發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件

第十章發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法第十章發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法

第一節(jié)萃取萃?。豪萌苜|(zhì)在互不相溶的兩相之間分配系數(shù)的不同而使溶質(zhì)的得到純化或濃縮的方法根據(jù)參與溶質(zhì)分配的兩相不同分類：液固萃取、溶媒萃取、雙水相萃取、反膠團(tuán)萃取、超臨界萃取第一節(jié)萃取萃?。豪萌苜|(zhì)一、溶媒萃取法1、溶媒萃取的基本原理利用該物質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中溶解度的不同，使之從一種溶劑轉(zhuǎn)入另一種溶劑，從而使雜質(zhì)去除萃取效率是以分配定律為基礎(chǔ)的一、溶媒萃取法Nernst分配定律（1891）：在一定溫度下，當(dāng)某一溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中分配達(dá)到平衡時，則該溶質(zhì)在兩相中的濃度之比為一常數(shù)，稱為分配系數(shù)。對萃取操作來講：萃取相和萃余相中溶質(zhì)的濃度之比就是分配系數(shù)；用K表示。在達(dá)到平衡時，設(shè)溶質(zhì)在萃取相中濃度為CA

；在萃余相中為CB

。則：Nernst分配定律（1891）：在一定溫度下，當(dāng)某一溶質(zhì)2、常用溶媒萃取的工藝（1）單級提煉法混合器溶劑發(fā)酵液分離器提取液殘余液2、常用溶媒萃取的工藝混合器溶劑發(fā)酵液分離器提取液殘余液（2）多次提煉法混合器溶劑發(fā)酵液分離器提取液混合器溶劑分離器提取液混合器分離器提取液殘余液溶劑殘余液殘余液（2）多次提煉法混合器溶劑發(fā)酵液分離器提取液混合器溶劑分離器（3）、多級對流萃取第一混合器分離器第二混合器分離器第三混合器分離器最后提取液提取液殘余液殘余液最后殘余液提取液溶劑發(fā)酵液一級二級三級A90%A70%A50%（3）、多級對流萃取第分第分第分最后提取液提取液殘余液殘余液3、影響溶媒萃取的主要因素(1)乳化與去乳劑乳化：液體分散在另一不相溶的液體中的分散體系乳濁液的形式：水包油、油包水常用的去乳化的方法：過濾和離心、加熱、稀釋法、加電解質(zhì)、吸附法、頂替法、轉(zhuǎn)型法常用去乳劑：陽離子表面活性劑（溴代十五烷基吡啶）陰離子表面活性劑（十二烷基硫酸鈉）3、影響溶媒萃取的主要因素（2）pH值紅霉素在pH9.8時，在乙酸戊酯與水相間的分配系數(shù)等于44.7，而在pH5.5時，紅霉素在水相與乙酸戊酯間的分配系數(shù)等于14.4。

（3）溫度（4）鹽析（5）帶溶劑

帶溶劑是指這樣一種物質(zhì)，能和被萃取物質(zhì)形成復(fù)合物而易溶于溶媒中，形成的復(fù)合物在一定條件下又容易分解例如：鏈霉素在中性下能與二異辛基磷酸酯結(jié)合，從而在水相萃取到三氯乙烷中，然后在酸性下再萃取到水相（2）pH值二、雙水相萃取1、發(fā)展歷史始于20世紀(jì)60年代,從1956年瑞典倫德大學(xué)Albertsson發(fā)現(xiàn)雙水相體系

1979年德國GBF的Kula等人將雙水相萃取分離技術(shù)應(yīng)用于生物產(chǎn)品分離國內(nèi)自20世紀(jì)80年代起也開展了雙水相萃取技術(shù)研究。二、雙水相萃取2、雙水相的形成

將兩種不同的水溶性聚合物（或鹽溶液）的水溶液混合時，當(dāng)聚合物濃度達(dá)到一定值，體系會自然的分成互不相溶的兩相，這就是雙水相體系形成原因：由于高聚物之間的不相溶性，即高聚物分子的空間阻礙作用，相互無法滲透，不能形成均一相，從而具有分離傾向，在一定條件下即可分為二相。一般認(rèn)為只要兩聚合物水溶液的憎水程度有差異，混合時就可發(fā)生相分離，且憎水程度相差越大，相分離的傾向也就大。2、雙水相的形成3、常用的雙水相體系

