第2章 发酵液的预处理和固液分离方法
知识点：发酵液的预处理技术与策略，发酵液的过滤技术与设备
重点：发酵液中的几种杂质的去除方法和影响过滤的因素，并能在实际处理中灵活应用，凝聚技术的原理及改善过滤性能的方法。
难点：预处理方法的灵活运用。 一、 生化分离工程的工艺流程：
生化分离工程主要由各种化工单元操作组成，按生产加工过程常分为发酵液预处理、分离提取、精制纯化和后期成品加工等四个阶段：
二、 发酵液的预处理技术：
目的：改变发酵液的理化性质，利于固液分离的进行 针对对象：高价无机离子和可溶性杂蛋白 预处理方法：
1）采用稀释，热处理，改变PH的方法降低发酵液的粘度，以利于过滤。 2）采用添加絮凝剂或凝聚的方法，改变悬浮液中固体粒子的大小，提高其沉降速度。
高价离子的去除：
钙离子：加草酸钠使生成草酸钙沉淀。 镁离子：加三聚磷酸钠使生成可溶性络合物。 铁离子：加黄血盐使生成普鲁士蓝沉淀。
杂蛋白质的去除：
等电点沉淀，选择性变性沉淀，吸附作用，有机溶剂沉淀等。 有色物质的去除：
活性炭，白土，大网格树脂。
三、 凝聚和絮凝技术： 1． 名词解释：
凝聚：指在中性盐的作用下，由于双电层排斥电位的降低而使胶体体系不稳定的现象。
絮凝：指在某些高分子絮凝剂的存在下，基于架桥作用，使胶粒形成粗大的絮凝团的过程，是一种以物理集合为主的过程。
混凝：指在料液中，先加入无机电解质，使悬浮粒子间的相互排斥能降低，脱稳而凝聚成微粒，而后再加入絮凝剂的操作过程，实际上包括了凝聚和絮凝机理的过程。
凝聚值：指使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mM），它用来表示电解质的凝聚能力。 2． 凝聚原理：
通常发酵液中细胞或菌体带有负电荷，由于静电引力的作用使溶液中的正离子被吸附在其周围，在界面上形成了双电层，但这些正离子还受到使它们均匀分布开去的运动的影响，具有离开胶粒表面的趋势，在这两种相反作用的影响下，双电层就分裂成两部分：吸附层和扩散层，这样就形成了扩散双电层的结构模型，如图 所示。
?．?双电层特征的表征和电动电位（ξ）的基本公式：
（1）电动电位ξ是控制胶粒间电排斥作用的电位，用来表征双电层的特征，并作为研究絮凝机理的重要参数，而且ξ在实际中是可测的。
（2）胶粒能保持分散状态的原因主要有二：首先是由于带有相同的电荷和扩散双电层的结构，其次是由于胶粒表面的水化作用，形成了包围于粒子周围的水化层，以致于阻碍胶粒间的直接聚集。但一旦ξ电位降低，水化层也随之减弱。
（?）?基本公式： ξ=4πqδξ/D
δ=[1000DkT/(4πNe2]1/2*1/(Ci*Zi2
发酵液中加入高价阳离子导致凝聚作用的原因是降低电动电位ξ和脱除了胶粒表面的水化膜，从而致凝聚现象的发生。
与扩散层厚度δ，电动电荷密度q成正比，而与价数Zi和溶液中的粒子速度Ci成反比，一般的ξ越小则越易凝聚。
（?）?凝聚值是指使胶粒发生凝聚作用的最小电解质浓度（mM），它用来表示电解质的凝聚能力，一般的反离子价数越高，则该值越小，其凝聚能力越强。 阳离子对负电荷的胶粒凝聚能力次序为：
Al3+>Fe3+>H3+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+
常用的凝聚剂:
Al2(SO43.18H2O(明矾，AlCl3.6H2O,FeCl3,ZnSO4,MgCO3 ?．?絮凝作用原理：
应用水溶性的有机高分子聚合物絮凝剂，通过静电引力，范德华分子引力和氢键的作用，强烈地吸附在胶粒表面。一个高分子聚合物的许多链接分别吸附在不同颗粒的表面上，产生了架桥连接，生成粗大的絮团。详见图
?．?絮凝作用的影响因素：
● 絮凝剂用量:絮凝效果呈钟形变化。
● 溶液的PH：PH主要影响离子型絮凝剂中功能团的电离度，从而影响了分子链的伸展状态，改变了架桥能力。 ● 搅拌速度和时间：
● 助滤剂：添加助滤剂能增加絮凝效果。 ?．?常用絮凝剂的种类：
● 聚丙烯酰胺（Polyacrylamide）衍生物： 非离子型：
阴离子型：（含-COOH） 阳离子型：（含-NH2）
● 苯乙烯类衍生物及其无机高分子聚合物絮凝剂 聚合铝盐 聚合铁盐
第2章 发酵液的预处理和固液分离方法 2005.06综述
