chapter+14+发酵液的预处理和固液分离方法(重点).ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,14,发酵液的预处理和固液分离方法,2,14 发酵液预处理和固液分离,技术手段,沉降,离心,凝聚,絮凝,过滤,固液分离,其它手段,3,凝聚：,在,中性盐,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：,在,高分子絮凝剂,存在下，基于,架桥,作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程，以,物理集合,为主。,5,几个名词：,stern,层,：,相距胶核表面约一个离子半径的平面。,滑移（动）面：,当胶粒在溶液中作相对运动时，总有一薄层液体，随着它一起滑移，这一薄层，厚度比吸附层稍大。,s,：,胶核表面的电位,d,：,stern,平面上的电位,：,滑移面上的电位，可测定，控制胶粒间电排斥作用的电位，表征双电层的特征,6,扩散层的有效厚度，,即,stern,面上的电位降,低到其值为1/,e,处的距离,，不能直接测定。,水的介电常数,胶体的电动电荷密度,即滑移面电荷密度,7,若溶液中存在,i,离子：,结论：对带负电荷的发酵液，,z,i,，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。,D/,k,/N/T,都为常数,8,凝聚价（凝聚值）,定义：胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（毫摩尔/升）。,规律性：阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为：,Al,3+,Fe,+,H,+,Ca,2+,Mg,2+,K,+,Na,+,Li,+,凝聚的缺点：凝聚体颗粒较细小,10,12,聚丙烯酰胺,优点,：,用量少,10,6,g/L,絮凝体粗大，分离效果好,絮凝速度快,种类多,主要用于杂质为蛋白质或菌丝体的发酵液,缺点,：,存在毒性（尤其阳离子）。,14,混凝,包括凝聚和絮凝机理的过程，称为混凝。,对带负电性菌体或蛋白质：,加入无机电解质，凝聚起作用成微粒：,再加入非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，架桥作用（絮凝）：，,15,影响絮凝的因素：,发酵液性状有关，对不同发酵液选择不同种类的絮凝剂；,对同一种发酵液，还与絮凝剂,加量,分子量和类型,溶液的,pH,搅拌速度,时间,16,最新的发展趋势,亲和絮凝 絮凝剂与细胞膜表面的某种组分间具有的专一性亲和连接作用而产生架桥。,17,杂蛋白的其它去除方法：,(1)酸化，,调,pH,值至等电点,。（,CO,2,、,H,2,SO,4,、,HCl,、,H,3,PO,4,）,(2),加盐，形成沉淀。,酸性溶液：,Protein+,阴离子,碱性溶液：,Protein+,阳离子,18,高价无机离子的去除方法：,(1)去,Ca,2+,，加草酸。,作用：,生成草酸钙沉淀，同时也生成,MgC,2,O,4,草酸钙沉淀，能促使蛋白质凝固。,(,2)去,Mg,2+,，加三聚磷酸钠,Na,5,P,3,O,10,，同时也可去除,Ca,2+,Na,5,P,3,O,10,+Mg,2+,MgNa,3,PO,10,+2Na,+,（络合物）,(3)去,Fe,3+,，加黄血盐，形成普鲁士兰沉淀。,Fe,3+,+Fe,2+,(CN),6,4-,+K,+,=KFe,2+,(CN),6,Fe,3+,20,色素的去除,主要是吸附法，如活性炭吸附、树脂吸附等，可以不用或少用有机溶剂；,树脂常称为,“,脱色树脂,”,，具有多孔性、表面积大、吸附能力强特点。,离子交换树脂也可以进行脱色；,第二话题 发酵液的固液分离,21,23,影响过滤速度的因素。,菌种,真菌,：过滤容易，滤渣呈紧密饼状，易刮下。,放线菌,：菌丝细而分枝，交织成网状，过滤较难，须经预处理。,细菌,：菌体很细小，过滤十分困难，须絮凝处理，并用特殊的过滤设备。,24,培养基组成,影响很大。用黄豆饼粉，花生粉作氮源，淀粉作碳源会使过滤困难。,后期加用消沫油或大量未用完的培养基，使过滤困难。,续,26,27,改善过滤性能的方法,若难过滤的发酵液，设法改善过滤性能，降低,B,，提高过滤速度。,方法：,等电点法；,蛋白质变性法；,吸附法；,凝聚及絮凝法；,加入助滤剂；,酶解作用。