发酵液预处理.课件.ppt

1、第二章第二章发酵液预处理发酵液预处理第1页，共65页。微生物经过好气性发酵可厌氧发酵培养后，微生物经过好气性发酵可厌氧发酵培养后，菌体会大量繁殖，并合成和积累了相当浓菌体会大量繁殖，并合成和积累了相当浓度的代谢产物，这时便终于发酵，进入分度的代谢产物，这时便终于发酵，进入分离加工过程。离加工过程。不管是胞内产物还是胞外代谢产物，在分不管是胞内产物还是胞外代谢产物，在分离纯化目的产物时，首先都要通过发酵液离纯化目的产物时，首先都要通过发酵液的预处理。将固相、液相分离后，才能采的预处理。将固相、液相分离后，才能采用各种物理、化学、生物的方法进行产物用各种物理、化学、生物的方法进行产物的进一步分离纯

2、化。的进一步分离纯化。第2页，共65页。发酵液预处理是指采用凝集、絮凝、加热、发酵液预处理是指采用凝集、絮凝、加热、稀释法等技术来加速固相、液相分离。稀释法等技术来加速固相、液相分离。过滤过滤和和离心离心是其最基本的单元操作。是其最基本的单元操作。第3页，共65页。发酵液预处理技术水平高低、质量好坏，发酵液预处理技术水平高低、质量好坏，对减轻后续分离纯化的负荷、回收率、产对减轻后续分离纯化的负荷、回收率、产品质量和生产成本等均具有重大影响。品质量和生产成本等均具有重大影响。其中从发酵液中进行菌体的回收是目前发其中从发酵液中进行菌体的回收是目前发酵液预处理的瓶颈问题之一。酵液预处理的瓶颈问题之一

3、。第4页，共65页。第一节发酵液预处理的方法第一节发酵液预处理的方法发酵产物在发酵液中的浓度较低，并与大发酵产物在发酵液中的浓度较低，并与大量可溶的和混悬的杂质混杂在一起。量可溶的和混悬的杂质混杂在一起。发酵液黏度大，过滤性能差，所以在过滤发酵液黏度大，过滤性能差，所以在过滤前必须进行预处理。前必须进行预处理。第5页，共65页。一、发酵液的一般特征一、发酵液的一般特征不同的发酵过程所用的微生物、原料、培不同的发酵过程所用的微生物、原料、培养基种类和发酵工艺过程各不相同，发酵养基种类和发酵工艺过程各不相同，发酵液的特性也就各不相同，需根据不同发酵液的特性也就各不相同，需根据不同发酵液的特性来合理

4、选择和优化发酵液预处理液的特性来合理选择和优化发酵液预处理的方法及条件。的方法及条件。第6页，共65页。1、发酵液组成大部分是水，含水量达、发酵液组成大部分是水，含水量达90%99%；2、发酵液中发酵产物浓度较低，有的甚至、发酵液中发酵产物浓度较低，有的甚至在在1%以下；以下；3、发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋、发酵液中的悬浮固形物主要是菌体和蛋白的胶状物，粘度大，不易过滤，增加了白的胶状物，粘度大，不易过滤，增加了后续的难度。后续的难度。第7页，共65页。4、发酵液中含有培养基中的残留成分，对、发酵液中含有培养基中的残留成分，对后续提取、精制等操作产生影响；后续提取、精制等操作产生影响；

5、5、发酵液中含有少量的代谢副产物，其结、发酵液中含有少量的代谢副产物，其结构、理化特性与目标物极为相似，会对后构、理化特性与目标物极为相似，会对后续操作有影响；续操作有影响；6、发酵液中含有色素、毒性物质等有机杂、发酵液中含有色素、毒性物质等有机杂质，不仅增加提取过程的困难，还会对产质，不仅增加提取过程的困难，还会对产品的质量、安全卫生标准等产生负面影响。品的质量、安全卫生标准等产生负面影响。第8页，共65页。二、发酵液预处理的目的和要求二、发酵液预处理的目的和要求发酵液属于复杂的多相体系，产物浓度低，发酵液属于复杂的多相体系，产物浓度低，杂质组成复杂。若不经预处理，会使后续杂质组成复杂。若不

6、经预处理，会使后续的过滤、离心操作速度过慢或无法进行，的过滤、离心操作速度过慢或无法进行，使发酵很难实现规模化的工业生产。使发酵很难实现规模化的工业生产。例：枯草杆菌的发酵液例：枯草杆菌的发酵液 P10第9页，共65页。（一）发酵液预处理的目的（一）发酵液预处理的目的1、改变发酵液中固体颗粒的物理性质（忙、改变发酵液中固体颗粒的物理性质（忙改变表面类型、增大尺寸、提高硬度），改变表面类型、增大尺寸、提高硬度），加快悬浮液中固体颗粒的沉淀速度。加快悬浮液中固体颗粒的沉淀速度。2、尽可能使发酵产物转入后续工序处理的、尽可能使发酵产物转入后续工序处理的相中（多为液相）。相中（多为液相）。3、能够除去

