發(fā)酵液預(yù)處理課件

生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程示意圖本門課程解決的問題1生物產(chǎn)品生產(chǎn)過程示意圖本門課程解決的問題1生物分離過程的一般流程2生物分離過程的一般流程2第二章

發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離第一講3第二章

發(fā)酵液的預(yù)處理和3預(yù)處理和固液分離內(nèi)容固液分離發(fā)酵液胞外上清液/濾液預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第一步，分兩部分：胞內(nèi)富集細(xì)胞4預(yù)處理和固液分離內(nèi)容固液分離發(fā)酵液胞外預(yù)處理提取生化物質(zhì)的第發(fā)酵液成分很復(fù)雜，包含菌（細(xì)胞）體，胞內(nèi)外代謝產(chǎn)物，及剩余的培養(yǎng)基殘分等。不管人們所需要的產(chǎn)物是胞內(nèi)還是胞外，都首先要進(jìn)行培養(yǎng)液的預(yù)處理和固液分離開，才能進(jìn)行后續(xù)操作：對(duì)于胞外產(chǎn)物，可先將菌體或其他懸浮雜質(zhì)去處，才能從澄清的濾液中提取代謝產(chǎn)物。對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，首先富集菌體，再進(jìn)行細(xì)胞破碎和碎片分離，然后提取胞內(nèi)產(chǎn)物。5發(fā)酵液成分很復(fù)雜，包含菌（細(xì)胞）體，胞內(nèi)外代謝產(chǎn)物，及剩余的2.1發(fā)酵液的預(yù)處理（Pretreatment）62.1發(fā)酵液的預(yù)處理（Pretreatment）6為何要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？發(fā)酵液的基本特性發(fā)酵產(chǎn)物濃度較低，大多為1-10%，懸浮物顆粒小，細(xì)胞的相對(duì)密度與培養(yǎng)液相似。懸浮狀態(tài)穩(wěn)定：雙電層、水化膜、布朗運(yùn)動(dòng)液相粘度大可壓縮性7為何要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？發(fā)酵液的基本特性7為何要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？固液分離方法主要是過濾和離心。對(duì)于細(xì)菌及某些放線菌，菌體細(xì)小，液體粘度大，不能直接過濾，若用高速離心，能耗很大，設(shè)備昂貴。若用膜分離技術(shù)（如微濾）易產(chǎn)生膜污染，通量降低。發(fā)酵液中由于菌體自溶，核酸、蛋白質(zhì)及其它有機(jī)粘性物質(zhì)的存在也會(huì)影響固液分離。因而尋找一種經(jīng)濟(jì)有效的方法來提高固液分離速度顯得十分必要。8為何要對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理？固液分離方法主要是過濾和離心。8預(yù)處理的目的

促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離的效率：⑴改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，包括增大懸浮液中固體粒子的尺寸，降低液體黏度。⑵相對(duì)純化，去除發(fā)酵液中的部分雜質(zhì)（高價(jià)無機(jī)離子和雜蛋白質(zhì)），以利于后續(xù)各步操作。

9預(yù)處理的目的促進(jìn)從懸浮液中分離固形物的速度，提高固液分離預(yù)處理的方法凝聚和絮凝Coagulationandflocculation

加熱法Heating調(diào)節(jié)懸浮液的pH值RegulationofpH雜蛋白的去除Removalofuselessprotein高價(jià)無機(jī)離子的去除Removalofinorganicion助濾劑Filteraids和反應(yīng)劑