高聚物/高聚物體系：聚乙二醇(簡稱PEG)/葡聚糖(簡稱Dextran)和PEG/Dextran

高聚物/無機鹽體系：硫酸鹽體系。常見的高聚物/無機鹽體系為:PEG/硫酸鹽或磷酸鹽體系。3、常用的雙水相體系4、雙水相相平衡關(guān)系4、雙水相相平衡關(guān)系5、影響物質(zhì)分配平衡的因素（1）聚合物及其分子量的影響不同聚合物的水相系統(tǒng)顯示出不同的疏水性，水溶液中聚合物的疏水性按下列次序遞增:

葡萄糖硫酸鹽<甲基葡萄糖<葡萄糖<羥丙基葡聚糖<甲基纖維素<聚乙烯醇<聚乙二醇<聚丙三醇5、影響物質(zhì)分配平衡的因素

同一聚合物的疏水性隨分子量增加而增加，其大小的選擇依賴于萃取過程的目的和方向，在PEG/DEX系統(tǒng)中，蛋白質(zhì)的分配系數(shù)隨著DEX相對分子量的增加而增加。若想在上相獲得較高的蛋白質(zhì)收率，對于PEG聚合物，應(yīng)降低它的平均分子量，相反，若想在下相獲得較高的蛋白質(zhì)收率，則平均分子量應(yīng)增加。

同一聚合物的疏水性隨分子量增加而增加，其（2）pH值的影響改變兩相的電位差如體系pH值與蛋白質(zhì)的等電點相差越大，則蛋白質(zhì)在兩相中分配越不均勻。

pH值的變化也會導(dǎo)致組成體系的物質(zhì)電性發(fā)生變化，也會使被分離物質(zhì)的電荷發(fā)生改變，從而影響分配的進(jìn)行。（2）pH值的影響（3）離子環(huán)境對蛋白質(zhì)在兩相體系分配的影響在雙水相聚合物系統(tǒng)中，加入電解質(zhì)時，其陰陽離子在兩相間會有不同的分配。同時，由于電中性的約束,存在一穿過相界面的電勢差(Donnan電勢),它是影響荷電大分子如蛋白質(zhì)和核酸等分配的主要因素。同樣，對于粒子遷移也有相似的影響，粒子因遷移而在界面上積累。故只要設(shè)法改變界面電勢，就能控制蛋白質(zhì)等電荷大分子轉(zhuǎn)入某一相。（3）離子環(huán)境對蛋白質(zhì)在兩相體系分配的影響（4）溫度的影響

分配系數(shù)對溫度的變化不敏感成相聚合物對蛋白質(zhì)有穩(wěn)定化作用,所以室溫操作活性收率依然很高,而且室溫時粘度較冷卻時(4℃)低,有助于相的分離并節(jié)省了能源開支。（4）溫度的影響

5、雙水相萃取技術(shù)的特點(1)系統(tǒng)含水量多達(dá)75%～90%,兩相界面張力極低(10-7～10–4N·m-1),有助于保持生物活性和強化相際間的質(zhì)量傳遞(2)分相時間短(特別是聚合物/鹽系統(tǒng)),自然分相時間一般只有5～15min。(3)雙水相分配技術(shù)易于連續(xù)化操作。5、雙水相萃取技術(shù)的特點(4)目標(biāo)產(chǎn)物的分配系數(shù)一般大于3,大多數(shù)情況下,目標(biāo)產(chǎn)物有較高的收率。(5)大量雜質(zhì)能夠與所有固體物質(zhì)一起去掉,與其它常用固液分離方法相比,雙水相分配技術(shù)可省去1～2個分離步驟,使整個分離過程更經(jīng)濟(jì)。(6)設(shè)備投資費用少,操作簡單,不存在有機溶劑殘留問題。(4)目標(biāo)產(chǎn)物的分配系數(shù)一般大于3,大多數(shù)情況下,目標(biāo)產(chǎn)6、雙水相萃取的工藝流程雙水相萃取技術(shù)的工藝流程主要由三部分構(gòu)成:目的產(chǎn)物的萃取;PEG的循環(huán);無機鹽的循環(huán)。6、雙水相萃取的工藝流程7、雙水相的應(yīng)用舉例分離和提純各種蛋白質(zhì)(酶）