7、部分杂质，减少后续处理的负、能够除去部分杂质，减少后续处理的负荷。荷。第10页，共65页。（二）发酵液预处理的要求二）发酵液预处理的要求1、菌体分离、菌体分离 发酵液中除发酵产物外，还含有大量的菌发酵液中除发酵产物外，还含有大量的菌体，为方便提取和精制，首先要将菌体与体，为方便提取和精制，首先要将菌体与发酵液分离。发酵液分离。为保证离心和过滤顺利进行，要正确控制为保证离心和过滤顺利进行，要正确控制发酵终点。否则对目标物的回收均不利。发酵终点。否则对目标物的回收均不利。第11页，共65页。2、固体悬浮物的去除、固体悬浮物的去除 通过过滤处理，将发酵液中相当数量的固通过过滤处理，将发酵液中相当数量

8、的固体悬浮杂质去除，获得透光度合格的澄清体悬浮杂质去除，获得透光度合格的澄清处理液。处理液。第12页，共65页。3、蛋白质的去除、蛋白质的去除 发酵液中去除菌体和固体悬浮物后，一发酵液中去除菌体和固体悬浮物后，一些可溶性蛋白质仍留在滤液中，需设法去些可溶性蛋白质仍留在滤液中，需设法去除。除。除去蛋白质的滤液要保证在一定的除去蛋白质的滤液要保证在一定的pH 范范围内不发生混浊，否则影响溶媒提取和离围内不发生混浊，否则影响溶媒提取和离子交换提取。子交换提取。第13页，共65页。4、重金属离子的去除、重金属离子的去除 重金属离子的存在，会影响提取和精制，重金属离子的存在，会影响提取和精制，同时会影响

9、发酵产物的质量和回收率，故同时会影响发酵产物的质量和回收率，故必须除去。必须除去。5、色素、热原质、毒性物质的去除、色素、热原质、毒性物质的去除 针对药用发酵产品尤为重要。尤其是针剂。针对药用发酵产品尤为重要。尤其是针剂。第14页，共65页。6、改变发酵液性质，以利于提取和精制后、改变发酵液性质，以利于提取和精制后续工序的操作顺利进行续工序的操作顺利进行 当发酵终了时，发酵产物可能在发酵液当发酵终了时，发酵产物可能在发酵液中，也可以在菌体内部或两相同时存在。中，也可以在菌体内部或两相同时存在。常采用调节常采用调节pH、酸性或碱性的方法使发酵、酸性或碱性的方法使发酵产物转入后续处理的相中。产物转

10、入后续处理的相中。例：例：P117、调整适当、调整适当pH值和温度值和温度 避免引起产物的破坏和损失。避免引起产物的破坏和损失。第15页，共65页。三、发酵液预处理的方法三、发酵液预处理的方法从发酵液中分离固形物的速度，取决于发酵液的物理从发酵液中分离固形物的速度，取决于发酵液的物理性质。不同的发酵液，其流动特性不同。性质。不同的发酵液，其流动特性不同。细菌和放线菌的粘度较大；发酵液菌体自溶，存在核酸、细菌和放线菌的粘度较大；发酵液菌体自溶，存在核酸、蛋白质和其它有机杂质，呈悬浮液，且混浊。会导致过滤蛋白质和其它有机杂质，呈悬浮液，且混浊。会导致过滤速度慢。速度慢。常采用絮凝和凝聚的方法，使发

11、酵液中的固体粒子增大，常采用絮凝和凝聚的方法，使发酵液中的固体粒子增大，沉降速度提高；或稀释、加热、调整其它理化因子来降低沉降速度提高；或稀释、加热、调整其它理化因子来降低粘度，以利于过滤。粘度，以利于过滤。第16页，共65页。对后续提取影响最大的是高价的无机离子对后续提取影响最大的是高价的无机离子（钙、镁、铁）和杂蛋白，前者会影响离（钙、镁、铁）和杂蛋白，前者会影响离子交换的选择性，后者会造成离子交换容子交换的选择性，后者会造成离子交换容量降低和萃取分层困难。量降低和萃取分层困难。根据杂质的种类和性质的不同，采用不同根据杂质的种类和性质的不同，采用不同的方法除去这些杂质。的方法除去这些杂质。

