第2章发酵液的预处理.ppt
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1、第2章 发酵液的预处理及固液分离,重点:预处理的作用及常用方法 凝聚与絮凝的原理及异同点 杂蛋白、高价无机离子的去除方法,一.生化分离工程的工艺流程:,第一节 发酵液的预处理,二.发酵液的预处理技术:,悬浮液的基本特性 细胞的相对密度与培养液相似,沉降不容易; 可压缩性,粘稠,非牛顿流体,流动性差,不利于进行过滤、吸附、萃取等操作; 发酵液成分复杂,有些杂质对后续分离有害。,二.发酵液的预处理技术:,改善发酵液的物理性质:流变性质、颗粒粒度,预处理的目的,去除部分杂质:杂蛋白、多糖、高价无机离子等,二.发酵液的预处理技术:,物理性质的改善,杂质的去除,预处理的方法,加热(降低黏度、去除杂蛋白)
2、,凝聚与絮凝(增大粒度),加助滤剂(改善过滤),去杂蛋白(等电点、变性剂、吸附),去多糖(酶解),去离子(沉淀),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,常用于菌体细小而且粘度大的发酵液的预处理中。,三.凝聚和絮凝技术,凝聚是在高价无机盐作用下,由于双电层排斥电位的降低,而使胶体体系不稳定的现象。 絮凝是指在某些高分子絮凝剂存在下,基于架桥作用,使胶粒形成粗大的絮凝团的过程,是一种以物理的集合为主的过程。,凝聚和絮凝的概念,扩散双电层的结构模型图 胶粒能保持分散状态的原因,凝聚技术,扩散双电层的结构模型图,胶粒能保持分散状态的原因主要
3、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:从而阻止了粒子的聚集。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。 但是,水化膜主要是伴随胶粒带电而引起的,一旦电位降低或消除,水化层也会随之减弱或消失。,常用的凝聚剂,Al2(SO4)3.18H2O,AlCl3.6H2O,FeCl3, ZnSO4,MgCl2 阳离子对负电荷的胶粒凝聚能力次序为: Al3+Fe3+H+Ca2+Mg2+K+Na+Li+,絮凝剂是一种能溶于水的高
4、分子聚合物,其相对分子质量可高达数万至一千万以上,长链状结构,其链节上含有许多活性官能团,包括带电荷的阴离子(如-COOH)或阳离子(如-NH2)基团以及不带电荷的非离子型基团。 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。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,产生桥架连接时,就形成了较大的絮团,这就是絮凝作用。,絮凝,絮凝原理,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:,1.聚丙烯酰胺(P
5、olyacrylamide)衍生物: 非离子型、阴离子型(含-COOH)、阳离子型(含-NH2) 由于聚丙烯酰胺类絮凝剂具有用量少,一般以ppm计量,絮凝体粗大,分离效果好,絮凝速度快以及种类多等优点,所以适用范围广。 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、海藻酸钠在食品工业上应用较多 壳聚糖在生物产品分离中用得最多,常用絮凝剂的种类:,四 杂蛋白的去除,等电点沉淀 蛋白质一般以胶体状态存在于发酵液中。胶体粒子的稳定性和其所带电荷有关。 蛋白质在某一pH下,净电荷为零,溶解度最小,称为等电点。因为羧基的电离度比氨基大,故蛋白质的酸性性
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