用PEG/-(NH4)2SO4

雙水相體系,經(jīng)一次萃取從α-淀粉酶發(fā)酵液中分離提取α-淀粉酶和蛋白酶,萃取最適宜條件為PEG1000(15%)-(NH4)2SO4(20%),pH=8,α-淀粉酶收率為90%,分配系數(shù)為19.6,蛋白酶的分離系數(shù)高達(dá)15.1。比活率為原發(fā)酵液的1.5倍,蛋白酶在水相中的收率高于60%。7、雙水相的應(yīng)用舉例提取抗生素和分離生物粒子

采用PEG/Na2HPO4

體系提取丙酰螺旋霉素，最佳萃取條件是pH=8.0～8.5，PEG2000(14%)/Na2HPO4(18%),小試收率達(dá)69.2%,對照的乙酸丁酯萃取工藝的收率為53.4%提取抗生素和分離生物粒子雙水相和其他方法的集成A、與溫度誘導(dǎo)相分離的集成B、磁場增強雙水相C、超聲波加強的雙水相D、親和沉淀的集成雙水相和其他方法的集成三、反膠團(tuán)（膠束）萃取1、定義

反膠束或稱逆膠束(Reversedmicelle)是指當(dāng)有機溶劑中加入表面活性劑并令其濃度超過某臨界值時，表面活性劑便會在有機溶劑中形成一種穩(wěn)定的大小為毫微米級的聚集體。在反膠束中，表面活性劑的非極性基團(tuán)在外與非極性的有機溶劑接觸，而極性基團(tuán)則排列在內(nèi)形成一個極性核。此極性核具有溶解極性物質(zhì)的能力，極性核溶解水后，就形成了“水池”。三、反膠團(tuán)（膠束）萃取發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件2、影響反膠團(tuán)萃取的因素（1）溶液的pH

pH影響蛋白質(zhì)的電荷數(shù)量和電荷性質(zhì)（2）溶液的離子強度影響微膠團(tuán)的靜電狀態(tài)凡是對蛋白質(zhì)所含電荷有影響的因素，如pH，以及對反膠束的靜電狀態(tài)有影響的因素，均能改變蛋白質(zhì)的增溶作用。（3）表面活性劑的濃度和種類（4）其他（有機溶劑、助表面活性劑、溫度）2、影響反膠團(tuán)萃取的因素3、應(yīng)用舉例純化和分離蛋白質(zhì)如對于溶菌酶和肌紅蛋白的混合溶液(兩種蛋白質(zhì)相對分子量相近,等電點分別為11.1和6.8）,用二烷基磷酸鹽/異辛烷反膠束溶液萃取,并用緩沖液將混合液的pH值調(diào)至9.0,則溶菌酶完全進(jìn)入有機相中,而肌紅蛋白則留在水相.3、應(yīng)用舉例四、超臨界流體萃取

超臨界流體是處于臨界溫度和臨界壓力以上，介于氣體和液體之間的高密度流體。在臨界溫度以上壓力不高時與氣體性質(zhì)相近，壓力較高時則與液體性質(zhì)更接近，由此形成的超臨界流體的性質(zhì)介于汽液兩相之間，并易于隨壓力調(diào)節(jié)的特點。四、超臨界流體萃取

1、超臨界流體（SCF）的特性物質(zhì)狀態(tài)

密度（g/cm3）粘度(g/cm/s)擴散系數(shù)(cm2/s)氣態(tài)(0.6-2)×10-3(1-3)×10-4

0.1-0.4液態(tài)0.6-1.6(0.2-3)×10-2

(0.2-2)×10-5

SCF0.2-0.9(1-9)×10-4

(2-7)×10-4

由以上特性可以看出，超臨界流體兼有液體和氣體的雙重特性，擴散系數(shù)大，粘度小，滲透性好，與液體溶劑相比，可以更快地完成傳質(zhì)，達(dá)到平衡，促進(jìn)高效分離過程的實現(xiàn)。1、超臨界流體（SCF）的特性物質(zhì)狀態(tài)密度（g/cm3）粘2、超臨界流體萃取原理

超臨界萃取是利用SCF作為萃取劑，從液體和固體中萃取出特定成分，以達(dá)到某種分離的目的。

一般說來，物質(zhì)的溶解能力與其密度成正比關(guān)系。所以，在臨界點附近，溫度和壓力的微小變化往往會導(dǎo)致溶質(zhì)的溶解度發(fā)生幾個數(shù)量級的變化。利用超臨界流體的這個性質(zhì)進(jìn)行分離操作效果奇佳，而且過程無相變，能耗較低。因此，超臨界流體已突破了一般流體的范疇。2、超臨界流體萃取原理超臨界萃取是利用SCF作為

