發酵液的預處理
1 加水稀釋法和加熱法
加水稀釋法能降低液體粘度,但會增加懸浮液的體積,加大後繼過程的處理任務。而且,單從過濾操作看,稀釋後過濾速率提高的百分比必須大於加水比才能認為有效,即若加水一倍,則稀釋後液體的粘度必須下降50%以上才能有效提高過濾速率。
加熱是發酵液預處理最簡單最常用的方法。加熱可有效降低液體粘度,提高過濾速率。同時,在適當溫度和受熱時間下可使蛋白質凝聚,形成較大顆粒的凝聚物,進一步改善了發酵液的過濾特性。
對於粘度較高的發酵液,稀釋或者加熱可以降低發酵液黏度,有利於輸送和過濾等後續操作。
2 離心法
國內在這方面的報道,主要反映了高速離心能耗大、裝置昂貴,因而得不到推廣應用。國內有些廠家仿效國外的做法, 採用高速蝶片式噴嘴離心機分離菌體, 雖對穀氨酸菌體的除去有一定效果, 但對菌絲較輕細的肌苷菌體至今未取得滿意的結果且裝置價格昂貴。
3 絮凝和凝聚及混凝方法
絮凝預處理能顯著加快發酵液中固體顆粒的沉降,提高過濾速度。李凡鋒等處理1,3-丙二醇發酵液後,其中絮凝樣的濾餅溼基、幹基重量分別比對照樣增加了41.13%、51.88%。
江龍法等採用殼聚糖作為絮凝劑對L - 乳酸發酵液進行預處理,取得了較好的結果。
江龍法等用殼聚糖作絮凝劑處理穀氨酸發酵液,經處理後的發酵液菌體減少95 %以上,穀氨酸濃度沒有降低。
周榮清等的研究證明:透明質酸發酵液經絮凝預處理後,不僅可以大大改善發酵液的固液分離效果,同時其濾清液的純度亦有一定幅度的提高,在超濾過程中汙染程度明顯減少,滲透通量增加。
4 調節PH值
調節pH值可以改善發酵液吸附性質和使蛋白變性。對於加入離子型絮凝劑的發酵液,調節pH可改變絮凝劑的電離度,從而改變分子鏈的伸展狀態。郝健等[7]的研究表明,pH越低,相同操作電壓下工作電流越大,脫鹽操作時間也越短,發酵液初始pH 調至6 左右為宜。
李向平等以殼聚糖為絮凝劑進行了單因素絮凝實驗,結果表明pH值和絮凝劑用量對絮凝效果影響很大。
5 加入助濾劑
助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒,它能使濾餅疏鬆,吸附膠體,擴大過濾面積,濾速增大。助濾劑的新增可以改善發酵液過濾性質。助濾劑作為膠體粒子的載體,均勻地分佈於濾餅層中,相應地改變了濾餅結構,降低了濾餅的可壓縮性,也就減小了過濾阻力。
王曉靜等針對絮凝預處理後過濾速率慢的問題,採用新增助濾劑的方法。以粗、細2種粒度的矽藻土進行摻漿法實驗,即把助濾劑直接投到懸浮液中,目的是增大濾餅的孔隙,使液相能夠快速流出。
6 加入反應劑
改善過濾效能較好的方法是加入一些反應劑,它們能相互作用,或和某些溶解性鹽類發生反應生成不溶解的沉澱。生成的沉澱能防止菌絲體粘結,使菌絲具有塊狀結構,沉澱本身即可作為助濾劑,並且還能使膠狀物和懸浮物凝固。
例如發酵液中有不溶解的多糖存在,則最好用酶將它轉化為單糖,以提高過濾速度。加入澱粉酶後,能使過濾速度加快。
在發酵液中加入某些鹽類,可除去高價無機離子。如除去鈣離子,可加入草酸鈉,生成的草酸鈣能促進蛋白質凝固,提高溶液質量。除去鎂離子,可加入三聚磷酸鈉Na5P3O10,它與鎂離子形成不溶性絡合物。用磷酸鹽處理,也能大大降低鈣離子和鎂離子的濃度。除去鐵離子,可加入黃血鹽,使其形成普魯士藍沉澱。
