呼和浩特职业学院教案首页 课 题第二章预处理技术 授课时间 3.11,3.18 授课对象2013级生物技术及应用1、2班授课学时 掌握发酵液预处理的方法 教学目的2.熟悉各种细胞破碎的方法 3.熟悉过滤和离心分离技术 4.了解常见过滤分离设备的特点 教学重点 絮凝、凝聚、过滤、离心 教学难点 絮凝凝聚 教学方法 举例法，图示法，比较法，提问法，作业法等 、 组织教学：点名、检查学生的出勤情况(5min) 二、从发酵液状态导入新课：发酵液不适合过滤，需要改 善发酵液的过滤特性，怎么改？(10min) 教学步骤 三、开始讲授 及 (一)加热、调p、絮凝、凝聚等方法(75min) 内容提要 (二)固液分离，过滤，过滤分类，原理，因素(45min) (三)离心技术，细胞破碎及破碎率计算(35min) 四、总结并习题，结束本次课(10min) 备注
呼和浩特职业学院教案首页 课 题 第二章 预处理技术 授课时间 3.11，3.18 授课对象 2013 级生物技术及应用 1、2 班 授课学时 4 教学目的 1．掌握发酵液预处理的方法 2．熟悉各种细胞破碎的方法 3．熟悉过滤和离心分离技术 4．了解常见过滤分离设备的特点 教学重点 絮凝、凝聚、过滤、离心 教学难点 絮凝 凝聚 教学方法 举例法，图示法，比较法，提问法，作业法等 教学步骤 及 内容提要 一、组织教学:点名、检查学生的出勤情况（5min） 二、从发酵液状态导入新课：发酵液不适合过滤，需要改 善发酵液的过滤特性，怎么改？（10 min） 三、开始讲授 （一）加热、调 pH、絮凝、凝聚等方法（75 min） （二）固液分离,过滤，过滤分类，原理，因素(45 min) （三）离心技术，细胞破碎及破碎率计算（35 min） 四、总结并习题，结束本次课（10 min） 备注
讲授内容： 教学提示 第二章细胞破碎与固液初级分离技术 第一节细胞破碎技术 阐述细胞破碎技术的含义及各种细胞壁的特点 一、机械法 (一)捣碎法 通常可先用家用食品加工机将组织打碎，然后再用10000一20000rmin 视频法 的内刀式组织捣碎机（即高速分散器）将组织的细胞打碎，为了防止发热和 提问：温 升温过高，通常是转10一20s,停10一205，可反复多次。 度升高 (二)珠磨法 了，怎么 利用玻璃小珠与细胞悬液一起高速搅拌，带动玻璃小球撞击细胞，作用 控制？ 于细胞壁的碰撞作用和剪切力使细胞破碎。 (三)高压匀浆法 适用于酵母菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和黑曲霉等。 (四)超声波破碎法 利用发射15-25kHz的超声波探头处理细胞悬浮液。 注意必须 一般认为超声波破碎的机理是：在超声波作用下液体发生空化作用，空 讲行冷 穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。超声波破 却，很重 碎法是很强列的破碎方法，话用于多数微生物的破碎。超声波破碎法的有效 要 能量利用率极低，操作过程产生大量的热，因此操作需在冰水或有外部冷却 的容器中进行。由于对冷却的要求相当苛刻，所以不易放大，主要用于实验 室规模的细胞破碎。 二、非机械法 (一)冻结-融化法 将细胞急剧冻结后在室温缓慢融化，此冻结一融化操作反复进行多次， 使细胞受到破坏。 冻结的作用是破坏细胞膜的疏水键结构，增加其亲水性和通透性。另 方面，由于胞内水结晶使胞内外产生溶液浓度差，在渗透压作用下引起细胞 膨胀而破裂。冻结一融化法对于存在于细胞质周围靠近细胞膜的胞内产物释 放较为有效，但溶质靠分子扩散释放出来，速度缓慢。因此，冻结-融化法在 多数情况下效果不显著。 (二)渗透压冲击法 渗透压冲击是各种细胞破碎法中最为温和的一种，适用于易于破碎的细 胞，如动物细胞和革兰氏阴性菌。 将细胞置于高渗透压的介质（如较高浓度的甘油或蔗糖溶液）中，达到 平衡后，将介质突然稀释或将细胞转置于低渗透压的水或缓冲溶液中。在渗 透压的作用下，水渗透通过细胞壁和膜进人细胞，使细胞壁和膜膨胀破裂。 2