常見的超臨界流體

CO2、氨、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯、乙醇、丁醇、水等由于CO2的臨界溫度、臨界壓力較易達(dá)到，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒、無臭、無色、無腐蝕性，容易得到較純產(chǎn)品，因此是最常用的超臨界流體。常見的超臨界流體

3、某些常用流體的物理特征3、某些常用流體的物理特征4、超臨界流體萃取設(shè)備SFE的基本流程是：由鋼瓶提供高純液體（CO2）經(jīng)高壓泵系統(tǒng)，流入保持在一定溫度（高于Tc）下的萃取池。在萃取池中可溶于SCF的溶質(zhì)擴散分配溶解在SCF中，并隨SCF一起流出萃取池，經(jīng)阻尼器減壓獲升溫后進(jìn)入收集器，多余的SCF排空或循環(huán)使用。4、超臨界流體萃取設(shè)備SFE的基本流程是：由鋼瓶提供

5、超臨界流體萃取的典型流程及應(yīng)用1.超臨界流體萃取的典型流程(1)等溫法(2)等壓法13P124T1=T2P1>P21—萃取槽；2—膨脹閥；3—分離槽；4—壓縮機T1T2P2溶質(zhì)13P124T1<T2P1=P21—萃取槽；2—加熱器；3—分離槽；4—泵；5—冷卻器P2T2T15溶質(zhì)5、超臨界流體萃取的典型流程及應(yīng)用1.超臨界流體萃取的典(3)吸附法13P124T1=T2P1=P21—萃取槽；2—吸附劑；3—分離槽；4—泵；P2T2T1

超臨界萃取的三種典型流程(3)吸附法13P124T1=T2P1=6、應(yīng)用舉例6、應(yīng)用舉例發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件作業(yè)：什么叫雙水相萃取，影響雙水相萃取的因素有哪些什么是反膠團(tuán)，影響反膠團(tuán)萃取的因素有哪些超臨界流體萃取的原理是什么作業(yè)：第二節(jié)吸附吸附的原理吸附平衡吸附劑的種類吸附的操作方式第二節(jié)吸附吸附的原理一、概述吸附：一種物質(zhì)從一相移動到另外一相的現(xiàn)象。吸附法的特點：（1）處理能力較?。?）對溶質(zhì)的作用較小（3）可直接從發(fā)酵液中分離所需的產(chǎn)物（4）溶質(zhì)和吸附劑之間的相互作用及吸附平衡關(guān)系通常為非線形關(guān)系一、概述二、吸附的原理及目的原理：利用吸附劑與雜質(zhì)、色素物質(zhì)、有毒物質(zhì)、抗生素之間的分子引力而吸附在吸附劑上目的：吸附發(fā)酵產(chǎn)品、除去發(fā)酵液中的雜質(zhì)或色素物質(zhì)、有毒物質(zhì)等優(yōu)點：操作簡單、原料易得，便于土法生產(chǎn)缺點：吸附性能不穩(wěn)定、選擇性不高、吸附劑的容量有限、收率不穩(wěn)定、不能連續(xù)操作，強度大二、吸附的原理及目的三、吸附平衡

吸附平衡是指在一定溫度和壓力下，氣固或液固兩相充分接觸，最后吸附質(zhì)在兩相中達(dá)到動態(tài)平衡；也可以是含有一定量的吸附質(zhì)的惰性流體通過吸附劑固定床層，吸附質(zhì)流動相和固定相中反復(fù)分配，最后在動態(tài)下達(dá)到穩(wěn)定的動態(tài)平衡三、吸附平衡

吸附等溫線：

在一定T下，q（吸附質(zhì)濃度）隨平衡濃度C變化的曲線（q=f(C)）叫吸附等溫線。用數(shù)學(xué)公式描述則叫吸附等溫式。吸附等溫線：四、吸附劑的種類

吸附劑必須具備的條件：（1）顆粒密度小，表面積大（2）顆粒大小均勻（3）吸附能力大，但要容易洗脫下來1、疏水或非極性吸附劑活性炭是疏水性的物質(zhì)、它最適宜從極性溶媒，尤其是水溶液中吸附非極性物質(zhì)。吸附芳香族化合物的能力大于無環(huán)化合物。由于活性炭作為吸附劑的選擇件差。故應(yīng)用抗生素的提取和精制時，單級吸附不能使抗生素純度提高很多，只是用于抗生素的初步提煉，除去溶液中的色素。四、吸附劑的種類

