分離與純化課件

1、生物工業(yè)下游技術(shù)-生物工業(yè)下游技術(shù)-第三章 發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液成分：微生物菌體及殘存的固體培養(yǎng)基外，還有未被微生物完全利用的糖類、無機(jī)鹽、蛋白質(zhì)，以及微生物的各種代謝產(chǎn)物。目的：分離菌體和其他懸浮顆粒，除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液的性質(zhì)，以利于提取和精制后繼各工序的順利進(jìn)行。方法選擇：對于胞外產(chǎn)物，經(jīng)預(yù)處理應(yīng)盡可能使目的產(chǎn)物轉(zhuǎn)移到液相，然后經(jīng)固液分離除去固相；對于胞內(nèi)產(chǎn)物，則應(yīng)首先收集菌體或細(xì)胞，經(jīng)細(xì)胞破碎后,目的產(chǎn)物進(jìn)入液相，隨后再將細(xì)胞碎片分離。-第三章 發(fā)酵液預(yù)處理發(fā)酵液成分：微生物菌體及殘存的固體培養(yǎng)第一節(jié) 發(fā)酵液過濾特性的改變微生物發(fā)酵液的特性可歸納為：發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為1一1

2、0，懸浮液中大部分是水；懸浮物顆粒小，相對密度與液相相差不大；固體粒子可壓縮性大；液相粘度大，大多為非牛頓型流體；性質(zhì)不穩(wěn)定，隨時間變化，如易受空氣氧化、微生物污染、蛋白酶水解等作用的影響。 這些特性使得發(fā)酵液的過濾與分離相當(dāng)困難。-第一節(jié) 發(fā)酵液過濾特性的改變微生物發(fā)酵液的特性可歸納為：-改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法 通過對發(fā)酵液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，即可改善其流體性能，降低濾餅比阻，提高過濾與分離的速率。一、降低液體粘度：加水稀釋法和加熱法二、調(diào)整pH：等電點沉淀法三、凝聚與絮凝四、加入助濾劑：助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒，它能使濾餅疏松，濾速增大。如：硅藻土、纖維素、石棉粉、珍珠巖、白

3、土、炭粒、淀粉等。五、加入反應(yīng)劑：不影響目的產(chǎn)物，可消除發(fā)酵液中某些雜質(zhì)對過濾的影響，提高過濾速率。-改善發(fā)酵液過濾特性的物理化學(xué)方法 通過對發(fā)凝聚與絮凝凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作用降低，電位下降，而使膠體體系不穩(wěn)定的現(xiàn)象。 凝聚值：使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度。反離子的價數(shù)越高，該值就越小，即凝聚能力越強(qiáng)。絮凝：指在某些高分子絮凝劑存在下，基于橋架作用，使膠粒形成較大絮凝團(tuán)的過程。 絮凝劑：是一種能溶于水的高分子聚合物，其相對分子質(zhì)量可高達(dá)數(shù)萬至一千萬以上，它們具有長鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團(tuán)，包括帶電荷的陰離子或陽離子基團(tuán)以及不帶電荷的非離子型基團(tuán)。

4、 目前，最常用的絮凝劑是有機(jī)合成的聚丙烯酰胺。-凝聚與絮凝凝聚：指在電解質(zhì)作用下，由于膠粒之間雙電層電排斥作-第二節(jié) 發(fā)酵液的相對純化 發(fā)酵液中雜質(zhì)很多，其中有些雜質(zhì)不僅直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和收得率，同時對后續(xù)提取和精制有很大影響。一、高價無機(jī)離子的除去 發(fā)酵液中主要的無機(jī)離子有：Ca2+；Mg2+；Fe2+等。二、雜蛋白質(zhì)的除去(1) 沉淀法：蛋白質(zhì)是兩性物質(zhì)，在酸性溶液中，能與一些陰離子（三氯乙酸鹽、水揚酸鹽）形成沉淀；在堿性溶液中，能與一些陽離子（Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等）形成沉淀。(2) 變性法：使蛋白質(zhì)變性的方法很多，如：加熱，調(diào)節(jié)PH，有機(jī)溶劑，表面活性劑等。其中最常用的

