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1、第一节 发酵液过滤特性的改变发酵液成分复杂：菌体，残存的固体培养基，未被微生物完全利用的糖类、无机盐、蛋白质，以及微生物的各种代谢产物。发酵液特性：1、发酵产物浓度较低，大多为1%10%，悬浮液中大部分是水；2、悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大；3、固体粒子可压缩性大（细胞在很大程度上属于可压缩的粘稠物料） ；4、液相粘度大，大多为非牛顿型流体；5、性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白质酶水解等作用的影响。以上使固液分离变得相当困难，应进行适当预处理才行，降低滤饼比阻，提高过滤与分离速度A2P APUA=xw（vv F） X= Uw（vv F）A：过滤面积；P：为通过滤
2、饼和过滤介质后的压力降；U：滤液通量；W：单位滤液体积中沉积固体的干重；u：滤液的粘度；V：单位时间内累积的滤液体积。vF为沉积与过滤介质阻力相当的滤饼厚度所滤过的滤液体积x=（m -n-1ln+1t2n）(P) nP：为通过滤饼和介质后的压力降；m：单位质量干滤饼对应过滤饼的质量；l：床层厚度；n：常数，滤饼的可压缩度，不可压力 n=0，高度可压 n=1；n=0，x=m -1l=l/m，x 下降减少床层厚度；m 上升减少滤液的悬浮物；n=1，x=m -2l2t2(P) 2,x 下降 l 下降，t 下降（过滤时间） ，P 下降悬浮物，粘度下降，m 上升，减少悬浮物。一、降低液体粘度（加水、加热
3、）对于通过一个圆形直管的粘性流可采用哈根泊肃叶（Hagen-poiseuilles）议程：Dc2P dm2PU= 32lc U= kbmU：流体的平均速度， 为流体的粘度，P 为流体流过圆管的压力降，dc 和lc 分别为圆管的直径与长度。dm、bm 为流体流过滤床层的当量直径为长度。K，常数取决于床层结构。可见 U 与 成反比，降低粘度可有效提高过滤速率。1、加水稀释法：（1）加大后继过程的处理任务；（2）实际效果：即若加水一倍，则稀释后液体的粘度下降50%以上才能有效提高过滤速度。2、加热：加热可降低粘度：如120Be 麦芽汁40度加热到75度粘下降一半，速可加倍。如链霉素 PH3.0时，加
4、热70度，半小时，过滤速度可增大10100倍。 （有蛋白质凝聚，m 上升）（1）加热温度控制：不影响目标产物的活性；（2）时间控制：不造成细胞溶解，胞内物处溢，使后续分离纯化复杂化。二、调整 PH（1）对于两性物质（氨基酸、蛋白质） ，调 PH 至等电点，所带净电荷为零，溶解度最小，发生等电点沉淀。（2）膜过滤中，调整 PH 改变易吸附分子的电荷性质，减少堵塞和污染；（3）细胞、细胞碎片及某些胶体物质等在某个 PH 值下有可能凝聚成较大颗粒，有利过滤。三、凝聚与絮凝1、凝聚（1）双电层：发酵液中胶体粒子的表面带电荷（吸附溶液中的离子，自动基因的电离）如菌体或蛋白体（生理 PH 值下）带负荷静电
5、引力，吸附阳离子在界面形成双电层使胶粒之间不易凝聚，稳定分散。双电层电位越高，电排反越强，胶粒稳定，分散越好，过滤越难。（2）电解质的凝聚：加入电解质异电离子作用下，双电原电位降低胶体稳定下降相互碰撞而凝聚。（3）凝聚值凝聚值：使胶粒发生凝集作用的最小电解质浓度（mmol/L） 。反离子的价数越高，凝聚值就越小。A1 3+Fe 3+H +常用的有明矾（硫酸铝） 、石灰、硫酸亚铁、三氯化铁等。2、絮凝相对凝颗粒粗大；相对凝聚更为昂贵；（1）絮凝剂的絮凝作用：絮凝剂（能溶于水的高分子聚合物，相对分子质量数万1千万，长链结构）链节上含有许多活性官能团，阴离子（-）或阳电子（-NH 3+） 、不带电的
6、非离子型基团通过静电引力、范 华力、氢键等吸收在胶粒表面当许多链节分别吸附在不同胶粒表面上产生桥架联授形成较大絮团。（2）絮凝剂化学结构含有相当多的活性官能团，能与胶粒表面结合。长链线性结构，与较多的胶粘液表面结合。相对分子质量不能超过限度，保证其有良好的水溶性。（3）絮凝剂的分类：有机高分子聚合物：如聚丙大 类（絮团粗大、用量少、絮凝快、效好，但有毒） 、聚丙烯酸类（无毒，可用于医药、食品） 、聚乙烯等。无机高分子聚合物、如聚合铝盐、聚合铁盐等。天然有机高分子絮凝剂，如明胶、骨胶、壳多糖、海藻酸钠、聚糖类胶粘物。（4）影响絮凝效果的因素（确定了某种絮凝剂）添加量：试验确定最适添加量少：胶粒吸
7、附不完全多：形成的絮团小PH 值：影响絮凝剂活性官能团的电离度，进一步影响吸附强弱。另外还有：搅拌转速、时间等。3、混凝混凝是包括凝聚和絮凝机理的过程。（1）单独使用絮凝剂如带负电的菌体、蛋白质+阳离子型高分子絮凝剂具有降低胶粒双电层电位，产生吸附桥架的双重作用。（2）电解质+絮凝剂在无机电解质的凝聚作用基础上，高分子絮凝剂架桥絮凝效果更好四、加入助滤剂1、助滤剂：是一种不可压缩的多孔微粒，使滤饼疏松，过滤阻力下降，滤速加快。2、使用方法：在过滤介质表面预涂助滤剂直接加入发酵液也可以以上两种并用3、助滤剂选择（1）不吸附目的产物（2）粒度与悬浮与悬浮液中固体粒子的尺寸相适应（颗粒小、用较细的助
8、滤剂）（3）使用量适合过少：起不到有效的作用过多：浪费、助滤助成为主要的滤饼阻力，速率下降。（4）与过滤介质和过滤情况相配合。粗目滤网：防泄漏：石拦粉、纤维素、淀粉细目滤网：细硅藻土烧结成粘结材料介质：纤维素五、加入反应剂1、目的：加入某些不影响目标产物的反应剂，可消除发酵液中的一些杂质对过滤的影响，从而提高过滤速度。2、举例：（1）加入反应剂生成不溶性沉淀助滤剂、凝固胶体等物质过滤性能上升，如在新生霉素发酵液中加入 cacl2和 Na3po4，生成 Ca3(po4)2下降，既是助滤剂，又能使某些蛋白质凝固。（2）含有不溶性多糖物质的发酵液中，加入酶水解成单糖过滤速率上升，如万古霉用淀粉作培养基，发酵过滤前加入0.025%的淀粉酶，搅30min，再加2.5%硅藻土助滤剂速率提高5倍。