2 讲授内容： 第二章 细胞破碎与固液初级分离技术 第一节 细胞破碎技术 阐述细胞破碎技术的含义及各种细胞壁的特点 一、机械法 （一）捣碎法 通常可先用家用食品加工机将组织打碎，然后再用10 000－ 20 000 r/min 的内刀式组织捣碎机（即高速分散器）将组织的细胞打碎，为了防止发热和 升温过高，通常是转10－20 s，停10—20 s，可反复多次。 （二）珠磨法 利用玻璃小珠与细胞悬液一起高速搅拌，带动玻璃小球撞击细胞，作用 于细胞壁的碰撞作用和剪切力使细胞破碎。 （三）高压匀浆法 适用于酵母菌、大肠杆菌、巨大芽孢杆菌和黑曲霉等。 （四）超声波破碎法 利用发射 15-25kHz 的超声波探头处理细胞悬浮液。 一般认为超声波破碎的机理是：在超声波作用下液体发生空化作用，空 穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。超声波破 碎法是很强烈的破碎方法，适用于多数微生物的破碎。超声波破碎法的有效 能量利用率极低，操作过程产生大量的热，因此操作需在冰水或有外部冷却 的容器中进行。由于对冷却的要求相当苛刻，所以不易放大，主要用于实验 室规模的细胞破碎。 二、非机械法 （一）冻结-融化法 将细胞急剧冻结后在室温缓慢融化，此冻结一融化操作反复进行多次， 使细胞受到破坏。 冻结的作用是破坏细胞膜的疏水键结构，增加其亲水性和通透性。另一 方面，由于胞内水结晶使胞内外产生溶液浓度差，在渗透压作用下引起细胞 膨胀而破裂。冻结一融化法对于存在于细胞质周围靠近细胞膜的胞内产物释 放较为有效，但溶质靠分子扩散释放出来，速度缓慢。因此，冻结-融化法在 多数情况下效果不显著。 （二）渗透压冲击法 渗透压冲击是各种细胞破碎法中最为温和的一种，适用于易于破碎的细 胞，如动物细胞和革兰氏阴性菌。 将细胞置于高渗透压的介质（如较高浓度的甘油或蔗糖溶液）中，达到 平衡后，将介质突然稀释或将细胞转置于低渗透压的水或缓冲溶液中。在渗 透压的作用下，水渗透通过细胞壁和膜进人细胞，使细胞壁和膜膨胀破裂。 教学提示 视频法 提问：温 度升高 了，怎么 控制？ 注意必须 进行冷 却，很重 要
教学提示 (三)有机溶剂法 有机溶剂（如胍、乙醇、尿素和异丙醇等）可以削弱疏水分子间的相互 作用。异丙醇广泛应用于从酵母中分离蛋白酶的细胞破碎工艺中。尽管有机 提问：为 溶剂可以用于任何规模的细胞破碎，但在使用中高浓度的有机溶剂使很多蛋 什么能够 白质（如酶）失活，不适合大规模的生产工艺。 用有机溶 有机溶剂被细胞壁吸收后，会使细胞壁膨胀或溶解，导致破裂，把细胞 剂溶解？ 内产物释放到水相中去。选用溶剂的基本原则是，以与细胞壁中脂质类似的 溶解度参数的溶剂作为细胞破碎的溶剂。 (四)表面活性剂法 表面活性剂是指不仅能溶于水或其他有机溶剂，同时又能在相界面上定 向并改变界面性质的某些有机化合物。表面活性剂分子中同时具有憎水基团 和亲水基团，当表面活性剂溶质或溶剂中的浓度达到一定时，它的分子会产 生凝聚，生成胶束，憎水端向内，亲水端向外。憎水基团聚集在胶束内部 将溶解的脂蛋白包在中心，而亲水基团则向外层，使膜的通透性改变或使细 胞壁溶解，从而使胞内物质释放到水相中。 (五)酸碱法 蛋白质为两性电解质，改变pH可改变其荷电性质，使蛋白质之间或蛋白 质与其他物质之间的相互作用力降低而易于溶解。因此，利用酸碱调节pH值， 可提高目标产物容解度。 (六)酶溶法 利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后， 再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性
3 （三）有机溶剂法 有机溶剂（如胍、乙醇、尿素和异丙醇等）可以削弱疏水分子间的相互 作用。异丙醇广泛应用于从酵母中分离蛋白酶的细胞破碎工艺中。尽管有机 溶剂可以用于任何规模的细胞破碎，但在使用中高浓度的有机溶剂使很多蛋 白质（如酶）失活，不适合大规模的生产工艺。 有机溶剂被细胞壁吸收后，会使细胞壁膨胀或溶解，导致破裂，把细胞 内产物释放到水相中去。选用溶剂的基本原则是，以与细胞壁中脂质类似的 溶解度参数的溶剂作为细胞破碎的溶剂。 （四）表面活性剂法 表面活性剂是指不仅能溶于水或其他有机溶剂，同时又能在相界面上定 向并改变界面性质的某些有机化合物。表面活性剂分子中同时具有憎水基团 和亲水基团，当表面活性剂溶质或溶剂中的浓度达到一定时，它的分子会产 生凝聚，生成胶束，憎水端向内，亲水端向外。憎水基团聚集在胶束内部， 将溶解的脂蛋白包在中心，而亲水基团则向外层，使膜的通透性改变或使细 胞壁溶解，从而使胞内物质释放到水相中。 （五）酸碱法 蛋白质为两性电解质，改变 pH 可改变其荷电性质，使蛋白质之间或蛋白 质与其他物质之间的相互作用力降低而易于溶解。因此，利用酸碱调节 pH 值， 可提高目标产物溶解度。 （六）酶溶法 利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后， 再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性。 教学提示 提问：为 什么能够 用有机溶 剂溶解？
