之间的压力差进行过滤；压滤，用泵产生的液压或气压作为过滤推动力。
②错流过滤过滤时，料液给过滤介质表面一个平行的大流量冲刷，过滤介质表面积累的滤饼就减少到可以忽略的程度。
离心法：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分离、浓缩或提炼。
包括离心沉降、离心过滤、离心分离和超离心。
2)膜分离：利用具有一定选择性透过的过滤介质进行物质分离。
有些操作还涉及到细胞的破碎，细胞破碎的方法如下：1)机械法①研磨和匀浆②超声波：超声波法是一种液相剪切破碎法，频率超过15—20kHx(千赫)的超声波是人耳难以听到的一种声音，它可破碎微生物细胞。
③高压匀浆：机理一：通过针形阀时，压力下降的速度和大小是细胞破碎的原因；机理二：细胞破碎是来自涡流的旋涡使液体细胞颤振的结果；机理三：悬浮细胞在平坦表面上的高速喷射撞击是细胞破碎的主要原因。
发酵液预处理方法
03
综合应用
结合凝聚和絮凝技术，提高过滤效果 。先使用凝聚剂使胶体颗粒变大，再 加入絮凝剂形成絮凝团，便于固液分 离。
综合使用多种方法
根据实际情况选择合适的方法
01
考虑发酵液特性、过滤要求及设备条件，例如对于含大量固体
颗粒的发酵液，先离心再过滤。
优化过滤工艺参数
02
调节转速、温度、压力等参数及助滤剂种类和用量，提升过滤
凝聚和絮凝技术
01
凝聚技术
定义：在中性盐作用下，胶体体系因 双电层排斥电位降低而变得不稳定的 现象。过程：加入电解质后，胶体粒 子间排斥作用减弱，导致电位下降， 胶体体系脱稳，粒子相互碰撞形成 1mm大小的凝聚体。
02
絮凝技术
定义：在高分子絮凝剂存在下，胶粒 形成粗大絮凝团的过程，主要基于物 理集合。絮凝剂特性：溶于水的高分 子聚合物，长链状结构，链节含活性 官能团，能强烈吸附在胶粒表面。
效果。
定期维护和保养过滤设备
03
定期检查、清洗设备，校准传感器和控制系统，确保设备正常
运行。
04
预处理和固液分离
胞内产物的预处理
降低液体黏度
通过加热或加水稀释发酵液来降 低其黏度，从而改善过滤特性。 加热法虽然有效，但可能影响产 物的活性和细胞自溶；加水法则 会增加发酵液体积和降低目标产 物浓度。
度减慢。
滤饼堵塞
随着过滤的进行，滤饼会逐渐增厚 ，导致过滤阻力增大，最终使过滤 操作无法继续进行。
目标产物损失
在过滤过程中，由于滤饼的堵塞和 吸附作用，容易导致目标产物的损 失，影响产品的质量和产量。
过滤工艺优化的重要性
提高过滤速度
延长过滤介质的使用寿命
通过优化过滤工艺，可以有效地提高 过滤速度，减少过滤时间，提高生产 效率。
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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
1.1 主要杂质预处理
高价无机离子 ➢ 杂质危害
在采用离子交换法提炼时，影响树脂的交换容量
➢ 去除方法
• Ca2+ – 草酸 • Mg2+ – 三聚磷酸钠 • Fe3+ – 普鲁士蓝
1.1 主要杂质预处理
蛋白质 ➢ 杂质危害
• 离子交换法提炼时，会降低吸附 能力
• 萃取时，易产生乳化 • 过滤或膜过滤时，使滤速下降，
凝聚和絮凝技术能有效地改变细胞、菌体和蛋白质等胶体粒 子的分散状态，使聚集起来，增大体积，以便于过滤。
1.2.1 凝聚
➢ 机理
• 中和粒子表面电荷，消除双电层结构
➢ 斯特恩模型
1.2.1 凝聚
➢ ζ电位
• 与扩散层厚度和电动电荷密度成正比