12、第17页，共65页。（一）凝集和絮凝（一）凝集和絮凝1、凝集、凝集 凝集凝集是指在投加的化学物质作用下，发酵液是指在投加的化学物质作用下，发酵液中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为中的胶体脱稳并使粒子相互凝集成为1mm大大小块状絮凝体的过程。小块状絮凝体的过程。凝集剂的作用：粒子表面电荷的简单中和；凝集剂的作用：粒子表面电荷的简单中和；消除粒子表面稳定的双电荷层；通过氢键或消除粒子表面稳定的双电荷层；通过氢键或其它复杂的形式与粒子结合。最终使胶体粒其它复杂的形式与粒子结合。最终使胶体粒子的排斥电位降低而发生聚沉。子的排斥电位降低而发生聚沉。第18页，共65页。2、絮凝、絮凝絮凝絮凝是指某些高分子絮

13、凝剂能在悬浮粒子之间产生是指某些高分子絮凝剂能在悬浮粒子之间产生桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。桥梁作用，使胶粒形成粗大絮凝团的过程。絮凝的作用：增大发酵液中悬浮粒子的体积；提絮凝的作用：增大发酵液中悬浮粒子的体积；提高固液分离速度和滤液质量。高固液分离速度和滤液质量。第19页，共65页。（1）絮凝剂）絮凝剂无机絮凝剂：使胶体的排斥电位降低而发生沉淀。无机絮凝剂：使胶体的排斥电位降低而发生沉淀。有机絮凝剂：絮凝剂的活性基团通过静电引力强烈的有机絮凝剂：絮凝剂的活性基团通过静电引力强烈的吸附在胶粒表面上，降低胶粒双电层的排斥电位，在吸附在胶粒表面上，降低胶粒双电层的排斥电位，在胶粒间产生架

14、桥作用，使其相互连接成块状结构而沉胶粒间产生架桥作用，使其相互连接成块状结构而沉淀。淀。有机高分子絮凝剂含有离子化基团，分子中电荷密度很高，有机高分子絮凝剂含有离子化基团，分子中电荷密度很高，可以中和胶体的电性，起凝聚作用。可以中和胶体的电性，起凝聚作用。第20页，共65页。细胞壁表面常带负电，一般常用阳离子絮细胞壁表面常带负电，一般常用阳离子絮凝剂处理发酵液。可析出沉淀物，也可改凝剂处理发酵液。可析出沉淀物，也可改善分离后滤液的澄清度，同时可凝固部分善分离后滤液的澄清度，同时可凝固部分可溶性杂蛋白，将滤液总蛋白含量降低，可溶性杂蛋白，将滤液总蛋白含量降低，而对目标产物的活性无影响。而对目标产

15、物的活性无影响。第21页，共65页。（2）影响絮凝效果的因素）影响絮凝效果的因素絮凝剂种类：絮凝剂分子量在，链越长，吸附架桥絮凝剂种类：絮凝剂分子量在，链越长，吸附架桥效果越好，但在水中溶解度减小会对絮凝不利，故效果越好，但在水中溶解度减小会对絮凝不利，故应分子量适当的絮凝剂；应分子量适当的絮凝剂；絮凝剂浓度：低浓度时，增大浓度有利于絮凝，但浓度絮凝剂浓度：低浓度时，增大浓度有利于絮凝，但浓度过大同样会产生反作用；图过大同样会产生反作用；图2-1pH值：影响絮凝剂活性基团的解离，应选择合适值：影响絮凝剂活性基团的解离，应选择合适pH值，使絮凝剂解离度最大，作用最好。图值，使絮凝剂解离度最大，作

16、用最好。图2-2搅拌和时间：搅拌速度和时间要控制在一个合理范围。搅拌和时间：搅拌速度和时间要控制在一个合理范围。图图2-3第22页，共65页。凝集凝集和和絮凝絮凝是发酵液预处理的主要方法，是发酵液预处理的主要方法，是将化学药剂事先加入发酵液中，通过改是将化学药剂事先加入发酵液中，通过改变菌体细胞和蛋白质等胶体粒子的分散状变菌体细胞和蛋白质等胶体粒子的分散状态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离态，破坏其稳定性，使它们聚集成可分离的絮凝体，然后再进行下一步分离。的絮凝体，然后再进行下一步分离。凝集和絮凝能使悬浮颗粒尺寸增加，并会凝集和絮凝能使悬浮颗粒尺寸增加，并会加大颗粒的沉降速度，从而使过滤饼在

17、深加大颗粒的沉降速度，从而使过滤饼在深层过滤时产生较好的颗粒保留作用。层过滤时产生较好的颗粒保留作用。第23页，共65页。3、对发酵液凝聚和絮凝方法的研究、对发酵液凝聚和絮凝方法的研究 P13-14 对不同的发酵液，首先应根据发酵液的对不同的发酵液，首先应根据发酵液的性质、杂质的种类等，采用实验的方法进性质、杂质的种类等，采用实验的方法进行絮凝剂和凝集剂的筛选；然后对筛选得行絮凝剂和凝集剂的筛选；然后对筛选得到的絮凝剂或凝聚剂，再用实验的方法分到的絮凝剂或凝聚剂，再用实验的方法分别从絮凝剂或凝聚剂的用量、温度别从絮凝剂或凝聚剂的用量、温度pH值、值、搅拌速度、时间等因素，进行絮凝或凝集搅拌速度