Reactant

10預(yù)處理的方法凝聚和絮凝Coagulationandfl一凝聚和絮凝在發(fā)酵液預(yù)處理中的應(yīng)用凝聚與絮凝處理過程就是將化學(xué)藥劑預(yù)先投加到懸浮液中，改變細(xì)胞、菌體和蛋白質(zhì)等膠體粒子的分散狀態(tài)，破壞其穩(wěn)定性，使其聚集起來,增大體積以便固液分離。凝聚和絮凝技術(shù)常用于菌體細(xì)小而且黏度大的發(fā)酵液的預(yù)處理中。11一凝聚和絮凝在發(fā)酵液預(yù)處理中的應(yīng)用凝聚與絮凝處理過程就是將凝聚和絮凝是兩種方法，兩個(gè)概念。凝聚：指在投加的化學(xué)物質(zhì)（鋁、鐵的鹽類）作用下，膠體脫穩(wěn)并使粒子相互聚集成１mm大小塊狀凝聚體的過程。絮凝：指使用絮凝劑（天然的和合成的大分子量聚電解質(zhì)）將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)，形成10mm大小絮凝團(tuán)的過程。其中絮凝劑主要起架橋作用。凝聚和絮凝12凝聚和絮凝是兩種方法，兩個(gè)概念。凝聚和絮凝12凝聚：膠體粒子在中性鹽促進(jìn)下脫穩(wěn)相互聚集成大粒子（1mm）

機(jī)理：

1）中和粒子表面電荷

2）消除雙電層結(jié)構(gòu)3）破壞水化膜

（一）凝聚Coagulation13凝聚：膠體粒子在中性鹽促進(jìn)下脫穩(wěn)相互聚集成大粒子（1mm）（發(fā)酵液中菌體表面帶有負(fù)電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附在其周圍，在界面上形成了雙電層。正離子同時(shí)受到使它們均勻分布的熱運(yùn)動(dòng)影響，具有離開膠粒表面的趨勢。膠體雙電層結(jié)構(gòu)14發(fā)酵液中菌體表面帶有負(fù)電荷，由于靜電引力使溶液中反離子被吸附兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：1）吸附層或stern層；2）擴(kuò)散層。形成了擴(kuò)散雙電層的結(jié)構(gòu)模型(Gouy-Chapman-Sternmodel)。膠體雙電層結(jié)構(gòu)15兩種相反作用力下，雙電層分裂成兩部：膠體雙電層結(jié)構(gòu)15膠體雙電層結(jié)構(gòu)不同界面上形成不同的電位:膠核表面的電位φs是整個(gè)雙電層的電位;Stern平面上的電位為φd;滑移面上的電位為ζ,稱ζ電位（電動(dòng)電位）。16膠體雙電層結(jié)構(gòu)不同界面上形成不同的電位:16ζ電位的計(jì)算：D—水的介電常數(shù)；q—膠體的電動(dòng)電荷密度，即滑移面上的電荷密度；

δ—擴(kuò)散層的有效厚度，即為吸附層和擴(kuò)散層界面處電位φd降低到其值為1/e處的距離，不能直接測定.ζ電位是控制膠粒間電排斥作用的電位，用來表征雙電層的特征，并作為研究凝聚機(jī)理的重要參數(shù)。17ζ電位的計(jì)算：D—水的介電常數(shù)；17δ—擴(kuò)散層的有效厚度式中N一阿伏伽德羅常數(shù)；T一熱力學(xué)溫度：k—波爾茲曼常數(shù)；