2、親水或極性吸附劑

適用于非極性或極性較小的溶媒。如硅膠、氧化鋁，活性土皆屬此類。另外，吸附劑可以是中性、酸性或堿性。碳化鈣、硫酸鎂等屬中性吸附劑。氧化鋁、氧化鎂等屬堿性吸附劑。酸性硅膠、鋁硅酸屬酸性吸附劑。堿性的吸附劑適宜于吸附酸性的物質(zhì)，而酸性的吸附劑適宜干吸附堿性的物質(zhì)。氧化鋁及某些活性土為兩性化合物，因為經(jīng)酸或堿處理后很容易獲得另外的性質(zhì)。2、親水或極性吸附劑3、各種離子交換樹脂吸附劑

各種有機離子交換樹脂也是屬于極性吸附劑，因為它是兩性化合物，具有離子交換劑的性質(zhì)。工業(yè)發(fā)酵中常用于發(fā)酵產(chǎn)品的脫色和分離雜質(zhì)。3、各種離子交換樹脂吸附劑五、吸附操作方式

靜態(tài)吸附被處理液與吸附劑攪拌混合，而被處理液沒有自上而下流過吸附劑的流動，這種吸附操作叫靜態(tài)吸附。

動態(tài)吸附被處理液通過吸附劑自上向下流動而進(jìn)行吸附。五、吸附操作方式發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件一、基本原理

樹脂的活性基團(tuán)能與溶液中的相同電性基團(tuán)相交換，該交換是經(jīng)過一系列的物理、化學(xué)過程完成的，包括吸附、吸收、穿透、擴散、離子交換、離子親和等過程，有關(guān)理論介紹如下。第三節(jié)離子交換法一、基本原理第三節(jié)離子交換法1、物理吸附物體表面具有表面自由能，其自由能變化的趨勢是向減少方向進(jìn)行的。當(dāng)表面因吸附某些物質(zhì)后，其表面自由能降低，體系趨于穩(wěn)定狀態(tài)。樹脂具有巨大的比表面積，其進(jìn)行離子交換時，首先是吸附作用，將交換物吸附到樹脂表面。1、物理吸附2、晶格理論2、晶格理論3、雙電層理論3、雙電層理論4、膜理論可理解為分子篩，能對分子、離子進(jìn)行大小分級。離子交換樹脂根據(jù)交聯(lián)度大小不同，具有大小不同的孔隙，對進(jìn)入樹脂顆粒內(nèi)部的離子起到從離子大小上進(jìn)行限制的篩分作用。根據(jù)靜電作用規(guī)律，能進(jìn)入樹脂內(nèi)部的離子是能穿過樹脂孔隙的帶電與樹脂可交換離子帶同號電荷的離子。4、膜理論二、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)1、化學(xué)結(jié)構(gòu)：不具活性的網(wǎng)絡(luò)骨架和分布于這種網(wǎng)絡(luò)骨架上的單分子活性基團(tuán)構(gòu)成

2、立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)：3、孔結(jié)構(gòu)：比如：苯乙烯形成網(wǎng)的直鏈，其上帶有可離解的磺酸基，二乙烯苯將直鏈交聯(lián)起來成網(wǎng)狀二、離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)三、分類