18、、时间等因素，进行絮凝或凝集处理条件的优化，达到提高絮凝效果的目处理条件的优化，达到提高絮凝效果的目的。的。第24页，共65页。（二）加热法（二）加热法前题：热稳定性高的发酵液。前题：热稳定性高的发酵液。方式：最简单和廉价的预处理方法。将发方式：最简单和廉价的预处理方法。将发酵液加热至所需温度并保持一定时间。酵液加热至所需温度并保持一定时间。效果：降低发酵液黏度，加速聚集作用以效果：降低发酵液黏度，加速聚集作用以除去热变性杂蛋白，破坏凝胶状胶体结构，除去热变性杂蛋白，破坏凝胶状胶体结构，增加滤饼孔隙率，减少发酵液体积，达到增加滤饼孔隙率，减少发酵液体积，达到固液分离的目的。固液分离的目的。第2

19、5页，共65页。（三）调节（三）调节pH法法作用：促进絮凝和凝聚作用；使存在于胞作用：促进絮凝和凝聚作用；使存在于胞内的发酵产物转入液相中；使发酵产物以内的发酵产物转入液相中；使发酵产物以合适的离子状态或游离状态存在于发酵液合适的离子状态或游离状态存在于发酵液中，防止其沉淀。中，防止其沉淀。例：去除四环素中钙、镁离子例：去除四环素中钙、镁离子 四环素能与钙、镁形成不溶解的化合物，四环素能与钙、镁形成不溶解的化合物，沉积在菌丝体内，用草酸酸化后，能将其沉积在菌丝体内，用草酸酸化后，能将其转入水相。转入水相。第26页，共65页。（四）加水稀释法（四）加水稀释法此法适用于离心沉降分离。对于悬浮固体此

20、法适用于离心沉降分离。对于悬浮固体发酵液，加水稀释至适当倍数，对后续离发酵液，加水稀释至适当倍数，对后续离心沉降分离速度非常有利。心沉降分离速度非常有利。例例P14第27页，共65页。（五）加入助滤剂法（五）加入助滤剂法作用：避免滤布或生成的滤饼阻塞而影响过滤。作用：避免滤布或生成的滤饼阻塞而影响过滤。从发酵液中分离菌体、蛋白质等杂质时，悬浮从发酵液中分离菌体、蛋白质等杂质时，悬浮物细小易受压，易阻塞或粘住过滤介质的细孔。物细小易受压，易阻塞或粘住过滤介质的细孔。加入助滤剂后，能在过滤介质和要分离的固形加入助滤剂后，能在过滤介质和要分离的固形物之间形成一层不可压缩的多孔且极为细密的物之间形成一

21、层不可压缩的多孔且极为细密的滤层，从而截留悬浮杂质。滤层，从而截留悬浮杂质。加入助滤剂后，使形成的滤饼疏松，具有较大加入助滤剂后，使形成的滤饼疏松，具有较大孔隙，形成畅通的细密管道。孔隙，形成畅通的细密管道。第28页，共65页。助滤剂的使用方法：助滤剂的使用方法：过滤器的滤布上预先涂上一层助滤剂，作过滤器的滤布上预先涂上一层助滤剂，作为过滤介质使用，过滤后与滤布一起除去；为过滤介质使用，过滤后与滤布一起除去；将助滤剂按一定比例混入发酵液中，一起将助滤剂按一定比例混入发酵液中，一起进入过滤器或离心机，使滤层形成疏松的进入过滤器或离心机，使滤层形成疏松的滤饼，降低可压缩性，使过滤顺畅；滤饼，降低可

22、压缩性，使过滤顺畅；将含助滤剂的发酵液通过压缩机，形成过将含助滤剂的发酵液通过压缩机，形成过滤介质层，然后再进行过滤，可提高滤饼滤介质层，然后再进行过滤，可提高滤饼渗透性。渗透性。第29页，共65页。（六）加吸附剂或加盐法（六）加吸附剂或加盐法概念：将吸附剂加入到细菌发酵液的悬浮概念：将吸附剂加入到细菌发酵液的悬浮液中，使细菌细胞吸附在吸附剂上的方法。液中，使细菌细胞吸附在吸附剂上的方法。原理：在发酵液中形成庞大的絮状物把悬原理：在发酵液中形成庞大的絮状物把悬浮液中的悬浮粒子裹住，吸附在其中浮液中的悬浮粒子裹住，吸附在其中例：枯草杆菌发酵液中加入磷酸二氢钙或例：枯草杆菌发酵液中加入磷酸二氢钙或