• 对带负电性菌体的发酵液，高价阳离子的存在，可压缩扩散层厚度， 促使ζ电位迅速降低
2.2.1 改善过滤的方法
对于难过滤的发酵液，必须设法改善过滤性能、降低滤饼的 比阻值，以提高过滤速度。
➢ 预处理发酵液
• 等电点，蛋白质变性、吸附以及凝聚和絮凝等方法
➢ 加入助滤剂
• 助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，能使滤饼疏松，滤速增大
➢ 酶解作用
2.2.1 改善过滤的方法
1. 助滤剂 ➢ 机理：表面吸附胶体及不可压缩型格子结构 ➢ 使用方法：
一种较好的解决办法是，过滤前在转鼓面上预铺一层助滤剂，操作时，用 一把缓慢向鼓面移动的刮刀将滤饼连同极薄的一层助滤剂一起刮去，这样
使过滤面积不断更新，以维持正常的过滤速度。
鼓式真空过滤机在葡萄酒制作流程中的介绍
2.4 离心分离
➢ 离心分离 • 借助于离心机旋转锁产生的离心力的作用，促使不 同大小，不同密度的粒子分离的技术。 • 沉降速度
2.2.3 错流过滤
➢ 影响错流过滤的主要因素 • 过滤的液体 • 过滤介质 • 滤室的几何形状 • 反冲洗
➢ 震动膜过滤VS错流过滤 (点击)
2.3 固液分离器
不同性状的发酵液应选择不同的固—液分离设备。 具有工业意义的分离器为两大类：压力和真空
常用分离设备： ➢ 板框压滤机 ➢ 鼓式真空过滤机 ➢ 离心沉降分离机
1.2.4 絮凝剂应用优化
➢ 混凝 • 非离子型和阴离子型絮凝剂需与凝聚剂搭配使用
➢ 影响因素 • 凝聚剂用量 • 最佳用量为粒子表面积约有一半被聚合物覆盖时所用的絮凝剂量 • 分子量 • 长链能有助于架桥效果 • 溶液pH • 电离度增大，架桥作用明显 • 搅拌速度和时间
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
2.2.3 错流过滤
➢ 原理
• 通过循环泵将要过滤的物质在 不同孔径的滤膜孔道中做高速 循环运动。在压力的作用下， 滤液以切线通过的方式滤出；
• 未滤液由于高速运动而形成湍 流，不断冲洗膜棒的内表面， 将少量附着在膜上的固形物带 走，从而防止了滤膜的阻塞， 保持过滤的正常进行。
➢ 特点 • 介质阻力大 • 不能得到干滤饼 • 需要大的膜面积 • 收率高 （97-98%） • 质量好 • 减少处理步聚 • 染菌罐也能进行处理
此外，发酵后期加消沫油或剩余大量末用完的培养基都会使过滤困难。
2.1 影响固液分离的因素
3. 发酵时间
• 正确选择发酵终了时间对过滤影响很大 • 在菌丝自溶前必须放罐，因为细胞自溶后的分解产物很难过
滤
有时延长发酵周期虽能使发酵单位有所提高，但严重影响 发酵液质量，使色素和胶状杂质增多、过滤困难，最终造 成成品质量降低。
发酵液的预处理
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
1 发酵液的预处理
无论是胞外产物还是胞内产物，除去培养液和发酵液中固体悬浮物的 方法主要为过滤和离心。这两种方法受介质影响甚大：细胞或菌体的 大小、介质粘度。
• 固液分离和萃取在同时完成 • 需要选择到合适的两水相体系和操作条件
• 固体颗粒除去和目标蛋白纯化合并于一步完成 • 减少操作步骤，缩短时间，降低成本，提高收率
思考题
1. 发酵液为何需要预处理？处理方法有哪些？ 2. 如何使用助滤剂? 3. 凝集与絮凝过程有何区别？如何将两者结合使用？ 4. 错流微滤与传统过滤相比有何优点？