1、陽離子交換劑強酸型、中酸型、弱酸型

2、陰離子交換劑強堿性、中強堿性、弱堿性

3、兩性離子交換劑

4、選擇性離子交換樹脂（螯合型離子交換樹脂）

5、吸附樹脂

6、電子交換樹脂（氧化還原樹脂）三、分類四、離子交換樹脂的理化性能1、顆粒度：顆粒小，交換速度大2、含水量：樹脂通常是親水的樹脂交聯(lián)度小，內(nèi)部空隙率大，含水量大3、密度干真密度：即干燥狀態(tài)下樹脂合成材料本身的密度濕真密度：樹脂充分膨脹后，樹脂顆粒本身的密度濕真密度＝樹脂濕重/樹脂顆粒所占體積視密度：樹脂充分吸水膨脹后的堆積密度視密度＝樹脂濕重/樹脂層的體積四、離子交換樹脂的理化性能4、膨脹性交聯(lián)度小的樹脂，膨脹性大5、耐磨損強度：每年3%-7%6、耐熱性7、交換容量（1）理論交換容量單位重量或單位體積樹脂中所含有可交換離子的物質(zhì)的量，mmoL/g干樹脂mmol/mL濕樹脂表示（2）工作交換量在一定操作條件下，離子交換樹脂所能利用的交換容量工作交換量受柱長度、樹脂顆粒度、離子性質(zhì)、濃度、流速及交換基團(tuán)等影響4、膨脹性五、離子交換樹脂的選擇性1、晶體解離的難易決定了組成晶體的離子間引力的大小2、取代交換劑中離子的難易又取決于溶液中可交換離子的濃度3、離子和樹脂間親和力越大，就越容易被吸附電性越大越容易交換：Na＋<Ca2＋<Al3+

在常溫、常壓下低濃度溶液中的離子、原子價相同，則交換量隨交換離子的原子序數(shù)的增加而增大五、離子交換樹脂的選擇性4、在低溫和普通溫度時，離子的化合價越高，就越易吸附二價金屬離子比一價金屬離子容易吸附、三價的又比二價的容易5、溶液的pH值對各種樹脂的影響是不同的4、在低溫和普通溫度時，離子的化合價越高，就越易吸附六、影響離子交換速度的主要因素（1）樹脂顆粒：越小，交換速度越快（2）樹脂的交聯(lián)度：越低，擴散越容易，速度越快（3）溶液中離子濃度：在一定范圍內(nèi)增加能加快交換速度（4）溫度：提高溫度加快交換速度（5）離子的大?。盒‰x子的交換速度快（6）離子價：離子價大的比離子價小的吸附速度慢（7）樹脂的強弱：強的比弱的快（8）樹脂層裝填的松緊度：疏松利于擴散，提高交換速度六、影響離子交換速度的主要因素七、離子交換操作方式1、靜態(tài)法2、動態(tài)法考察上樣量、pH、速度、洗脫劑的種類、流速等的影響八、應(yīng)用舉例谷氨酸的提取七、離子交換操作方式第四節(jié)膜分離第四節(jié)膜分離膜分離的分類及原理膜的種類膜分離設(shè)備影響膜分離的因素膜分離在發(fā)酵工程中的應(yīng)用膜分離的分類及原理

膜分離法實際上是一般過濾法的發(fā)展和延續(xù)。一般過濾法不是分子級水平的，它是利用相的不同將固體從液體或氣體中分離出來；而膜分離是分子級水平的分離方法，該法關(guān)鍵在于過程中使用的過濾介質(zhì)：膜。膜分離法實際上是一般過濾法的發(fā)展和延續(xù)。一般過濾法一、膜分離法的分類及原理透析、超濾及反滲透、微濾、電滲析、液膜技術(shù)、氣體滲透、滲透蒸發(fā)一、膜分離法的分類及原理分離范圍分離范圍發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件1、透析利用具有一定孔徑大小、高分子溶質(zhì)不能透過的親水膜將含有高分子溶質(zhì)和其他小分子溶質(zhì)的溶液（左側(cè)）與純水或緩沖液（右側(cè)）分隔，由于膜兩側(cè)的溶質(zhì)濃度不同，在濃差的作用下，左側(cè)高分子溶液中的小分子溶質(zhì)透向右側(cè)，右側(cè)中的水透向左側(cè)，這就是透析透析膜小分子大分子水透析原理1、透析透析膜小分子大分子水透析原理2、超濾和微濾：超濾和微濾都是利用膜的篩分性質(zhì)，以壓差微傳質(zhì)推動力，用于截留高分子溶質(zhì)或固體微粒。2、超濾和微濾：超濾：處理不含固形成分的料液，它是根據(jù)高分子溶質(zhì)間或高分子與小分子溶質(zhì)之間相對分子質(zhì)量的差別機械分離的方法微濾：用于懸浮粒的過濾，主要用于菌體的分離和濃縮德陽某生化公司納濾膜設(shè)備超濾：處理不含固形成分的料液，它是根據(jù)高分子溶質(zhì)間或高分子與3、反滲透促使水分子透過的推動力稱為滲透壓操作壓力：幾十個大氣壓適用于1nm以下小分子的濃縮3、反滲透萊特萊德9噸/H反滲透純凈水處理設(shè)備10T/H工業(yè)反滲透設(shè)備萊特萊德9噸/H反滲透純凈水處理設(shè)備10T/H工業(yè)反滲透設(shè)備廣東某皮革廠反滲透設(shè)備上海某化工廠純水設(shè)備廣東某皮革廠反滲透設(shè)備上海某化工廠純水設(shè)備4、電滲析利用分子的荷電性質(zhì)荷分子大小的差別進(jìn)行分離的膜分離法，可用于小分子電解質(zhì)（例如氨基酸、有機酸）的分離和溶液的脫鹽4、電滲析5、滲透氣化疏水膜的一側(cè)通入料液，另一側(cè)抽真空或通入惰性氣體，使膜兩側(cè)產(chǎn)生溶質(zhì)分壓差。在分壓差的作用下，料液中的溶質(zhì)溶于膜內(nèi)，擴散通過膜，在透過側(cè)發(fā)生氣化，氣化的溶質(zhì)被膜裝置外設(shè)置的冷凝器冷凝回收。發(fā)生了相變適用于：高濃度混合物的分離，特別適用于共沸物和揮發(fā)度相差較小的雙組分溶液的分離5、滲透氣化6、液膜分離技術(shù)液膜通常由膜溶劑、表面活性劑、流動載體、膜增強添加劑組成。