e—電子電荷；

Zi—i種反離子的化合價(jià)；

Ci—i種離子的摩爾濃度。18δ—擴(kuò)散層的有效厚度式中N一阿伏伽德羅常數(shù)；18雙電層與凝聚由式（14－1）和式（14一2）可知，ζ電位與擴(kuò)散層厚度δ和電動(dòng)電荷密度q成正比，而擴(kuò)散層厚度又與溶液中反離子強(qiáng)度和電荷成反比。對(duì)帶負(fù)電性菌體的發(fā)酵液，高價(jià)陽離子的存在，可壓縮擴(kuò)散層的厚度，促使ζ電位迅速降低，而且化合價(jià)越高，這種影響越顯著。19雙電層與凝聚由式（14－1）和式（14一2）可知，ζ電位與擴(kuò)凝聚價(jià)或凝聚值在發(fā)酵液中加入具有高價(jià)陽離子的電解質(zhì)，能脫除膠粒表面的水化膜，降低ζ電位，使雙電層的排斥力減少，當(dāng)不足以抗衡膠粒間的范德華引力時(shí)，由于熱運(yùn)動(dòng)的結(jié)果導(dǎo)致膠粒的互相碰撞而聚集起來。電解質(zhì)的凝聚能力可用凝聚價(jià)或凝聚值來表示，使膠粒發(fā)生凝聚作用的最小電解質(zhì)濃度（毫摩爾／升），稱為凝聚價(jià)或凝聚值。20凝聚價(jià)或凝聚值在發(fā)酵液中加入具有高價(jià)陽離子的電解質(zhì)，能脫除Schulze－Hardy法則：反離子的價(jià)數(shù)越高，凝聚價(jià)越小，即凝聚能力越強(qiáng)。陽離子對(duì)帶負(fù)電荷的膠粒凝聚能力受化合價(jià)、水化半徑、離子運(yùn)動(dòng)能力的影響，次序?yàn)锳l3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+21Schulze－Hardy法則：反離子的價(jià)數(shù)越高，凝聚價(jià)越小常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁Al2(SO4)3?18H2O（明礬）；氯化鋁AlCl3?6H2O;三氯化鐵FeCl3;硫酸亞鐵FeSO4·7H2O；石灰；ZnSO4；MgCO322常用的凝聚劑電解質(zhì)有：硫酸鋁Al2(SO4)3?18H2O絮凝：大分子聚電解質(zhì)將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)狀，形成絮凝團(tuán)的過程

機(jī)理：架橋作用

采用絮凝法可形成粗大的絮凝體，使發(fā)酵液較易分離。（二）絮凝flocculation23絮凝：大分子聚電解質(zhì)將膠體粒子交聯(lián)成網(wǎng)狀，形成絮凝團(tuán)的過程

絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，其相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)數(shù)萬至一千萬以上，長鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈節(jié)上含有許多活性官能團(tuán)，包括離子基團(tuán)以及非離子型基團(tuán)。它們通過靜電引力、范德華引力或氫鍵的作用，強(qiáng)烈地吸附在膠粒的表面。當(dāng)一個(gè)高分子聚合物的許多鏈節(jié)分別吸附在不同的膠粒表面上，產(chǎn)生架橋聯(lián)結(jié)時(shí)，就形成較大絮團(tuán)，產(chǎn)生絮凝作用。

絮凝24絮凝劑是一種能溶于水的高分子聚合物，其相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)數(shù)萬高分子絮凝劑的吸附架橋作用25高分子絮凝劑的吸附架橋作用25可分為三類：人工合成有機(jī)高分子聚合物、天然有機(jī)高分子聚合物、無機(jī)高分子聚合物1）目前常用的是人工合成有機(jī)高分子聚合物，如聚丙烯酰胺類衍生物、聚乙烯亞胺衍生物；聚丙烯酸類和聚苯乙烯類衍生物。工業(yè)上使用的絮凝劑26可分為三類：人工合成有機(jī)高分子聚合物、天然有機(jī)高分子聚合物、高分子聚合物絮凝劑根據(jù)活性基團(tuán)在水中解離情況不同，可分為三類：陰離子型（含有羧基)、陽離子型（含有胺基）、非離子型27高分子聚合物絮凝劑根據(jù)活性基團(tuán)在水中解離情況不同，可聚丙烯酰胺類絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)用量少，一般以mg/L計(jì)量；絮凝體粗大，分離效果好；絮凝速度快；種類多，適用范圍廣。聚丙烯酰胺類絮凝劑的缺點(diǎn)：存在一定的毒性，特別是陽離子型聚丙烯酰胺，用于食品和醫(yī)藥工業(yè)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎。目前最常見：聚丙烯酰胺類絮凝劑28聚丙烯酰胺類絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)聚丙烯酰胺類絮凝劑的缺點(diǎn)：目前最常見2）天然有機(jī)高分子絮凝劑人工合成有機(jī)高分子絮凝劑雖然發(fā)展很快，但還存在著殘留單體有毒，生物降解難等問題，所以其應(yīng)用受到了限制。天然有機(jī)高分子絮凝劑具有無毒，易生物降解，原料來源廣等優(yōu)點(diǎn)。天然有機(jī)高分子改性絮凝劑根據(jù)其原料來源不同可分為淀粉類、纖維素類、植物膠類和聚多糖類。其中淀粉改性絮凝劑的研究開發(fā)最引人注目。292）天然有機(jī)高分子絮凝劑人工合成有機(jī)高分子絮凝劑雖然發(fā)展很快3）無機(jī)高分子聚合物有聚合鐵系和鋁系兩大類鐵系絮凝劑具有操作簡單、費(fèi)用低，受溫度影響小，親和力強(qiáng)，能有效地去除懸浮物、表面活性劑、破壞油水乳狀液的能力很強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)腐蝕性強(qiáng)、穩(wěn)定性差。鋁系是目前應(yīng)用廣、工藝較成熟的一類無機(jī)金屬鹽絮凝劑，絮凝效果好，缺點(diǎn)具毒性等。303）無機(jī)高分子聚合物有聚合鐵系和鋁系兩大類30微生物絮凝劑微生物絮凝劑是近年來研究和開發(fā)的新型絮凝劑，一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝細(xì)胞功能的代謝產(chǎn)物。包括直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑、利用微生物細(xì)胞壁代謝產(chǎn)物的絮凝劑和克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑主要成分是糖蛋白、粘多糖、纖維素及核酸等高分子物質(zhì)。微生物絮凝劑和天然絮凝劑與化學(xué)合成的絮凝劑相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是安全，無毒和不污染環(huán)境。31微生物絮凝劑微生物絮凝劑是近年來研究和開發(fā)的新型絮凝劑，31微生物絮凝劑1、微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)90年代，如紅平紅球菌及由此制成的NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑

2、微生物絮凝劑或?qū)⒋蟛糠痔娲胀ㄐ跄齽?、浮游藻類、草分枝桿茵、硅酸鹽芽孢桿菌。32微生物絮凝劑1、微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)90年代絮凝的影響因素發(fā)酵液的性質(zhì)（細(xì)胞濃度，表面電荷）；絮凝劑的濃度，最佳用量為粒子表面積約有一半被聚合物覆蓋；絮凝劑的分子量；pH控制；攪拌速度。33絮凝的影響因素發(fā)酵液的性質(zhì)（細(xì)胞濃度，表面電荷）；33對(duì)于帶負(fù)電荷的菌體或蛋白質(zhì)來說，采用陽離子型高分子絮凝劑同時(shí)具有降低膠粒雙電層電位和產(chǎn)生吸附橋架的雙重機(jī)理，單獨(dú)使用可達(dá)到較好絮凝效果；對(duì)于非離子型和陰離子型高分子絮凝劑，要采用凝聚和絮凝雙重機(jī)理才能提高過濾效果。這種包括凝聚和絮凝機(jī)理的過程，稱為混凝。（三）混凝34對(duì)于帶負(fù)電荷的菌體或蛋白質(zhì)來說，采用陽離子型高分子絮凝劑同時(shí)二預(yù)處理-加熱1）加熱降低液體粘度液體黏度是溫度的指數(shù)函數(shù)，升溫是降低黏度的有效措施。流體力學(xué)原理過速率與液體的粘度成反比，降低液體粘度（加水稀釋法和加熱法等）可有效提高過濾速率。加熱是發(fā)酵液預(yù)處理最簡單最常用的方法。加熱能改善發(fā)酵液的操作特性。麥芽汁的黏度-溫度曲線。35二預(yù)處理-加熱1）加熱降低液體粘度加熱是發(fā)酵液預(yù)處理最簡單二預(yù)處理-加熱2）加熱使蛋白質(zhì)變性凝固變性蛋白質(zhì)的溶解度小。如檸檬酸發(fā)酵液加熱至80℃以上，可使蛋白質(zhì)變性凝固，過濾速度加快。加熱處理只適用于對(duì)熱較穩(wěn)定的液體。注意加熱溫度與時(shí)間，不影響產(chǎn)物活性和細(xì)胞的完整性。