5、是加熱法。(3) 吸附法：加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。-第二節(jié) 發(fā)酵液的相對純化 發(fā)酵液中雜質(zhì)很第三節(jié) 固液分離工程及設(shè)備范圍：培養(yǎng)基、發(fā)酵液、某些中間產(chǎn)品和半成品。其中發(fā)酵液由于種類多、粘度大和成分復(fù)雜，分離最為困難。方法：分離篩、重力沉降、浮選分離、離心分離和過濾等，其中用于發(fā)酵液固液分離的主要是離心分離和過濾分離。 一、離心分離 二、過濾分離-第三節(jié) 固液分離工程及設(shè)備范圍：培養(yǎng)基、發(fā)酵液、某些中間產(chǎn)一、離心分離原理：利用轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的離心力來實現(xiàn)懸浮液、乳濁液的分離或濃縮。優(yōu)點：分離速率快、分離效率高、液相澄清度好等。缺點：設(shè)備投資高、能耗大。此外，連續(xù)排料時，固相

6、干度不如過濾設(shè)備。種類：多，按其作用原理不同，可分為過濾式離心機(jī)和沉降式離心機(jī)兩大類。-一、離心分離原理：利用轉(zhuǎn)鼓高速轉(zhuǎn)動所產(chǎn)生的離心力來實現(xiàn)懸浮 1碟片式離心機(jī)- 1碟片式離心機(jī)- 2管式離心機(jī)- 2管式離心機(jī)-3傾析式離心機(jī)-3傾析式離心機(jī)-二、過濾原理：懸浮液通過過濾介質(zhì)時，固態(tài)顆粒與溶液分離。 過濾操作可分為澄清過濾和濾餅過濾兩種。澄清過濾：所用的過濾介質(zhì)為硅藻土、砂、顆粒活性炭、玻璃珠、塑料顆粒等，填充于過濾器內(nèi)即構(gòu)成過濾層；也有用燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)金屬、粘合塑料及用金屬絲繞成的管子等組成的成型顆粒濾層。濾餅過濾：過濾介質(zhì)為濾布，包括天然或合成纖維織布、金屬織布;氈、石棉扳、玻璃纖維紙、

7、合成纖維等無紡布。 濾餅過濾按推動力的不同可以分為四種，即重力過濾、加壓過濾、真空過濾和離心過濾。-二、過濾原理：懸浮液通過過濾介質(zhì)時，固態(tài)顆粒與溶液分離。-1板框過濾機(jī)-1板框過濾機(jī)-2真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)-2真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)-3硅藻土過濾機(jī)硅藻土：較純二氧化硅礦石。化學(xué)性能穩(wěn)定，具有極大的吸附和滲透能力，是良好的介質(zhì)和助濾劑。使用方法：(1)作為深層過濾介質(zhì)，以過濾含少量(01)懸浮固形物的液體。硅藻土不規(guī)則粒子間形成許多曲折的毛細(xì)孔道，藉篩分和吸附作用除去懸浮液中的固體粒子。(2)在支持介質(zhì)(濾布)的表面上預(yù)涂硅藻土薄層(預(yù)涂層)，以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道在較長時間內(nèi)不被懸浮液中的固體粒子所堵塞

8、，從而提高和穩(wěn)定過濾速率。(3)將適當(dāng)?shù)墓柙逋练稚⒃诖^濾的懸浮液中，使形成的濾餅具有多孔隙性，降低濾餅的可壓縮性，以提高過濾速率和延長過濾操作的周期。用量：預(yù)涂，500g/m2左右，2-4mm厚；加入， 01左右。-3硅藻土過濾機(jī)硅藻土：較純二氧化硅礦石?；瘜W(xué)性能穩(wěn)定，具有三、其他固液分離方法 1切向流過濾：又稱錯流過濾、交叉過濾和十字流過濾，是一種維持恒壓下高速過濾的技術(shù)。其操作特點是使懸浮液在過濾介質(zhì)表面作切向流動，利用流動的剪切作用將過濾介質(zhì)表面的固體(濾餅)移走，過濾速率就近似恒定。 (1)用泵循環(huán)使懸浮液流經(jīng)過濾介質(zhì)。 (2)在過濾介質(zhì)表面加以攪拌造成流動，產(chǎn)生切向流。2雙水相萃取3吸附法：優(yōu)點在于設(shè)備簡單、能耗低，主要的問題是很難選擇合適的吸附劑，以保證目的產(chǎn)物不致于被吸附而損失。-三、其他固液分離方法 1切向流過濾：又稱錯