膜溶劑：成膜的基體物質(zhì)、一般為水或有機溶劑

表面活性劑：降低液膜的表面張力，對液膜的穩(wěn)定性、滲透速度、分離效率和膜的重復(fù)使用有直接影響

流動載體：選擇性遷移指定溶質(zhì)或離子，常為某種萃取劑

6、液膜分離技術(shù)乳化液膜和支撐液膜分離機理：單純遷移：溶解度和擴散度不同促進(jìn)遷移：和溶質(zhì)發(fā)生反應(yīng)乳化液膜和支撐液膜二、膜的種類及特性1、膜的種類選擇膜應(yīng)考慮的因素：分離能力；分離速度；抵抗化學(xué)、細(xì)菌和機械力的穩(wěn)定性；膜材料的成本（1）均質(zhì)膜或致密膜（2）微孔膜：孔徑（0.02~10μm）包括多孔膜和核孔膜（3）非對稱膜：由表面活性層（0.1~1.5μm）和支撐層組成（50~250μm）（4）復(fù)合膜：一種以上的膜材料制備而成（5）離子交換膜：陽離子和陰離子交換膜，多為均質(zhì)膜二、膜的種類及特性2、膜的結(jié)構(gòu)特性（1）孔道結(jié)構(gòu)：不對稱膜（表面活性層和惰性層）（2）膜的孔道特性：孔徑、孔徑分布、孔隙率（3）水通量:在一定條件下（一般壓力為0.1MPa，溫度為20℃）通過測量透過一定量純水所需的時間來測定2、膜的結(jié)構(gòu)特性三、膜分離設(shè)備三、膜分離設(shè)備發(fā)酵產(chǎn)物的提取與精制方法課件四、影響膜分離速度的因素1、操作形式2、流速3、壓力4、料液濃度四、影響膜分離速度的因素五、膜的污染與清洗1、膜污染的原因（1）凝膠極化引起的凝膠層（2）溶質(zhì)在膜表面的吸附層（3）膜孔堵塞（4）膜孔內(nèi)的溶質(zhì)吸附2、常用的清洗劑水、鹽溶液、稀酸、稀堿、表面活性劑、絡(luò)合劑、氧化劑、酶液五、膜的污染與清洗六、應(yīng)用舉例超濾用于除去葡萄酒中熱變性蛋白質(zhì)、微濾除去葡萄汁中的細(xì)菌和各種固體顆粒六、應(yīng)用舉例【實例一、膜－生物反應(yīng)器在食品廢水處理中的應(yīng)用】沈陽統(tǒng)一集團(tuán)食品廢水處理（1000T/D）