36二預(yù)處理-加熱2）加熱使蛋白質(zhì)變性凝固36三預(yù)處理-調(diào)節(jié)pHpH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電離度和電荷性質(zhì)，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值可改善其過濾特性。細(xì)胞(碎片)及某些膠體物質(zhì)在某個(gè)pH值下也可能趨于絮凝而成為較大顆粒，有利于過濾的進(jìn)行。調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)是除去蛋白質(zhì)的有效方法。大幅度改變pH還能使蛋白質(zhì)變性凝固。37三預(yù)處理-調(diào)節(jié)pHpH值直接影響發(fā)酵液中某些物質(zhì)的電

0020040060061218pH4.6pH4.2pH3.8pH2.8FiltrateVolume,cm3Time,minutesFigTheeffectonfiltratevolumeofpH38

0020040060061218pH4.6pH4.2p四

加入助濾劑（filteraids）

一種不可壓縮的多孔微粒，在發(fā)酵液中加入固體助濾劑，則菌體可吸附于助濾劑微粒上，助濾劑就作為膠體粒子的載體，均勻地分布于濾餅層中，降低了濾餅的可壓縮性，減小了過濾阻力。目前生物工業(yè)中常用的助濾劑是硅藻土，其次是珍珠巖粉、活性炭、石英砂、石棉粉、纖維素、白土等。濾餅：[filtercake]液體通過過濾器后保留在濾器上的原液所含的固體物質(zhì);如通過凈化甘蔗汁濾出的可用作肥料的雜質(zhì)殘?jiān)?9四加入助濾劑（filteraids）一種不可壓縮的多孔發(fā)酵液中的雜質(zhì)高價(jià)無機(jī)離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）雜蛋白常規(guī)過濾或膜過濾時(shí)，易使過濾介質(zhì)堵塞，影響過濾效率。采用離子交換和吸附法提取時(shí)會(huì)降低其交換容量和吸附能力，有機(jī)溶劑法或雙水相萃取時(shí)，易產(chǎn)生乳化，使兩相分離不清。因此，在預(yù)處理時(shí)，應(yīng)盡量除去這些物質(zhì)。五、發(fā)酵液的相對(duì)純化

在采用離子交換提煉時(shí)，會(huì)影響樹脂對(duì)生化物質(zhì)的交換容量。40發(fā)酵液中的雜質(zhì)高價(jià)無機(jī)離子（Ca2+、Mg2+、Fe2+）常（一）高價(jià)無機(jī)離子的去除方法Ca2+——草酸、草酸鈉，→形成草酸鈣沉淀（注意回收草酸）

；Mg2+——三聚磷酸鈉，→形成三聚磷酸鈉鎂可溶性絡(luò)合物；Fe2+——黃血鹽，→普魯士蘭沉淀41（一）高價(jià)無機(jī)離子的去除方法Ca2+——草酸、草酸鈉，→形（二）雜蛋白的去除方法沉淀法變性法吸附法42（二）雜蛋白的去除方法沉淀法421.雜蛋白去除-沉淀法precipitationA等電點(diǎn)沉淀法（isoelectricprecipitation）蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)大都在酸性范圍內(nèi)(pH4.0～5.5)，調(diào)節(jié)發(fā)酵液的pH到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)是除去蛋白質(zhì)的有效方法。B.酸堿調(diào)節(jié)，使蛋白質(zhì)與離子形成沉淀在酸性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陰離子形成沉淀，如三氯乙酸鹽、水楊酸鹽、苦味酸鹽等；在堿性溶液中，蛋白質(zhì)與一些陽離子形成沉淀，如Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+等。431.雜蛋白去除-沉淀法precipitationA等電2.雜蛋白去除-變性

Denaturation

蛋白質(zhì)從有規(guī)則的排列變成不規(guī)則結(jié)構(gòu)的過程稱為變性。變性蛋白質(zhì)溶解度較小。加熱，大幅度調(diào)節(jié)pH值，加酒精、丙酮等有機(jī)溶劑或表面活性劑等。不足之處：加熱法只適合于對(duì)熱較穩(wěn)定的目的產(chǎn)物；極端pH值也會(huì)導(dǎo)致某些目的產(chǎn)物失活，且要消耗大量酸堿；有機(jī)溶劑法通常只適用于所處理的液體數(shù)量較少的場合。