23、氯化钙，可与发酵液形成庞大凝胶。钙又氯化钙，可与发酵液形成庞大凝胶。钙又与菌体自溶放出的核酸类物质生成不溶性与菌体自溶放出的核酸类物质生成不溶性盐，会沉淀，从而有助于过滤。盐，会沉淀，从而有助于过滤。第30页，共65页。（七）高价态无机离子去除的方法（七）高价态无机离子去除的方法1、钙离子的去除、钙离子的去除钙的来源：发酵培养基中营养盐。钙的来源：发酵培养基中营养盐。去除方法：酸化剂去除。去除方法：酸化剂去除。例：草酸除钙离子例：草酸除钙离子 生成草酸钙沉淀，同时沉淀还能促使发酵生成草酸钙沉淀，同时沉淀还能促使发酵液中的杂蛋白质凝固，提高过滤速度和滤液中的杂蛋白质凝固，提高过滤速度和滤液质量；

24、同时能使四环素类从菌丝中转入液质量；同时能使四环素类从菌丝中转入水相。水相。第31页，共65页。2、镁离子的去除、镁离子的去除加入磷酸盐，生成磷酸镁沉淀。同时还可加入磷酸盐，生成磷酸镁沉淀。同时还可去除钙离子与铁离子。去除钙离子与铁离子。通常加入的磷酸盐为三聚磷酸钠。通常加入的磷酸盐为三聚磷酸钠。第32页，共65页。3、三价铁离子的去除、三价铁离子的去除加入黄血盐，生成普鲁氏蓝沉淀而去除铁加入黄血盐，生成普鲁氏蓝沉淀而去除铁离子；离子；加入碱化剂生成氢氧化铁沉淀。加入碱化剂生成氢氧化铁沉淀。同时还能沉淀部分蛋白质。同时还能沉淀部分蛋白质。第33页，共65页。(八八)可溶性杂蛋白的去除法可溶性杂

25、蛋白的去除法1、等电点沉淀、等电点沉淀 根据蛋白质的两性性质，在等电点时溶解根据蛋白质的两性性质，在等电点时溶解度最低，易产生沉淀，用酸或碱调节发酵度最低，易产生沉淀，用酸或碱调节发酵液液pH值，使其达到蛋白等电点而沉淀。值，使其达到蛋白等电点而沉淀。但有些蛋白质在等电点时仍有一定的溶解但有些蛋白质在等电点时仍有一定的溶解度，还要结合其它的化学方法。度，还要结合其它的化学方法。第34页，共65页。2、热处理法、热处理法 加热使蛋白质变性，其空间结构发生改变，加热使蛋白质变性，其空间结构发生改变，疏水基团暴露，溶解度降低易产生沉淀。疏水基团暴露，溶解度降低易产生沉淀。在目标产物耐热允许的范围内，

26、采用加热在目标产物耐热允许的范围内，采用加热并保持一定时间，可去除可溶性杂蛋白。并保持一定时间，可去除可溶性杂蛋白。例：去除链霉素中杂蛋白例：去除链霉素中杂蛋白 pH值值3.0，温度，温度70,时间时间0.5h0.5h，使黏度降，使黏度降为原来的为原来的1/61/6，过滤速度提高，过滤速度提高1010100倍。倍。第35页，共65页。3、吸附法、吸附法 利用吸附作用分离除去杂蛋白质。一般情利用吸附作用分离除去杂蛋白质。一般情况下，通过各种物理化学作用产生的沉淀况下，通过各种物理化学作用产生的沉淀均可吸附一定量的杂蛋白。均可吸附一定量的杂蛋白。例：在枯草杆菌的碱性蛋白发酵液中加入氯例：在枯草杆菌

27、的碱性蛋白发酵液中加入氯化钙和磷酸盐，会生成磷酸钙沉淀，此沉化钙和磷酸盐，会生成磷酸钙沉淀，此沉淀能吸附杂蛋白，同时还能起助滤剂作用。淀能吸附杂蛋白，同时还能起助滤剂作用。第36页，共65页。（九）色素及其他杂质的去除（九）色素及其他杂质的去除色素的产生：微生物生长代谢过程中分泌色素的产生：微生物生长代谢过程中分泌的；培养基中的营养物质直接带来的。的；培养基中的营养物质直接带来的。去除方法去除方法：离子交换法、活性碳吸附法：离子交换法、活性碳吸附法用用DEAE-纤维素从含酶溶剂中吸附色素物纤维素从含酶溶剂中吸附色素物质，同时还可除去非活性蛋白。提高纯化质，同时还可除去非活性蛋白。提高纯化倍数。