第二节固液初级分离技术 教学提示 一、离心分离技术 (一)基本原理 是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固 体顺粒加速沉降的分离过程。 不同密度或不同大小及形状的物质在重力作用下的沉降速率不同，在形 成密度梯度的液相体系中的平衡位置不同。离心分离过程就是以离心力加速 不同物质沉降分离的过程。被分离物质之间必须存在或经人为处理产生的密 度或沉降速率差异才能以离心方法进行分离。离心分离方法中差速离心法操 作最简便，使用最广泛，但其分离纯化分辨率低于密度梯度离心。 (二)离心机 1、离心机分类 可分为工业用离心机和实验用离心机。实验用离心机又分为制备性离心 机和分析性离心机，制备性离心机主要用于分离各种生物材料，每次分离的 结合学生 样品容量比较大，分析性离心机一般都带有光学系统，主要用于研究纯的生 实验课用 物大分子和颗粒的理化性质，依据待测物质在离心场中的行为（用离心机中 到的来讲 的光学系统连续监测)，能推断物质的纯度、形状和分子质量等。分析性离心 解 机都是超速离心机。 (1)制备性离心机可分为三类：①普通离心机②高速冷冻离心机 ③超速离心机 (2)分析性离心机 2、离心机结构 (1)转子 转子是超速离心机的核心设备之一，一般由铝合金或钦合金制成，其制 阐述特点 造工艺要求苛刻，价格昂贵，需特别保养。在转子完好时，对各种转子的使 用时间、次数及转数均有严格规定。转子类型较多，心转子、垂直管转子及 细胞洗脱转子。 让学生结 ①角度转子 合设备课 ②水平转子 上学过的 ③区带转子 知识来解 ④垂直管转子 ⑤连续离心转子 ⑥细胞洗脱转子
4 第二节 固液初级分离技术 一、离心分离技术 （一）基本原理 是基于固体颗粒和周围液体密度存在差异，在离心场中使不同密度的固 体颗粒加速沉降的分离过程。 不同密度或不同大小及形状的物质在重力作用下的沉降速率不同，在形 成密度梯度的液相体系中的平衡位置不同。离心分离过程就是以离心力加速 不同物质沉降分离的过程。被分离物质之间必须存在或经人为处理产生的密 度或沉降速率差异才能以离心方法进行分离。离心分离方法中差速离心法操 作最简便，使用最广泛，但其分离纯化分辨率低于密度梯度离心。 （二）离心机 1、离心机分类 可分为工业用离心机和实验用离心机。实验用离心机又分为制备性离心 机和分析性离心机，制备性离心机主要用于分离各种生物材料，每次分离的 样品容量比较大，分析性离心机一般都带有光学系统，主要用于研究纯的生 物大分子和颗粒的理化性质，依据待测物质在离心场中的行为（用离心机中 的光学系统连续监测），能推断物质的纯度、形状和分子质量等。分析性离心 机都是超速离心机。 （1）制备性离心机可分为三类：① 普通离心机② 高速冷冻离心机 ③ 超速离心机 （2）分析性离心机 2、离心机结构 （1）转子 转子是超速离心机的核心设备之一，一般由铝合金或钦合金制成，其制 造工艺要求苛刻，价格昂贵，需特别保养。在转子完好时，对各种转子的使 用时间、次数及转数均有严格规定。转子类型较多，心转子、垂直管转子及 细胞洗脱转子。 ①角度转子 ②水平转子 ③区带转子 ④垂直管转子 ⑤连续离心转子 ⑥细胞洗脱转子 教学提示 结合学生 实验课用 到的来讲 解 阐述特点 让学生结 合设备课 上学过的 知识来解 答
