生物分離工程02發(fā)酵液預(yù)處理

生物分離工程02發(fā)酵液預(yù)處理匯報人：AA2024-01-24目錄contents發(fā)酵液預(yù)處理概述發(fā)酵液固液分離技術(shù)發(fā)酵液濃縮技術(shù)發(fā)酵液脫色與除雜技術(shù)發(fā)酵液穩(wěn)定性處理技術(shù)發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備選型與設(shè)計案例分析：某生物制藥企業(yè)發(fā)酵液預(yù)處理實踐01發(fā)酵液預(yù)處理概述發(fā)酵液主要由水、細(xì)胞、代謝產(chǎn)物、殘留培養(yǎng)基和發(fā)酵過程中產(chǎn)生的其他物質(zhì)組成。組成發(fā)酵液通常具有復(fù)雜的成分，包括多種有機物和無機物，其物理和化學(xué)性質(zhì)也因發(fā)酵過程和產(chǎn)物的不同而有所差異。特性發(fā)酵液組成與特性預(yù)處理的目的是去除發(fā)酵液中的雜質(zhì)，提高目標(biāo)產(chǎn)物的純度和收率，為后續(xù)分離純化過程創(chuàng)造條件。通過預(yù)處理，可以降低后續(xù)分離純化過程的難度和成本，提高目標(biāo)產(chǎn)物的質(zhì)量和產(chǎn)量，對于實現(xiàn)生物分離工程的經(jīng)濟效益具有重要意義。預(yù)處理目的和意義意義目的細(xì)胞破碎通過物理或化學(xué)方法破碎細(xì)胞，釋放細(xì)胞內(nèi)的目標(biāo)產(chǎn)物。常用的細(xì)胞破碎方法包括機械破碎、超聲波破碎、酶解破碎等。萃取利用相似相溶原理，通過有機溶劑將目標(biāo)產(chǎn)物從發(fā)酵液中萃取出來。常用的萃取方法包括液-液萃取、固相萃取等。吸附與離子交換利用吸附劑或離子交換劑對目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性吸附或離子交換作用，將目標(biāo)產(chǎn)物從發(fā)酵液中分離出來。常用的吸附劑包括活性炭、硅膠等；離子交換劑包括離子交換樹脂等。過濾與離心通過過濾或離心的方法去除發(fā)酵液中的固體顆粒和細(xì)胞碎片。過濾方法包括板框過濾、真空過濾等；離心方法包括碟片離心、管式離心等。預(yù)處理方法及原理02發(fā)酵液固液分離技術(shù)利用濾膜或濾材的孔徑大小，將發(fā)酵液中的固體顆粒與液體分開。過濾原理過濾類型過濾設(shè)備包括表面過濾、深層過濾和篩分過濾等。板框壓濾機、真空轉(zhuǎn)鼓過濾機、帶式壓榨過濾機等。030201過濾法利用重力作用，使發(fā)酵液中的固體顆粒自然沉降，實現(xiàn)固液分離。沉降原理包括自由沉降、絮凝沉降和區(qū)域沉降等。沉降類型豎流式沉淀池、輻流式沉淀池、斜板沉淀池等。沉降設(shè)備沉降法利用離心力場的作用，使發(fā)酵液中的固體顆粒與液體分開。離心原理包括過濾離心、沉降離心和分離離心等。離心類型三足式離心機、臥式刮刀卸料離心機、碟片式離心機等。離心設(shè)備離心法

其他固液分離技術(shù)膜分離技術(shù)利用膜的選擇透過性，實現(xiàn)發(fā)酵液中不同組分的分離，包括超濾、納濾和反滲透等。電滲析技術(shù)利用電場作用，使發(fā)酵液中的帶電粒子通過離子交換膜，實現(xiàn)固液分離。萃取技術(shù)利用相似相溶原理，將發(fā)酵液中的目標(biāo)組分萃取到另一相中，實現(xiàn)固液分離。03發(fā)酵液濃縮技術(shù)分類常壓蒸發(fā)、減壓蒸發(fā)和薄膜蒸發(fā)等。原理利用加熱使發(fā)酵液中的水分蒸發(fā)，從而提高溶質(zhì)濃度的過程。特點簡單易行，適用于大多數(shù)發(fā)酵液的濃縮；但能耗較高，且易使熱敏性物質(zhì)失活。蒸發(fā)濃縮法03特點無需加熱，能耗低；適用于熱敏性物質(zhì)的濃縮；但膜污染和膜通量下降是常見問題。01原理利用半透膜的選擇透過性，使發(fā)酵液中的不同組分得以分離和濃縮。02分類超濾、反滲透、納濾和電滲析等。