1、處理工藝：廢水→細(xì)篩機→除油池→調(diào)節(jié)池→兼氧池→膜生物反應(yīng)器→消毒池→回收水池

【實例一、膜－生物反應(yīng)器在食品廢水處理中的應(yīng)用】沈陽統(tǒng)一集團(tuán)2、運行條件

※膜生物反應(yīng)池水利停留時間：8～9小時

※系統(tǒng)氣水比：40～50:1

※膜生物反應(yīng)池溶解氧：3～4mg/L

※膜生物反應(yīng)池MLVSS：8000～11000mg/L2、運行條件【實例二、凱潔超濾膜在酶試劑濃縮分離中的應(yīng)用】

四川彭州某生物公司根據(jù)實際生產(chǎn)情況，每天60噸發(fā)酵液需要在10小時內(nèi)處理完成，單套超濾系統(tǒng)總處理量為6噸/小時共2套，根據(jù)所需分離料液的分子量(6000)，確定使用2臺超濾主機，每臺主機配備30根KJ-UF6040W-PS超濾膜柱。

★組件形態(tài)：外壓式

★膜材料：改性聚砜

★截留分子量：6000

★允許溫度：0--45℃

★PH值范圍：1---14

【實例二、凱潔超濾膜在酶試劑濃縮分離中的應(yīng)用】四川彭州某工藝流程工藝流程第五節(jié)凝膠層析法

又叫凝膠過濾、凝膠層析、凝膠滲透層析、排阻滲透層析、分子篩過濾等第五節(jié)凝膠層析法又叫凝膠過濾、凝膠層析、凝膠滲一、凝膠層析的原理將具有分子大小網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（孔隙）的凝膠粒子浸漬于某種溶液中時，溶液中的溶質(zhì)分子凡是比網(wǎng)絡(luò)孔隙小的都能自由進(jìn)入凝膠粒子內(nèi)，大的分子由于不能潛入網(wǎng)格便殘留在溶液中，所以將分子大小不同的溶液（如蛋白質(zhì)和硫酸銨）加入到分離柱中，只有小分子物質(zhì)（硫酸銨）完全能進(jìn)入凝膠粒子內(nèi)，而大分子（蛋白質(zhì)）則被排阻于粒子外，彼此互相篩分，加入洗液后，溶液在分離柱內(nèi)向下移動，先流出的洗液中，全部含有大分子物質(zhì)（蛋白質(zhì)），后流出的洗液中含有小分子物質(zhì)（硫酸銨），從而達(dá)到分離和提純的目的。一、凝膠層析的原理二、凝膠層析法常用的凝膠1、天然凝膠瓊脂和瓊脂糖凝膠（Sepharose）：能分離較大相對分子質(zhì)量的物質(zhì)，但它帶有大量的電荷，層析時需使用較高離子強度的洗脫液2、人工合成凝膠（1）聚丙稀酰胺凝膠（Bio－GelP）（2）交聯(lián)葡聚糖凝膠（Sephedex）二、凝膠層析法常用的凝膠三、凝膠層離技術(shù)1、凝膠柱的制備（1）凝膠的預(yù)處理（2）凝膠的裝填（3）層析床的檢查（4）柱的平衡2、樣品和洗脫劑的準(zhǔn)備洗脫劑：試劑是分析純、水是純水固體樣品溶于洗脫劑中，無顆粒三、凝膠層離技術(shù)3、加樣（1）加樣量的選擇脫鹽、緩沖液交換等組分分離時加樣體積為床體積的30％，如果要求較高的回收率，則為15％～20％。（2）加樣方法和注意事項進(jìn)樣器或注射器排干法液面下加樣4、洗脫技術(shù)洗脫流速高速渦流擴散嚴(yán)重，導(dǎo)致區(qū)帶變寬3、加樣5、樣品的檢測、收集和處理6、凝膠過濾介質(zhì)的再生、清洗和儲存再生：用1.5～2個柱體積的洗脫劑完成洗脫過程清洗：堿液清洗（0.1～0.5moL/L的NaOH）、乙醇、非離子型去污劑保存：浸泡在抑菌劑的溶液中，比如：20％乙醇、0.02％～0.05％的疊氮化鈉、0.01moL/L的NaOH，0.05％的三氯丁醇，0.01～0.02％的可樂酮5、樣品的檢測、收集和處理不銹鋼層析柱四、層離設(shè)備

1.分離柱

2.恒壓儲液瓶

3.恒流泵

4.洗脫液收集器

5.恒溫設(shè)備不銹鋼層析柱四、層離設(shè)備五、凝膠層析法在發(fā)酵中的應(yīng)用1、脫鹽2、凝膠層析法去除熱源物質(zhì)3、凝膠濃縮高分子溶液4、測定高分子物質(zhì)的相對分子質(zhì)量5、分析五、凝膠層析法在發(fā)酵中的應(yīng)用