(2)离心机附件①离心管②密度梯度离心附件③区带离心附件 教学提示 ④分析附件 3、离心机操作的注意事项 (1)使用各种离心机时，必须事先在天平上精密地平衡离心管和其内容 物。 提问法 (2)装载溶液时，要根据各种离心机的具体操作说明进行，根据待离心 液体的性质及体积选用适合的离心管。 (3)若要在低于室温的温度下离心时。转头在使用前应放置在冰箱或置 于离心机的转头室内预冷。 (4)离心时程中不得随意离开，应随时观察离心机上的仪表是否正常工 作，如有异常的声音应立即停机检查，及时排除故障。 (5)每个转头各有其最高允许转速和使用累积限时，使用转头时要查阅说明 书，不得过速使用。每一转头都要有一份使用档案，记录累积的使用时间， 若超过了该转头的最高使用限时，则须按规定降速使用。 二、粗滤设备及常用介质 (一)粗滤分离设备 1、板框压滤机 它是由多个滤板和滤框交替重叠排列而组成滤室的一种间歌操作加压 过滤机。滤板两面铺有滤，用压紧装置把滤板和滤框压紧，滤框中的空间构 成过滤的操作空间。在板框的上端开有孔道从第一块滤板一直通到最后一块 图示法 滤框，悬浮液在压力下送入，并由每一块滤框上的支路孔道送入过滤空间。 滤板表面刻有垂直的或纵横交错的浅沟，其下端钻有供液体排出的孔道。滤 液在压力下通过滤布流人滤板表面的浅沟中，顺浅沟往下流，最后汇集于滤 板下端的排液孔道中排出。固体颗粒被滤布截留在滤框中，一定时间后，松 开滤板和滤框，卸除滤渣。 (二)过滤介质 过滤介质是指能使固一液混合料液得以分离的某一介面，通常指滤布或 膜过滤中所用的膜。过滤介质要求能耐酸碱，耐高温，耐化学试剂，抗拉性 能好，有一定的机械强度和孔隙度。常用的滤布材料有法兰绒、帆布、斜纹 布、白细布及一些合成纤维。膜材料主要有醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚砜、 聚酰胺、聚丙烯等。 三、彩响液一固分离的因素 大多数微生物发酵液都属于非牛顿型液体，液一固分离较困难，发酵液 的流变特性与很多因素有关，主要取决于菌种和培养条件。 (一)微生物种类的影响 一般真菌的菌丝比较粗大，液一固分离容易，含真菌菌体及絮凝蛋白质的发 酵液，可采用鼓式真空过滤或板框过滤。对于酵母菌体，离心分离的方法具 有较好的效果。但是细菌或细胞碎片相当细小，液一固分离十分困难， 5
5 （2）离心机附件 ① 离心管② 密度梯度离心附件③ 区带离心附件 ④ 分析附件 3、 离心机操作的注意事项 （1）使用各种离心机时，必须事先在天平上精密地平衡离心管和其内容 物。 （2）装载溶液时，要根据各种离心机的具体操作说明进行，根据待离心 液体的性质及体积选用适合的离心管。 （3）若要在低于室温的温度下离心时。转头在使用前应放置在冰箱或置 于离心机的转头室内预冷。 （4）离心过程中不得随意离开，应随时观察离心机上的仪表是否正常工 作，如有异常的声音应立即停机检查，及时排除故障。 （5）每个转头各有其最高允许转速和使用累积限时，使用转头时要查阅说明 书，不得过速使用。每一转头都要有一份使用档案，记录累积的使用时间， 若超过了该转头的最高使用限时，则须按规定降速使用。 二、粗滤设备及常用介质 （一）粗滤分离设备 1、板框压滤机 它是由多个滤板和滤框交替重叠排列而组成滤室的一种间歇操作加压 过滤机。滤板两面铺有滤，用压紧装置把滤板和滤框压紧，滤框中的空间构 成过滤的操作空间。在板框的上端开有孔道从第一块滤板一直通到最后一块 滤框，悬浮液在压力下送入，并由每一块滤框上的支路孔道送入过滤空间。 滤板表面刻有垂直的或纵横交错的浅沟，其下端钻有供液体排出的孔道。滤 液在压力下通过滤布流人滤板表面的浅沟中，顺浅沟往下流，最后汇集于滤 板下端的排液孔道中排出。固体颗粒被滤布截留在滤框中，一定时间后，松 开滤板和滤框，卸除滤渣。 （二）过滤介质 过滤介质是指能使固一液混合料液得以分离的某一介面，通常指滤布或 膜过滤中所用的膜。过滤介质要求能耐酸碱，耐高温，耐化学试剂，抗拉性 能好，有一定的机械强度和孔隙度。常用的滤布材料有法兰绒、帆布、斜纹 布、白细布及一些合成纤维。膜材料主要有醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚砜、 聚酰胺、聚丙烯等。 三、影响液一固分离的因素 大多数微生物发酵液都属于非牛顿型液体，液一固分离较困难，发酵液 的流变特性与很多因素有关，主要取决于菌种和培养条件。 （一）微生物种类的影响 一般真菌的菌丝比较粗大，液一固分离容易，含真菌菌体及絮凝蛋白质的发 酵液，可采用鼓式真空过滤或板框过滤。对于酵母菌体，离心分离的方法具 有较好的效果。但是细菌或细胞碎片相当细小，液一固分离十分困难， 教学提示 提问法 图示法