膜分離濃縮法通過降低發(fā)酵液的溫度，使水分結(jié)冰，然后分離冰晶和濃縮液。適用于熱敏性物質(zhì)和高粘度發(fā)酵液的濃縮。冷凍濃縮法利用吸附劑對發(fā)酵液中的目標(biāo)物質(zhì)進行選擇性吸附，然后通過解吸得到濃縮液。適用于低濃度發(fā)酵液的濃縮和有價值物質(zhì)的回收。吸附濃縮法利用離子交換樹脂對發(fā)酵液中的離子進行交換和吸附，然后通過洗脫得到濃縮液。適用于含離子較多的發(fā)酵液的濃縮和純化。離子交換濃縮法其他濃縮技術(shù)04發(fā)酵液脫色與除雜技術(shù)123利用活性炭的吸附作用，將發(fā)酵液中的色素、雜質(zhì)等吸附到活性炭表面，從而達(dá)到脫色的目的。原理操作簡單、成本低廉、適用于大規(guī)模生產(chǎn)。優(yōu)點活性炭的再生和廢棄處理存在一定難度，且對發(fā)酵液中的某些成分也可能有吸附作用，造成損失。缺點活性炭脫色法優(yōu)點脫色效果好、可再生使用、對發(fā)酵液中的其他成分影響較小。缺點操作相對復(fù)雜、成本較高、需要針對不同類型的發(fā)酵液選擇不同的離子交換樹脂。原理利用離子交換樹脂的交換作用，將發(fā)酵液中的色素、雜質(zhì)等離子與樹脂上的離子進行交換，從而達(dá)到脫色的目的。離子交換脫色法利用膜的選擇性透過作用，將發(fā)酵液中的色素、雜質(zhì)等分離出來。具有分離效果好、操作簡便等優(yōu)點，但成本較高。膜分離技術(shù)利用氧化劑將發(fā)酵液中的色素氧化分解，達(dá)到脫色的目的。具有脫色效果好、速度快等優(yōu)點，但可能對發(fā)酵液中的其他成分造成氧化損傷。氧化脫色技術(shù)其他脫色技術(shù)過濾法01利用過濾介質(zhì)（如濾紙、濾布等）將發(fā)酵液中的固體雜質(zhì)截留下來。具有操作簡單、成本低廉等優(yōu)點，但對于微小顆?；蚩扇苄噪s質(zhì)的去除效果有限。沉淀法02通過加入沉淀劑使發(fā)酵液中的雜質(zhì)形成沉淀物而分離出來。具有分離效果好、適用范圍廣等優(yōu)點，但需要選擇合適的沉淀劑并控制好操作條件。萃取法03利用萃取劑將發(fā)酵液中的目標(biāo)產(chǎn)物萃取出來，同時去除雜質(zhì)。具有分離效果好、可選擇性高等優(yōu)點，但需要選擇合適的萃取劑并控制好操作條件。除雜方法及原理05發(fā)酵液穩(wěn)定性處理技術(shù)酸堿中和法通過添加酸或堿調(diào)整發(fā)酵液的pH值，使其達(dá)到穩(wěn)定范圍。常用的酸堿包括鹽酸、氫氧化鈉等。緩沖液法利用緩沖液的緩沖作用，使發(fā)酵液的pH值在一定范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。常用的緩沖液有磷酸鹽緩沖液、Tris-HCl緩沖液等。酶法調(diào)節(jié)利用特定酶的作用，調(diào)整發(fā)酵液中的有機酸或堿的含量，從而改變pH值。例如，利用乳酸菌產(chǎn)生的乳酸脫氫酶將乳酸轉(zhuǎn)化為丙酮酸，提高pH值。pH調(diào)整技術(shù)滅菌處理技術(shù)利用輻射源產(chǎn)生的射線或粒子束照射發(fā)酵液，殺死其中的微生物。常用的輻射源有鈷-60、電子束等。輻射法通過加熱發(fā)酵液至一定溫度并保持一段時間，以殺死其中的微生物。常用的熱處理方法有巴氏殺菌、高溫短時殺菌等。熱處理法利用過濾介質(zhì)截留發(fā)酵液中的微生物，達(dá)到滅菌的目的。常用的過濾介質(zhì)有濾紙、濾膜、硅藻土等。過濾法抗氧化處理技術(shù)向發(fā)酵液中添加抗氧化劑，如抗壞血酸、異抗壞血酸等，以消耗或中和其中的氧自由基，防止氧化反應(yīng)的發(fā)生。酶法抗氧化利用特定酶的作用，將發(fā)酵液中的氧化性物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非氧化性物質(zhì)，從而降低其氧化能力。例如，利用超氧化物歧化酶將超氧陰離子轉(zhuǎn)化為過氧化氫和氧氣。脫氣處理通過脫氣設(shè)備將發(fā)酵液中的氧氣去除，降低其氧化能力。常用的脫氣方法有真空脫氣、氮氣置換等。