28、倍数。用强碱性阴离子交换剂对解朊酶的果胶酶用强碱性阴离子交换剂对解朊酶的果胶酶溶液脱色，其活性损失较少。溶液脱色，其活性损失较少。第37页，共65页。第二节第二节 发酵液的过滤发酵液的过滤经过发酵预处理后，即采用不同的方法和设备经过发酵预处理后，即采用不同的方法和设备进行固液分离，得到澄清的发酵液，为下一步进行固液分离，得到澄清的发酵液，为下一步提取做准备。提取做准备。过滤过滤和和离心离心是目前应用的主要方是目前应用的主要方法。法。体积较小的体积较小的细菌和酵母菌细菌和酵母菌，采用采用离心分离离心分离；细；细胞体积较大的胞体积较大的丝状体（霉菌放线菌），丝状体（霉菌放线菌），采用采用过过滤滤分

29、离。分离。第38页，共65页。一、发酵液过滤的目的一、发酵液过滤的目的1、为了获得含所需产物的细胞或发酵液；、为了获得含所需产物的细胞或发酵液；2、为了去除发酵液中的固形杂质。、为了去除发酵液中的固形杂质。第39页，共65页。二、影响发酵液过滤的因素二、影响发酵液过滤的因素（一）菌种（一）菌种 菌种决定了发酵液中各种悬浮粒子的大菌种决定了发酵液中各种悬浮粒子的大小和形状。小和形状。真菌、霉菌和蛋白质絮凝团较粗大，易真菌、霉菌和蛋白质絮凝团较粗大，易过滤分离，不做特殊处理，直接过滤。过滤分离，不做特殊处理，直接过滤。放线菌、细菌等体积小，菌丝体交织成放线菌、细菌等体积小，菌丝体交织成网状，过滤困

30、难，需先处理，凝固蛋白胶网状，过滤困难，需先处理，凝固蛋白胶体后再选择适当的方法除去。体后再选择适当的方法除去。第40页，共65页。（二）发酵液黏度（二）发酵液黏度影响发酵液黏度的因素：影响发酵液黏度的因素：1、发酵条件、发酵条件 2、放罐时间（发酵终了时间）、放罐时间（发酵终了时间）3、发酵染菌、发酵染菌 4、发酵液的、发酵液的pH值、温度值、温度第41页，共65页。影响发酵液黏度的因素：影响发酵液黏度的因素：1、发酵条件、发酵条件 包括培养基组成、未用完的培养基、消沫包括培养基组成、未用完的培养基、消沫剂、发酵周期等。剂、发酵周期等。2、放罐时间、放罐时间 在菌体自溶前放罐。防止色素及胶状

31、杂质在菌体自溶前放罐。防止色素及胶状杂质增多，过滤困难。增多，过滤困难。第42页，共65页。3、发酵染菌、发酵染菌 发酵液染菌后黏度增大，不利于过滤。发酵液染菌后黏度增大，不利于过滤。4、发酵液的、发酵液的pH值、温度值、温度 影响发酵液的黏度，影响过滤。影响发酵液的黏度，影响过滤。第43页，共65页。三、发酵液过滤的方法三、发酵液过滤的方法（一）过滤（一）过滤 在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体在某一支撑物上放过滤介质，注入含固体颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下。颗粒的溶液，使液体通过，固体颗粒留下。1、常规过滤、常规过滤 料液流动方向与过滤介质垂直。通常适于料液流动方向与过滤介质垂直

32、。通常适于过滤直径较大的悬浮粒子。如放线菌、霉过滤直径较大的悬浮粒子。如放线菌、霉菌发酵液。菌发酵液。对细小菌体或黏度较大的发酵液，需使用对细小菌体或黏度较大的发酵液，需使用助滤剂。助滤剂。第44页，共65页。滤饼滤饼传统的过滤传统的过滤第45页，共65页。2、错流过滤、错流过滤 料液流动方向与过滤介质平等的过滤方式。过滤介料液流动方向与过滤介质平等的过滤方式。过滤介质为微孔滤膜或超滤膜，适用于悬浮粒子较小的发质为微孔滤膜或超滤膜，适用于悬浮粒子较小的发酵液。酵液。滤膜易污染，需常清洗。滤膜易污染，需常清洗。优点：在泵的推动下料液平行于膜面流动，料液流优点：在泵的推动下料液平行于膜面流动，料液

33、流经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，经膜面时产生的剪切力把膜面上滞留的颗粒带走，从而使污染层保持在一个较薄的水平。从而使污染层保持在一个较薄的水平。第46页，共65页。第47页，共65页。（二）离心分离（二）离心分离适用于大规模分离过程。适用于大规模分离过程。过滤式离心过滤式离心主要用于分离晶体和母液；主要用于分离晶体和母液；沉沉降式离心降式离心适于分离含固形物较低的发酵液。适于分离含固形物较低的发酵液。设备：离心机设备：离心机缺点：经过滤或离心分离后，虽达到固液缺点：经过滤或离心分离后，虽达到固液分离，但会使一些具有活性的发酵产物因分离，但会使一些具有活性的发酵产物因机械破坏而造成