教学内容与设计： 教学提示 用一般的离心分离或过滤方法效果很差，因此应先用预处理的各种手段 来增大粒子，才能获得澄清的滤液。 (二)发酵液的黏度 液一固分离的速度通常与黏度成反比。影响发酵液黏度的因素很多： (1)菌体种类和浓度不同，其黏度有很大差别。 (2)不同的培养基组分和用量也会影响黏度，如用黄豆饼粉、花生饼粉作 氮源，用淀粉作碳源会使黏度增大。发酵液中未用完的培养基较多或发酵后 期用油作消沫剂也会使过滤困难。 第三节发酵液预处理技术 图示法 提问法 一、徽生物发酵液的特性： 口①发酵产物浓度较低，悬浮液中大部分是水： 口②悬浮物颗粒小，相对密度与液相相差不大： 口③固体粒子可压缩性大： 口④液相粘度大，大多为非牛顿型流体 口⑤性质不稳定，随时间变化，如易受空气氧化、微生物污染、蛋白酶 水解等作用的影响 口⑥成分复杂，杂质较多。 注：这些特性使得发酵液的过滤与离心相当困难 二、发酵液预处理的目的： ①改变发酵液（培养液）的物理性质，以利于固一液分离。主要方法有加 热、调整pH、凝聚和絮凝。 ②去除发酵液（培养液）中部分杂质，以利于提取和精制后继各工序的顺利 进行。 ③尽可能将目的产物转入某一项中。 6
6 教学内容与设计： 用一般的离心分离或过滤方法效果很差，因此应先用预处理的各种手段 来增大粒子，才能获得澄清的滤液。 （二）发酵液的黏度 液一固分离的速度通常与黏度成反比。影响发酵液黏度的因素很多： （1）菌体种类和浓度不同，其黏度有很大差别。 （2）不同的培养基组分和用量也会影响黏度，如用黄豆饼粉、花生饼粉作 氮源，用淀粉作碳源会使黏度增大。发酵液中未用完的培养基较多或发酵后 期用油作消沫剂也会使过滤困难。 第三节 发酵液预处理技术 一、微生物发酵液的特性： ①发酵产物浓度较低，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； 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、蛋白酶 水解等作用的影响 ⑥成分复杂，杂质较多。 注：这些特性使得发酵液的过滤与离心相当困难 二、发酵液预处理的目的： ① 改变发酵液(培养液)的物理性质，以利于固－液分离。主要方法有加 热、调整 pH 、凝聚和絮凝。 ②去除发酵液(培养液)中部分杂质，以利于提取和精制后继各工序的顺利 进行。 ③尽可能将目的产物转入某一项中。 教学提示 图示法 提问法
三、预处理方法 1.降低液体黏度（加水稀释法和加热法） 2.调整pH(酸碱性来调节pH值) 口此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一，方法简单有效、 成木低唐 口如利用酸碱性来调节pH值使蛋白质等两性物质达到等电点得以除 去。又如过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整 pH值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。 3.加入反应剂（盐） 口加入反应剂可和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀。 口生成的沉淀能防止菌丝体黏结，使菌丝具有块状结构， 口沉淀本身可作为助滤剂，并且能使胶体物和悬浮物凝固，从而改善过 滤性能。 4.加入助滤剂 口助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。 口常有的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀 粉等，最常用的是硅藻土。 口助滤剂的使用方法有两种：过滤介质表面预涂，另一种是直接加入发 酵液 5.凝聚 口凝聚 -是指在某些电解质作用下，破坏细胞，菌体和蛋白质等胶体 粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 口反离子化合价越高，凝聚能力越强，阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能 比较法 力的次序为：A3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>i+ 口常用的凝聚剂： 口无机盐类：Al(SO4-18H0(明矾)、A1C36O、FcC、ZnSO4 MgCO等 口金属氧化物类：AI(OH、FeO4、Ca(OH2或石灰等 6.