442.雜蛋白去除-變性Denaturation蛋白2變性檸檬酸發(fā)酵液，采用加熱至80℃以上，使蛋白質(zhì)變性凝固和降低發(fā)酵液粘度，從而大大提高了過濾速度。452變性453.雜蛋白去除-吸附法adsorption加入某些吸附劑或沉淀劑吸附雜蛋白質(zhì)而除去。四環(huán)類抗生素生產(chǎn)中，采用黃血鹽和硫酸鋅的協(xié)同作用生成亞鐵氰化鋅鉀K2Zn3[Fe(CN)5]2的膠狀沉淀來吸附蛋白質(zhì)，利用此法除蛋白質(zhì)已取得很好的效果。463.雜蛋白去除-吸附法adsorption加入某些吸附劑思考題1發(fā)酵液為何需要預(yù)處理？處理方法有哪些？2凝集與絮凝過程有何區(qū)別？如何將兩者結(jié)合使用？

47思考題1發(fā)酵液為何需要預(yù)處理？處理方法有47第二章

發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離

第二講48第二章

發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離

第二講482.2發(fā)酵液的固液分離492.2發(fā)酵液的固液分離49一影響發(fā)酵液固液分離的因素1）發(fā)酵液中懸浮離子的大小50一影響發(fā)酵液固液分離的因素1）發(fā)酵液中懸浮離子的大小502）發(fā)酵液的黏度viscosity

：固液分離速度通常與粘度成反比，粘度越大，固液分離越困難。影響發(fā)酵液固液分離的因素512）發(fā)酵液的黏度viscosity：影響發(fā)酵液固液分離的因收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，收集含生化物質(zhì)的液相，分離除去固體懸浮物（細(xì)胞、菌體、細(xì)胞碎片、蛋白質(zhì)的沉淀物和它們的絮凝體等）。固液分離的目的包括兩方面：52收集胞內(nèi)產(chǎn)物的細(xì)胞或菌體，分離除去液相，固液分離的目的包括兩二常見的固液分離方法過濾filtration離心Centrifugation

膜分離membraneseparation雙水相萃取ATPS53二常見的固液分離方法過濾filtration53（一）過濾filtration過濾操作是借助于過濾介質(zhì)，在一定的壓力差ΔP作用下，使懸浮液中的液體通過介質(zhì)的孔道，而固體顆粒被截留在介質(zhì)上，從而實(shí)現(xiàn)固液分離的單元操作。過濾介質(zhì)filtermedium

:過濾采用的多孔物質(zhì)；濾漿filterpulp

:所處理的懸浮液；濾液filtrate

:通過多孔通道的液體；濾餅或?yàn)V渣filtercake:被截留的固體物質(zhì)。54（一）過濾filtration過濾操作是借助于過濾介質(zhì)濾餅過濾：當(dāng)懸浮液通過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾餅（濾渣）。在濾餅過濾中，當(dāng)濾餅至一定厚度時(shí)即起主要的過濾作用適合于固體含量大于0.1%的懸浮液的過濾分離。55濾餅過濾：當(dāng)懸浮液通過濾布時(shí)，固體顆粒被濾布阻攔而逐漸形成濾過濾推動(dòng)力：懸浮液自身壓強(qiáng)差、重力懸浮液的—外加壓力過濾介質(zhì)的—抽真空離心力過濾阻力：介質(zhì)阻力：可視為平變，且一般過濾初較明顯濾餅阻力:濾餅厚度：隨過濾進(jìn)行而增加濾餅特性：顆粒形狀、大小。大多情況下，過濾阻力主要取決于濾餅阻力。56過濾推動(dòng)力：56過濾速度的強(qiáng)化1．降低濾餅比阻力rB