34、损失。机械破坏而造成损失。第48页，共65页。（三）发酵液不经固液分离提取（三）发酵液不经固液分离提取避免活性物质损失，常采用此法。避免活性物质损失，常采用此法。主要方法为离子交换法和萃取法。主要方法为离子交换法和萃取法。优点：有利于提高目标产物的回收率。优点：有利于提高目标产物的回收率。第49页，共65页。四、提高过滤性能的方法四、提高过滤性能的方法降低滤饼比阻力：电解质、絮凝剂、凝固降低滤饼比阻力：电解质、絮凝剂、凝固剂、助滤剂剂、助滤剂降低发酵液黏度：提高温度等降低发酵液黏度：提高温度等降低悬浮液中悬浮固体浓度：尽可能降低降低悬浮液中悬浮固体浓度：尽可能降低培养基配料浓度。培养基配料浓度

35、。热处理方法：蛋白质等胶体粒子变性。热处理方法：蛋白质等胶体粒子变性。第50页，共65页。（一）加入助滤剂（一）加入助滤剂细小胶体粒子发酵液中加入固体助滤剂，细小胶体粒子发酵液中加入固体助滤剂，胶体粒子会吸附于助滤剂上，均匀分布于胶体粒子会吸附于助滤剂上，均匀分布于滤层中，降低了滤饼滤层中，降低了滤饼 的可压缩性，减小过的可压缩性，减小过滤阻力。滤阻力。第51页，共65页。助滤剂选择考滤的因素助滤剂选择考滤的因素1、粒度：颗粒大，过滤速度快，滤液澄清度差。、粒度：颗粒大，过滤速度快，滤液澄清度差。事先通过试验确定。事先通过试验确定。2、助滤剂的品种、助滤剂的品种 根据过滤介质选择助滤剂。粗目滤

36、网过滤时，选择石棉粉、根据过滤介质选择助滤剂。粗目滤网过滤时，选择石棉粉、纤维素可有效防止泄漏。纤维素可有效防止泄漏。3、用量、用量 根据操作方式而选择不同的助滤剂用量。根据操作方式而选择不同的助滤剂用量。第52页，共65页。（二）填加填充凝固剂（二）填加填充凝固剂利用凝固剂之间的相互作用或和某些溶解利用凝固剂之间的相互作用或和某些溶解盐类反应生成不溶解的沉淀，此沉淀能防盐类反应生成不溶解的沉淀，此沉淀能防止菌丝体粘结，使菌丝体有块状结构。同止菌丝体粘结，使菌丝体有块状结构。同时，产生的沉淀本身还可做为助滤剂。时，产生的沉淀本身还可做为助滤剂。第53页，共65页。（三）加入降解酶（三）加入降解

37、酶发酵液中存在不溶性多糖时，可于发酵液发酵液中存在不溶性多糖时，可于发酵液中添加酶制剂，使多糖转化为单糖，来提中添加酶制剂，使多糖转化为单糖，来提高过滤速度。高过滤速度。例：用淀粉做培养基。需将淀粉水解成葡例：用淀粉做培养基。需将淀粉水解成葡萄糖。萄糖。第54页，共65页。五、过滤介质的选择五、过滤介质的选择过滤介质除具有过滤作用外，还是滤饼的过滤介质除具有过滤作用外，还是滤饼的支撑物。此介质应用足够的机械强度和尽支撑物。此介质应用足够的机械强度和尽可能小的流动阻力。可能小的流动阻力。选择过滤介质的原则选择过滤介质的原则 阻力小，滤液清，价格低，来源丰富，机阻力小，滤液清，价格低，来源丰富，机

38、械强度高，使用寿命长，耐化学腐蚀、排械强度高，使用寿命长，耐化学腐蚀、排渣方便。渣方便。第55页，共65页。过滤介质的种类过滤介质的种类1、织物介质、织物介质2、粒状介质、粒状介质3、多孔固体介质、多孔固体介质4、微孔纤维素薄膜和金属薄膜介质、微孔纤维素薄膜和金属薄膜介质第56页，共65页。六、过滤操作条件优化六、过滤操作条件优化改善悬浮液的物理性质改善悬浮液的物理性质改善设备结构改善设备结构对于不同的发酵过程，发酵液处理和过滤对于不同的发酵过程，发酵液处理和过滤操作条件优化主要集中于预处理和过滤条操作条件优化主要集中于预处理和过滤条件的研究，以及新型的过滤介质或过滤方件的研究，以及新型的过滤