絮凝 口絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万 至一千万以上，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带 电荷的阴离子（如-COOH)或阳离子（如NH2)基团以及不带电 荷的非离子型基团。它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的表面。当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附 在不同的胶粒表面上，产生桥架连接时，就形成了较大的絮团，这就 是絮凝作用
7 三、预处理方法 1. 降低液体黏度（加水稀释法和加热法） 2. 调整 pH（酸碱性来调节 pH 值） 此法是发酵工业中发酵液预处理较常用的方法之一，方法简单有效、 成本低廉。 如利用酸碱性来调节 pH 值使蛋白质等两性物质达到等电点得以除 去。又如过滤中，发酵液中的大分子物质易与膜发生吸附，通过调整 pH 值改变易吸附分子的电荷性质，即可减少堵塞和污染。 3. 加入反应剂（盐） 加入反应剂可和某些可溶性盐类发生反应生成不溶性沉淀。 生成的沉淀能防止菌丝体黏结，使菌丝具有块状结构， 沉淀本身可作为助滤剂，并且能使胶体物和悬浮物凝固，从而改善过 滤性能。 4. 加入助滤剂 助滤剂是一种不可压缩的多孔微粒，它能使滤饼疏松，滤速增大。 常有的助滤剂有硅藻土、纤维素、石棉粉、珍珠岩、白土、炭粒、淀 粉等，最常用的是硅藻土。 助滤剂的使用方法有两种：过滤介质表面预涂，另一种是直接加入发 酵液 5. 凝聚 凝聚——是指在某些电解质作用下，破坏细胞，菌体和蛋白质等胶体 粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。 反离子化合价越高，凝聚能力越强，阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能 力的次序为：Al3+>Fe 3+ >H+> Ca2+> Mg2+ >K + >Na + >Li + 常用的凝聚剂： 无机盐类：Al2(SO4)3·18H2O (明矾)、AlCl3•6H2O、FeCl3 、 ZnSO4 、 MgCO3 等 金属氧化物类： Al(OH)3、 Fe3O4 、 Ca(OH)2 或石灰等 6. 絮凝 絮凝剂是一种能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量可高达数万 至一千万以上，长链状结构，其链节上含有许多活性官能团，包括带 电荷的阴离子（如-COOH）或阳离子（如-NH2）基团以及不带电 荷的非离子型基团。它们通过静电引力、范德华引力或氢键的作用， 强烈地吸附在胶粒的表面。当一个高分子聚合物的许多链节分别吸附 在不同的胶粒表面上，产生桥架连接时，就形成了较大的絮团，这就 是絮凝作用。 比较法
胶粒 高分子 排斥 比较法 图示法 图32架桥模型示意 图33胶体保护示意 口工业上使用的絮凝剂： 口1)有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物： 口2)无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等： 口3)天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨 胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等 口絮凝的影响因素： 口絮凝体的浓度：最佳添加量往往需通过实验确定 口溶液的pH:通过实验确定 口絮凝剂的相对分子质量：要适当 口搅拌速度和时间：初期高速，接着应延长搅拌时间，降低搅拌速度。 0 70 40 50 聚凝剂如量gL) 絮凝剂加量对过滤速度的影响 ■对于带负电荷的菌体或蛋白质来说，采用阳离子型 高分子织餐剂同时具有降低校拉双电层电位和产生吸 附桥架的双重机理： ■对于非离子型和阴离子型高分子絮凝剂，要采用凝 聚和絮凝双重机理才能提高过滤效果，这种包括凝聚 和絮凝机理的过程，称为混凝。 8