添加抗氧化劑澄清處理通過添加澄清劑或利用特定酶的作用，使發(fā)酵液中的懸浮顆粒或膠體物質(zhì)聚沉下來，提高其透明度。常用的澄清劑有明膠、硅膠等。濃縮處理通過蒸發(fā)、膜分離等方法將發(fā)酵液中的水分去除，提高其濃度和穩(wěn)定性。常用的濃縮方法有蒸發(fā)濃縮、反滲透等。結(jié)晶處理通過降低溫度或添加結(jié)晶劑等方法，使發(fā)酵液中的溶質(zhì)以晶體形式析出，提高其純度和穩(wěn)定性。常用的結(jié)晶方法有冷卻結(jié)晶、鹽析結(jié)晶等。其他穩(wěn)定性處理技術(shù)06發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備選型與設(shè)計設(shè)備選型原則滿足生產(chǎn)工藝要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量；設(shè)備性能穩(wěn)定可靠，易于操作和維護；設(shè)備選型原則及注意事項設(shè)備價格合理，性價比高。注意事項了解設(shè)備的性能參數(shù)、使用范圍及優(yōu)缺點；設(shè)備選型原則及注意事項0102設(shè)備選型原則及注意事項了解設(shè)備的售后服務(wù)及維修保障情況?？紤]設(shè)備的生產(chǎn)能力是否與需求匹配；發(fā)酵罐包括罐體、攪拌器、傳熱裝置、密封裝置等；離心機由轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器、差速器、軸承座等構(gòu)成；關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)與設(shè)計要點過濾器：由濾芯、濾殼、進出口法蘭等組成。關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)與設(shè)計要點設(shè)計要點離心機設(shè)計應(yīng)注重轉(zhuǎn)鼓強度、差速控制及軸承壽命；發(fā)酵罐設(shè)計需考慮傳熱效率、攪拌效果及密封性能；過濾器設(shè)計應(yīng)關(guān)注濾芯材質(zhì)、過濾精度及進出口法蘭標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)與設(shè)計要點操作規(guī)范操作前檢查設(shè)備狀態(tài)，確保正常運行；按照操作規(guī)程啟動設(shè)備，避免違規(guī)操作；設(shè)備操作與維護管理規(guī)范密切關(guān)注設(shè)備運行狀況，及時處理異常情況。維護管理規(guī)范定期對設(shè)備進行維護保養(yǎng)，保持設(shè)備良好狀態(tài)；設(shè)備操作與維護管理規(guī)范設(shè)備操作與維護管理規(guī)范建立設(shè)備檔案，記錄設(shè)備運行、維修情況；加強操作人員培訓(xùn)，提高操作技能和維護意識。07案例分析：某生物制藥企業(yè)發(fā)酵液預(yù)處理實踐企業(yè)背景某生物制藥企業(yè)專注于研發(fā)和生產(chǎn)創(chuàng)新藥物，其生產(chǎn)過程涉及大量發(fā)酵液的處理。問題描述隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴大，原有的發(fā)酵液預(yù)處理方法已無法滿足生產(chǎn)需求，存在處理效率低下、成本較高等問題。企業(yè)背景及問題描述企業(yè)組織專家團隊對現(xiàn)有發(fā)酵液預(yù)處理技術(shù)進行深入調(diào)研，了解各種技術(shù)的優(yōu)缺點及適用范圍。調(diào)研分析根據(jù)調(diào)研結(jié)果，結(jié)合企業(yè)實際生產(chǎn)情況，制定了一套綜合性的發(fā)酵液預(yù)處理方案，包括物理處理、化學(xué)處理和生物處理等多個環(huán)節(jié)。方案制定企業(yè)按照方案要求，對原有生產(chǎn)線進行改造，引入新的預(yù)處理設(shè)備和技術(shù)，同時加強員