39、介质或过滤方法在实际应用效果的研究。法在实际应用效果的研究。第57页，共65页。例：例：VB12发酵液絮凝处理的研究发酵液絮凝处理的研究 由正交实验确定影响絮凝的主要因素，制由正交实验确定影响絮凝的主要因素，制定最佳絮凝条件：定最佳絮凝条件：絮凝剂为聚合氯化铝，加入体积为絮凝剂为聚合氯化铝，加入体积为7%；pH值为值为6；搅拌速度为；搅拌速度为140r/min；搅拌时间；搅拌时间为为45s。同时加入硅藻土助滤剂调整滤饼效。同时加入硅藻土助滤剂调整滤饼效果。果。第58页，共65页。七、过滤设备七、过滤设备发酵液过滤设备分类：发酵液过滤设备分类：重力式、压力式、真空式、离心式四种过重力式、压力式、

40、真空式、离心式四种过滤器。常采用板框式压滤机、板式压滤机、滤器。常采用板框式压滤机、板式压滤机、自动板框压滤机和真空过滤机。自动板框压滤机和真空过滤机。第59页，共65页。过滤设备的选择原则：过滤设备的选择原则：1、根据物料的过滤性能，初步确定哪种推动力的过滤设备；、根据物料的过滤性能，初步确定哪种推动力的过滤设备；2、根据物料的化学性质，检查设备类型是否选择正确；、根据物料的化学性质，检查设备类型是否选择正确；3、根据工艺过程的特点和生产规模选择设备；、根据工艺过程的特点和生产规模选择设备；4、根据对滤饼的纯度或母液回收率确定设备类型；、根据对滤饼的纯度或母液回收率确定设备类型；5、根据对滤

41、饼含湿率要求，决定是否选用带有机械挤压过程、根据对滤饼含湿率要求，决定是否选用带有机械挤压过程的设备；的设备；6、根据所选设备，物料的基本特性进行设备生产能力的最、根据所选设备，物料的基本特性进行设备生产能力的最佳操作条件计算，确定设备大小、投资费用、操作费用等。佳操作条件计算，确定设备大小、投资费用、操作费用等。第60页，共65页。（一）板框式压滤机（一）板框式压滤机1、结构、结构P24 由许多滤板和滤框间隔排列而组成。滤板由许多滤板和滤框间隔排列而组成。滤板和滤框一般成正方形，空框与滤布围成了和滤框一般成正方形，空框与滤布围成了溶纳滤浆及滤饼的空间。溶纳滤浆及滤饼的空间。每台机器有一定的总

42、框数，其数目由生产每台机器有一定的总框数，其数目由生产能力和悬浮液固体浓度确定，需框数较少能力和悬浮液固体浓度确定，需框数较少时，可插入盲板以世断滤浆流通的孔道。时，可插入盲板以世断滤浆流通的孔道。第61页，共65页。2、工作原理、工作原理P25 发酵液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入发酵液由离心泵或齿轮泵经滤浆通道打入框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤框内，滤液穿过滤框两侧滤布，沿相邻滤板沟槽流至滤液出口。固体留于框内形成板沟槽流至滤液出口。固体留于框内形成滤饼。滤饼充满后停止过滤。滤饼。滤饼充满后停止过滤。第62页，共65页。板框式过滤机板框式过滤机第63页，共65页。（二）板式压滤机（二

43、）板式压滤机1、结构、结构P25 由滤板并列组合而成。滤板为凹面形圆盘，由滤板并列组合而成。滤板为凹面形圆盘，滤板两侧各有一凸出的边框，当二块滤板滤板两侧各有一凸出的边框，当二块滤板合拢进，中间内腔即形成滤箱，滤板两侧合拢进，中间内腔即形成滤箱，滤板两侧覆以滤布，将滤箱分成滤液空间与滤浆空覆以滤布，将滤箱分成滤液空间与滤浆空间。间。2、工作原理、工作原理 料液经滤板的中央进料孔进入滤浆空间，料液经滤板的中央进料孔进入滤浆空间，滤渣沉积于滤布上形成滤饼，滤液穿过滤滤渣沉积于滤布上形成滤饼，滤液穿过滤布进入板面的沟槽内，从下部不孔道流出。布进入板面的沟槽内，从下部不孔道流出。第64页，共65页。(三三)自动板框压滤机自动板框压滤机1、结构、结构 没有滤框，由滤板两侧的凹陷部分组成滤饼室。板没有滤框，由滤板两侧的凹陷部分组成滤饼室。板框压紧、卸饼、清洗等操作可自动完成。框压紧、卸饼、清洗等操作可自动完成。2、工作原理、工作原理P27 滤布是自尾封闭的整体，配有自动控制系统，滤液穿滤布是自尾封闭的整体，配有自动控制系统，滤液穿过滤框两侧的滤布，沿滤板表面的沟槽流入下部角孔过滤框两侧的滤布，沿滤板表面的沟槽流入下部角孔形成的通道，滤饼则在滤框内形成。洗涤滤饼也按过形成的通道，滤饼则在滤框内形成。洗涤滤饼也按过滤方向进行。滤方向进行。第65页，共65页。