一切能夠降低rB的方法：如添加電解質(zhì)、絮凝劑、凝固劑助濾劑等。2．降低濾液黏度μ

黏度愈低，過濾阻力愈小。加熱、去雜蛋白、絮凝、調(diào)PH、選擇合適的放罐時(shí)間。3．降低懸浮液中懸浮固體的濃度過濾速度與獲得濾餅體積成反比。因此應(yīng)盡可能降低培養(yǎng)基配料濃度（如玉米粉、豆餅粉的濃度）。4.對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行預(yù)處理，改善濾液性質(zhì)。57過濾速度的強(qiáng)化1．降低濾餅比阻力rB572過濾介質(zhì)選擇過濾介質(zhì)起過濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和盡可能小的流動(dòng)阻力。合理選擇過濾介質(zhì)：過濾介質(zhì)所能截留的固體粒子大?。和ǔＲ赃^濾介質(zhì)的孔徑表示。常用的過濾介質(zhì)中，纖維濾布所能截留的最小粒子約10μm，硅藻土為lμm，超濾膜可小于0.5μm。過濾介質(zhì)的透過性：是指在一定的壓力差下，單位時(shí)間單位過濾面積上通過濾液的體積量，它取決于過濾介質(zhì)上毛細(xì)孔徑的大小及數(shù)目。582過濾介質(zhì)選擇過濾介質(zhì)起過濾作用，還是濾餅的支撐物。應(yīng)具有過濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖維濾布和合成纖維濾布。其過濾性能受許多因素的影響，其中最重要的是纖維的特性、編織紋法和線型。

最高溫度℃密度(kg／m3)吸水率％耐磨棉尼綸滌綸92105—12014515511413816-226.5-8.30.04-0.08良優(yōu)優(yōu)

濾

液澄清度阻力濾餅中含

水濾餅脫落壽命堵孔傾向平紋斜紋緞紋依次降依次降依次減依次易中長短依次易59過濾介質(zhì)-織物介質(zhì)又稱濾布，應(yīng)用最廣泛，包括由棉、麻等天然纖過濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。最常用的是硅藻土，是優(yōu)良的過濾介質(zhì)：①一般不與酸堿反應(yīng)，化學(xué)性能穩(wěn)定；②形狀不規(guī)則，空隙大且多孔，具有很大的吸附表面；③無毒且不可壓縮，形成的過濾層阻力不隨操作壓力變化。硅藻土過濾介質(zhì)通常有三種用法：（1）作為深層過濾介質(zhì)。硅藻土過濾層具有曲折的毛細(xì)孔道，借篩分、吸附和深層效應(yīng)作用除去懸浮液中的固體粒子，截留效果可達(dá)到1μm。（2）作為預(yù)涂層。在支持介質(zhì)的表面上預(yù)先形成一層較薄的硅藻土預(yù)涂層，用以保護(hù)支持介質(zhì)的毛細(xì)孔道不被濾餅層中的固體粒子堵塞。（3）用作助濾劑。60過濾介質(zhì)-粒狀介質(zhì)有硅藻土、珍珠巖粉、細(xì)砂、活性炭、白土等。過濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)

如多孔陶瓷、多孔玻璃珠、多孔塑料等，可加工成板狀或管狀，孔隙很小且耐腐蝕，常用于過濾含有少量微粒的懸浮液。61過濾介質(zhì)-多孔固體介質(zhì)61典型過濾設(shè)備：按操作方式分類：間歇過濾機(jī)、連續(xù)過濾機(jī)按操作壓強(qiáng)差分類：壓濾、吸濾和離心過濾實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置板框壓濾機(jī)（間歇操作）轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)（連續(xù)操作）過濾式離心機(jī)固液分離過濾設(shè)備62典型過濾設(shè)備：按操作方式分類：間歇過濾機(jī)、連續(xù)過濾機(jī)按操作壓1）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置631）實(shí)驗(yàn)室用抽濾裝置632）板框壓濾機(jī)

plateandframefilter

板框壓濾機(jī)的過濾推動(dòng)力來自泵產(chǎn)生的液壓或進(jìn)料貯槽中的氣壓。廣泛應(yīng)用于培養(yǎng)基制備的過濾及霉菌、放線菌、酵母菌和細(xì)菌等多種發(fā)酵液的固液分離。適合于固體含量1-10%的懸浮液的分離。

