第二章发酵液的预处理和菌体的回收 2.1固液分离的分类 2.2发酵液的组成 2.3培养液的基本特征 2.4悬浮液的预处理 预处理的目的预处理方法 2.5过滤基础理论 Darcy定理、 Kozeny's方程、比阻定义、Ruth’s 方程、恒压过滤方程 2.6常用新型过滤器 2.7过滤器的选择 2.8中试设计的路线
第二章 发酵液的预处理和菌体的回收 2.1 固液分离的分类 2.2 发酵液的组成 2.3 培养液的基本特征 2.4 悬浮液的预处理 预处理的目的 预处理方法 2.5 过滤基础理论 Darcy定理、Kozeny’s 方程、比阻定义、Ruth’s 方程、恒压过滤方程 2.6 常用新型过滤器 2.7 过滤器的选择 2.8 中试设计的路线
2.1固液分离的类型 1、过滤(重力过滤器、压滤器、真空过滤器) 2、离心 3、重力沉降 4、气悬浮
2.1 固液分离的类型 1、过滤(重力过滤器、压滤器、真空过滤器) 2、离心 3、重力沉降 4、气悬浮
2.2发酵液的组成 ●悬浮液: 指固体颗粒在0.lμum以上的固液分散体系。生物细胞培养 液基本上也是悬浮液 ●培养液的组成: 水70-80%+ 固体细胞及碎片20-30%(对微生物发酵)+ 少量的代谢成物+ 细胞破裂后的内容物+ 残存的培养基成分
2.2 发酵液的组成 ⚫ 悬浮液： 指固体颗粒在0.1m以上的固液分散体系。生物细胞培养 液基本上也是悬浮液。 ⚫ 培养液的组成： 水70-80% + 固体细胞及碎片20-30%(对微生物发酵)+ 少量的代谢成物 + 细胞破裂后的内容物 + 残存的培养基成分
2.3培养液的基本特征 A、细胞成分及碎片大小不一,颗粒大小,分离成 本个 B、固液密度相近,黏度高:沉降和离心分离困难 C、固体成分可压缩可变形+高黏度:过滤困难, 黏附在滤布,错流过滤形成凝胶层 D、动植物细胞抗剪切力差:错流膜过滤和离心等 不适 E、流变性复杂,非牛顿型流体,青霉素发酵液为 卡森型流体,120h链霉素发酵液为拟塑性流体, 灰色链丝菌发酵液为塑性流体
2.3 培养液的基本特征 A、细胞成分及碎片大小不一，颗粒大小，分离成 本。 B、固液密度相近，黏度高：沉降和离心分离困难 C、固体成分可压缩可变形 + 高黏度：过滤困难， 黏附在滤布，错流过滤形成凝胶层 D、动植物细胞抗剪切力差：错流膜过滤和离心等 不适 E、流变性复杂，非牛顿型流体，青霉素发酵液为 卡森型流体，120h链霉素发酵液为拟塑性流体， 灰色链丝菌发酵液为塑性流体
24悬浮液的预处理 预处理的目的 改变发酵液的物理性质(黏度、颗粒↑颗粒稳定性等 固液分离速度个,分离器分离效率个; 目标产物转移其中一相(多数为液相) 去杂质 预处理方法 加热:最简单和最廉价的处理方法。√黏度、促凝聚 固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去蛋白 调pH值:方法简单有效、成本低廉 凝聚:在凝聚剂(如铝盐、铁盐、石灰和NaC)作用下 细胞蛋白质等(准)胶体去稳定,并聚集成lmm大小的凝 聚块的过程
2.4 悬浮液的预处理 预处理的目的: ⚫ 改变发酵液的物理性质(黏度、颗粒、颗粒稳定性等)， 固液分离速度，分离器分离效率； ⚫ 目标产物转移其中一相(多数为液相)； ⚫ 去杂质 预处理方法 ⚫ 加热：最简单和最廉价的处理方法。黏度、促凝聚、 固体成分体积、破坏凝胶结构、增加空隙率、去蛋白 ⚫ 调pH值：方法简单有效、成本低廉； ⚫ 凝聚：在凝聚剂(如铝盐、铁盐、石灰和NaCl)作用下, 细胞蛋白质等(准)胶体去稳定，并聚集成1mm大小的凝 聚块的过程
2.4悬浮液的预处理 凝聚剂种类:A、无机盐类,如硫酸铝、明矾、硫酸铁 硫酸亚铁、FeCl3、AlCl3、ZnCl、硫酸镁等;B、无机 碱,如AOH)3、Fe(OH3、Ca(OH2、CaO等;C、聚合 无机盐,如聚合铝、聚合铁 机理:A、破坏双电层,B、水解后胶体吸附,C、氢键 结 絮凝:在絮凝剂高分子聚合电解质的作用下,胶体颗 粒和聚合电解质交连成网,形成10mm大小的絮凝团 过程。 絮凝剂种类:A、阳离子类,如聚丙烯酰胺(+)、聚苯 烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺;B、阴离子类, 如聚丙烯酸纳、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-);C、非 离子类,如聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯
2.4 悬浮液的预处理 凝聚剂种类：A、无机盐类，如硫酸铝、明矾、硫酸铁、 硫酸亚铁、FeCl3、AlCl3、ZnCl、硫酸镁等；B、无机 碱，如Al(OH)3、Fe(OH)3、Ca(OH)2、CaO等；C、聚合 无机盐，如聚合铝、聚合铁。 机理：A、破坏双电层，B、水解后胶体吸附，C、氢键 结合等。 ⚫ 絮凝：在絮凝剂高分子聚合电解质的作用下，胶体颗 粒和聚合电解质交连成网，形成10 mm大小的絮凝团 过程。 絮凝剂种类：A、阳离子类，如聚丙烯酰胺(+)、聚苯 烯酸二烷基胺乙酯、聚二烯丙基四胺；B、阴离子类， 如聚丙烯酸纳、聚苯乙烯磺酸、聚丙烯酰胺(-)；C、非 离子类，如聚丙烯酰胺(0)、环氧化乙烯
2.4悬浮液的预处理 机理:絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网络作用 5、惰性助滤剂ε一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质 用于扩大过滤表面的适应范围,减轻细小颗粒的快速 挤压变形和过滤介质的堵塞 使用方法:A、预涂层;B、按一定比率混合。 助滤剂种类:硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素 未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙,及它们的混合物等 用量标准:A、单位质量助滤剂所产生的最大滤液产 量(最常用);B、或最长周期;C、或最快流速;D、 或滤饼的最大空间利用度
2.4 悬浮液的预处理 机理：絮凝剂主要起中和电荷、桥架和网络作用 5、惰性助滤剂：一种颗粒均匀、质地坚硬的粒状物质， 用于扩大过滤表面的适应范围，减轻细小颗粒的快速 挤压变形和过滤介质的堵塞。 使用方法：A、预涂层；B、按一定比率混合。 助滤剂种类：硅藻土、膨胀珍珠岩、石棉、纤维素、 未活化的炭、炉渣、重质碳酸钙，及它们的混合物等。 用量标准：A、单位质量助滤剂所产生的最大滤液产 量(最常用)；B、或最长周期；C、或最快流速；D、 或滤饼的最大空间利用度
问题? 饼洗涤 1、预处理的理论基础 压气 滤 刮板 脱(压气 2、过滤器有3大类型 几百个型号,如何 溜棺 吸气) ∥「挑选? 给料口 滤饼团形成吸料 滤液出囗 图2.8外滤式转鼓真空过滤机的工作过程
问题？ 1、预处理的理论基础？ 2、过滤器有3大类型， 几百个型号，如何 挑选？
2.5过滤基础理论 Darcy定理 Ap water △ U= K filting membrane.~区x U=流体的速度(in:ms,Δp=压力差(in:Pa),1=床层厚度 (in:m),K= Darcy's渗透系数,与流体和床层的性质有关
2.5 过滤基础理论 Darcy定理 U = 流体的速度(in: m/s)，p = 压力差(in: Pa)，l = 床层厚度 (in: m)，K = Darcy’s 渗透系数，与流体和床层的性质有关
2.5过滤理论基础 Kozeny's方程 对于发酵液的过滤,要用 Kozeny方程 zymologic △ matieral E × filton membrane EEEEE K”= Kozeny's常数,一般K”=5(在大量均匀的球形颗粒中) 其他颗粒K”=3.5-5.5,颗粒个,K”J;S=单位体积颗粒中颗 粒的表面积;η=发酵液黏度(in:Pas);E=床层的空隙率,即 空隙体积与总体积的比值。注意 方程适应条件:A、薄层区域表面的流速,B、非常高的孔隙率, 非常广的颗粒尺寸的分布,D、纤维状的、可压缩的和吸 湿性的填充物。 意义:过滤的基础方程,揭示了过滤流速与各因素的关系
2.5 过滤理论基础 Kozeny’s 方程 对于发酵液的过滤,要用Kozeny’s方程 K’’ = Kozeny’s 常数，一般K’’ = 5（在大量均匀的球形颗粒中）， 其他颗粒K’’ = 3.5---5.5，颗粒，K’’；S = 单位体积颗粒中颗 粒的表面积； = 发酵液黏度(in: Pa s)； = 床层的空隙率，即 空隙体积与总体积的比值。注意 l 方程适应条件：A、薄层区域表面的流速，B、非常高的孔隙率， C、非常广的颗粒尺寸的分布，D、纤维状的、可压缩的和吸 湿性的填充物。 意义：过滤的基础方程，揭示了过滤流速与各因素的关系