,28,加入助滤剂：,助滤剂：不可压缩的多孔微粒，不吸附或很少吸附生化物质，使滤饼疏松，有利于过滤。,种类：硅酸盐粉末，纸浆，珠光岩，珍珠岩（,SiO,2,）,助滤剂的加入有两种方法：,在滤布上预先铺一层助滤剂,(12mm),，该方法会使滤速降低，但滤液透明度加大。,直接加入发酵液中。,30,固,液分离设备的选择,常用于发酵液的分离设备有：,板框压滤机,鼓式真空过滤机,离心沉降分离机,31,板框压滤机,优点：,板框压滤机的过滤面积大；,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；,结构简单，价格低，,动力消耗少等优点。,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，阻碍了过滤效率的提高。,32,鼓式真空过滤机,优点,能连续操作，,能实现自动化控制,缺点,压差较小，主要适用于霉菌发酵液的过滤。,33,离心分离,优点,分离速度快，效率高，,操作时卫生条件好等优点，,适合于大规模的分离过程。,缺点,投资费用高，,能耗较大。,34,离心，与过滤比较,优点：分离速度快、效率高、液相澄清度好，操作时卫生条件好优点，适于大规模分离过程,缺点：投资设备高，能耗大，固相干燥程度不如压滤操作。,有哪些形式离心呢？,重力沉降（自己离心自己）,离心过滤,离心沉降,离心分离,35,36,重力沉降,以液固沉降为例，重力沉降过程中固体颗粒受到重力，浮力和摩擦力的作用对球形的固体颗粒，当,10,-4,Re1,时,(,滞流区,),当重力，浮力和摩擦力达到平衡时，球形固体颗粒沉降，沉降速度为,37,相对离心力（离心分离因数，离心力强度）,悬浮粒子受到离心力的作用，将向离心管底部移动，沉降，这个粒子所受到的离心力与它受到的地球重力相比较，称为相对离心力（,RCF,），也称为分离因子。,从以上公式可看出,RCF,是与沉降的粒子质量无关的值。,38,s,为单位离心场力作用下的粒子的沉降速度。,从以上得知：,s,是溶剂物性的函数，与温度及溶剂有关。,S=10,-13,秒,39,一些蛋白质的沉降系数,40,沉降时间,积分：,圆形颗粒完全沉降需要的时间,41,K,是转子的效率因子（通常,K,值为,101,000,或更大）。与转子大小和速度有关。,根据厂家提供的最大,K,值就可估计在一定的转速时具有一定沉降系数的某种颗粒的沉降时间。,BACK,42,按离心的转速分,离心方法,差速离心,区带离心,43,44,差速离心法：,采用,逐渐增加离心速度,或,低速和高速交替进行,离心，使沉降速度不同的颗粒，在不同离心,速度,及不同离心,时间,下分批离心的方法。,它是利用各种粒子,密度,的不同，因而在离心力场中其沉降速度亦不同，从而达到分离的目的。,45,缺点：每次沉降的沉淀粒子不是均一的，在某离心力下除了大粒子都沉淀外，部分中粒子和少部分小粒子也可能沉淀下来，且数目随着离心时间的延长而增加。故不容易得到粒度均匀的粒子，需要将沉淀重新悬浮、洗涤，再次离心，反复数次，才有较好效果。,一般用于 分离,沉降系数相差较大,的粒子。,46,47,2,、区带离心法,样品在一惰性密度梯度介质中进行离心沉降或沉降平衡，在一定离心力把颗粒分配到密度梯度某些特定位置上，形成不同区带的沉降方法。,根据离心操作条件的不同，分,差速区带离心,和,平衡区带离心,2,种。,优点；分离效果好，适用范围广，颗粒不易失活变形。,缺点；离心时间长，需要制备梯度，操作复杂。,BACK,48,原理是,沉降系数不同,的组分在密度梯度中会形成各自不同的区带。离心操作时，,密度梯度中的最大密度小于待分离的目标产物的密度,。,密度梯度中，料液中的各个组分就会由于沉降系数的差异而以不同的速率沉降，产生与组分对应的区带。,平衡区带离心是其密度梯度比差速区带离心的,密度梯度大,，离心后，料液中的高分子溶质在与其自身密度相等的溶剂密度处形成稳定的区带，区带中的,溶质浓度以该处密度为中心，呈高斯分布,。,49,差速区带离心法（密度梯度区带离心法）,A,：,原理,把样品铺放在一个事先制备的连续的密度梯度上，在垂直于轴方向上的近轴处（,x,1,）介质密度最小，离轴远处（,x,2,）密度最大，但最大密度,L,一般小于样品中最小粒子的密度,s,。这样，所有的粒子的沉降速率,dx/dt,0,。离心一定时间后，沉降颗粒逐渐分开，最后形成一系列的界面清楚的不连续的区带。,50,51,3,、,三种离心分离法的沉降过程比较,返回,新思路,全发酵液提取,52,膜技术,双水相萃取,扩张床操作,53,