• 当双电层的排斥力不足以抗衡胶粒间的范德华引力时，由于热运动的 结果导致胶粒的互相碰撞而聚集起来
Stern layer
Diffuse layer
pH change
1.2.1 凝聚
➢ 凝聚价
• 电解质的凝聚能力可用凝聚价或凝聚值来表示 • 使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度(毫摩尔／升)，称
为凝聚价或凝聚值 • 阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序
➢ 柠檬酸发酵液
加热至80C℃以上，使蛋白质变性凝固，降低发酵液钻 度，大大提高过滤速度。
1.2 凝聚与絮凝
➢ 基本概念
• 凝聚 胶体粒子(10-100nm)在中性盐的促进下， 互聚集成大粒子（1mm）。所得颗粒较小。
• 絮凝 大分子聚电解质将胶体粒子交联成网状，成 形絮凝团的过程。可得粗大絮团。
2.2 过滤
➢ 过滤特性指标 • 滤饼的质量比阻rB • 表示单位滤饼厚度的阻力系数，与滤饼的结构特性有关
➢ 过滤操作方式分类 • 恒压过滤-压缩空气或真空作为推动力 • 恒速过滤-定容泵输送料液 • 变速变压过滤-离心泵
➢ 滤饼的质量比阻可衡量各种不同发酵液过滤难易程度 • 菌丝粗大，比阻小，易过滤 • 菌丝细小，比阻大，需预处理
➢ 影响颗粒沉降速度的因素 • 颗粒直径 • 密度 • 介质粘度
离心机
常速离心机
• 用于工业、实验室规模 • 收集细胞、菌体、培养基 残渣等较大固体颗粒
根据不同 离心因素
高速和超速离 心机大多用于 冷冻设备
高速离S心TY机LE DESIGN
Im•me细nse胞visu碎al a片ppea，l - P较rem大ade细Pow胞erPo器int
• 预先制成滤饼 • 助滤剂混入悬浮液中一起过滤 ➢ 常用助滤剂：硅藻土，珍珠岩，活性炭 ➢ 应用优化因素 • 单位质量助滤剂的滤液最大产量 • 使用周期 • 流速
2.2.1 改善过滤的方法
2. 酶制剂分解粘性物质
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。
➢ 举例
膜受到污染。 ➢ 去除方法
• 加热 • 等电点沉淀法 • 有机溶剂 • 蛋白沉淀剂
不稳加定热蛋白 颗调 蛋粒节 白相等 质互电 失聚点 去 水集化而膜沉保淀护
不调 加聚溶 调稳节 热集剂 节定等 或沉脱 电蛋电 有淀水 荷白点 机
应用举例
➢ 透明质酸发酵液
三氯乙酸调pH至4.5，静置1h后回调pH至6.0，静置5h。 经硅藻土过滤后的蛋白质除去率提高90%。而加热会降 低透明质酸分子量，不推荐。
2.3.1 板框压滤机
➢ 优点：过滤面积大，过滤推动力(压力差)能较大幅度地进
行调整，并能耐受较高的压力差，故对不同过滤特性的发酵 液适应性强，同时还具有结构简单，价格低，动力消托少等 优点。
➢ 缺点：不能连续操作，设备笨重，劳动强度大，卫生条件
差，非生产的辅助时间长(包括解框、卸饼、洗滤饼，洗滤 布，重新压紧板框等)，阻碍了过滤效率的提高。
动物细胞 40μm
➢ 真菌 菌丝粗大，容易过滤，不需特殊处理。滤渣呈紧密饼状 物，易从滤布上刮下，可采用鼓式真空过滤机过滤。
➢ 放线菌 菌丝细而分枝，交织成网络状，还含有很多多糖类物 质，粘性强，重量比阻r B值高，过滤困难，一般需经预处理 ，以凝固蛋白质等胶体。
真菌细胞 10μm
酵母细胞 10μm
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