8 工业上使用的絮凝剂： 1）有机高分子聚合物，如聚丙烯酰胺类衍生物、聚苯乙烯类衍生物； 2）无机高分子聚合物，如聚合铝盐、聚合铁盐等； 3）天然有机高分子絮凝剂，如聚糖类胶粘物、海藻酸钠、明胶、骨 胶、壳多糖、脱乙酰壳多糖等 絮凝的影响因素： 絮凝体的浓度：最佳添加量往往需通过实验确定 溶液的 pH：通过实验确定 絮凝剂的相对分子质量：要适当 搅拌速度和时间：初期高速，接着应延长搅拌时间，降低搅拌速度。 比较法 图示法
第四节部分杂质的去除 一、可溶性杂蛋白的去除 1沉淀法：在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水杨酸 盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀： 在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，如Ag、Cu2、Zn2+、Fe3和Pb2+等形 成沉淀。 2.变性法：加热，大幅度调节pH值，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活 性剂等 缺点： a加热法只活合干对热较稳定的日的产物： b 极端pH值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸 碱： c. 有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。 3.吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。 ①在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生 成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质： ②在枯草杆菊发酵夜中，加入氨化钙和磷酸氢一钠，两者生 成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中 除去。 二、不溶性多糖的去除 口当发酵液中含有较多的不溶性多糖时，黏度增大，固液分 离困难，可用酶将多糖转化为单糖以提高过滤效率。 例如：蛋白酶发酵液中用ā-淀粉酶将培养基中多余的淀粉 水解成单糖，就能降低发酵液的黏度，提高滤速。 三、有色物质的去除 ▣常米用吸附法 口例如：在氢基酸的生产中，运用活性炭脱色去除发酵液中 的有色物质，使其最终透光率达95%以上。 归纳法 总结： 习题： 1.简述凝聚和絮凝的异同？ 作业法 2.写出过滤方法有哪些？哪些因素可以影响过滤？ 3.离心技术的基本原理？ 9
9 第四节 部分杂质的去除 一、可溶性杂蛋白的去除 1.沉淀法：在酸性溶液中，蛋白质与一些阴离子，如三氯乙酸盐、水杨酸 盐、钨酸盐、苦味酸盐、鞣酸盐、过氯酸盐等形成沉淀； 在碱性溶液中，蛋白质与一些阳离子，如 Ag+、Cu2+、Zn2+、Fe3+和 Pb2+等形 成沉淀。 2.变性法：加热，大幅度调节 pH 值，加酒精、丙酮等有机溶剂或表面活 性剂等。 缺点： a. 加热法只适合于对热较稳定的目的产物； b. 极端 pH 值也会导致某些目的产物失活，且要消耗大量酸 碱； c. 有机溶剂法通常只适用于所处理的液体数量较少的场合。 3.吸附法：加入某些吸附剂或沉淀剂吸附杂蛋白质而除去。 ① 在四环素类抗生素中，采用黄血盐和硫酸锌的协同作用生 成亚铁氰化锌钾的胶状沉淀来吸附蛋白质； ② 在枯草杆菌发酵液中，加入氯化钙和磷酸氢二钠，两者生 成庞大的凝胶，把蛋白质、菌体及其他不溶性粒子吸附并包裹在其中 除去。 二、不溶性多糖的去除 当发酵液中含有较多的不溶性多糖时，黏度增大，固液分 离困难，可用酶将多糖转化为单糖以提高过滤效率。 例如：蛋白酶发酵液中用α-淀粉酶将培养基中多余的淀粉 水解成单糖，就能降低发酵液的黏度，提高滤速。 三、有色物质的去除 常采用吸附法 例如：在氨基酸的生产中，运用活性炭脱色去除发酵液中 的有色物质，使其最终透光率达 95%以上。 总结： 习题： 1. 简述凝聚和絮凝的异同？ 2. 写出过滤方法有哪些？哪些因素可以影响过滤？ 3. 离心技术的基本原理？ 归纳法 作业法