642）板框壓濾機(jī)

plateandframefilter板框壓濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊后即構(gòu)成供濾漿或洗水流通的孔道?？虻膬蓚?cè)覆以濾布，空框與濾布圍成了容納濾漿及濾餅的空間，濾板用以支撐濾布并提供濾液流出的通道。65板框壓濾機(jī)包括板和框，多做成正方形，角端均開有小孔，裝合壓緊自動(dòng)板框式壓濾機(jī)自動(dòng)板框壓濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中可自動(dòng)完成，勞動(dòng)強(qiáng)度小，輔助操作時(shí)間短。

自動(dòng)壓濾機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了它的應(yīng)用和發(fā)展。66自動(dòng)板框式壓濾機(jī)自動(dòng)板框壓濾機(jī)在板框壓緊；卸餅、清洗等操作中3）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumfilter）真空過濾設(shè)備以大氣與真空之間的壓力差作為過濾操作的推動(dòng)力。生物工業(yè)中，用得較多的是轉(zhuǎn)筒式真空過濾機(jī)和帶式真空過濾機(jī)。轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)筒真空過濾機(jī)是一種連續(xù)操作的過濾設(shè)備，設(shè)備的主體是一個(gè)由篩板組成能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓筒，表面有一層金屬絲網(wǎng)，網(wǎng)上覆蓋濾布,圓筒內(nèi)沿徑向被筋板分隔成若干個(gè)空間。673）真空轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)（rotary-drumvacuumf轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約900-1300，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)時(shí)(轉(zhuǎn)速約0.5-2r／min)，筒內(nèi)每一空間相繼與分配頭中的3個(gè)室相通，可順序進(jìn)行過濾、洗滌、吸干、吹松、卸餅等項(xiàng)操作。即整個(gè)圓筒分為過濾區(qū)、洗滌及脫水區(qū)，卸渣及再生區(qū)3個(gè)區(qū)域。68轉(zhuǎn)筒下部浸入濾漿槽中，浸沒角約900-1300，圓筒緩慢旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦稱懸框)；濾網(wǎng)；濾布；機(jī)架。原理：

由于離心力作用，液體產(chǎn)生徑向壓差，通過濾餅、濾網(wǎng)及濾筐而流出。4）離心過濾機(jī)（centrifugalfilter）69結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)鼓濾餅濾布濾網(wǎng)離心過濾機(jī)工作原理圖轉(zhuǎn)鼓(上有小孔，亦5）硅藻土過濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的硅藻有許多不同的形狀，由于硅藻土具有細(xì)膩、松散、質(zhì)輕、多孔、吸水和滲透性強(qiáng)的特性，所以它是一種性能優(yōu)良的工業(yè)濾劑。硅藻土過濾是以硅藻土作為過濾介質(zhì)，它是一種預(yù)涂型過濾器，預(yù)涂、過濾、反沖洗是硅藻土過濾的一般工藝過程。在釀造、飲料、酒類和水處理等方面得到廣泛應(yīng)用。目前，國內(nèi)主要用于酒類和飲料過濾

705）硅藻土過濾機(jī)diatomitefilter硅藻土中的硅藻71硅藻71（二）離心分離對(duì)于濃度較小，粒徑較大，硬度較強(qiáng)的不溶物，可以采用過濾分離。但當(dāng)固體顆粒細(xì)小而難以過濾時(shí)，發(fā)酵液不易被過濾純化，離心操作往顯得十分有效。離心分離是基于固體顆粒和周圍液體密度存在差異，在離心場中使不同密度的固體顆粒加速沉降的分離過程。動(dòng)植物細(xì)胞的收集、細(xì)胞碎片和沉淀的分離等常用離心分離。72（二）離心分離對(duì)于濃度較