7 膜處理
膜分離技術是近三十多年來發展起來的高新技術,具有高效、節能、過程簡單、容易操作和控制、不汙染環境等優點。由於這些優點、使膜分離技術在短短的時間迅速發展起來,已廣泛有效地應用於石油化工、生化製藥、醫療衛生、冶金、電子、能源、輕工、紡織、食品、環保、航天、海運、人民生活等領域,形成了獨立的新興技術產業。
張月萍等用超濾膜對VB12發酵濾液進行分離,使純度提高50. 3%,收率提高12. 5%。馮建立等採用自制的超濾膜對紅黴素發酵液去乳化進行研究, 解決了絮凝法去除蛋白和多糖效果較差的問題, 同時提高了萃取的收率和質量。
以上這些方法各有特點,通常是幾種方法綜合使用,以提高發酵液預處理效率。馮聞錚等考察了溫度、酸度、絮凝劑和凝聚劑等對過濾速度和濾液效價的影響。實驗發現過濾液效價隨過濾溫度和pH 值不同而變化,實驗還發現,不同絮凝劑影響濾液效價, 以聚丙烯醯胺為最好, 外加溶劑也影響濾液效價, 乙醇使效價降低, 而丙酮和甲醛可使效價升高。
發酵液的預處理
1 加水稀釋法和加熱法
加水稀釋法能降低液體粘度,但會增加懸浮液的體積,加大後繼過程的處理任務。而且,單從過濾操作看,稀釋後過濾速率提高的百分比必須大於加水比才能認為有效,即若加水一倍,則稀釋後液體的粘度必須下降50%以上才能有效提高過濾速率。
加熱是發酵液預處理最簡單最常用的方法。加熱可有效降低液體粘度,提高過濾速率。同時,在適當溫度和受熱時間下可使蛋白質凝聚,形成較大顆粒的凝聚物,進一步改善了發酵液的過濾特性。
對於粘度較高的發酵液,稀釋或者加熱可以降低發酵液黏度,有利於輸送和過濾等後續操作。
2 離心法
國內在這方面的報道,主要反映了高速離心能耗大、裝置昂貴,因而得不到推廣應用。國內有些廠家仿效國外的做法, 採用高速蝶片式噴嘴離心機分離菌體, 雖對穀氨酸菌體的除去有一定效果, 但對菌絲較輕細的肌苷菌體至今未取得滿意的結果且裝置價格昂貴。
3 絮凝和凝聚及混凝方法
絮凝預處理能顯著加快發酵液中固體顆粒的沉降,提高過濾速度。李凡鋒等處理1,3-丙二醇發酵液後,其中絮凝樣的濾餅溼基、幹基重量分別比對照樣增加了41.13%、51.88%。
江龍法等採用殼聚糖作為絮凝劑對L - 乳酸發酵液進行預處理,取得了較好的結果。
江龍法等用殼聚糖作絮凝劑處理穀氨酸發酵液,經處理後的發酵液菌體減少95 %以上,穀氨酸濃度沒有降低。
周榮清等的研究證明:透明質酸發酵液經絮凝預處理後,不僅可以大大改善發酵液的固液分離效果,同時其濾清液的純度亦有一定幅度的提高,在超濾過程中汙染程度明顯減少,滲透通量增加。
4 調節PH值
調節pH值可以改善發酵液吸附性質和使蛋白變性。對於加入離子型絮凝劑的發酵液,調節pH可改變絮凝劑的電離度,從而改變分子鏈的伸展狀態。郝健等[7]的研究表明,pH越低,相同操作電壓下工作電流越大,脫鹽操作時間也越短,發酵液初始pH 調至6 左右為宜。
李向平等以殼聚糖為絮凝劑進行了單因素絮凝實驗,結果表明pH值和絮凝劑用量對絮凝效果影響很大。
5 加入助濾劑
助濾劑是一種不可壓縮的多孔微粒,它能使濾餅疏鬆,吸附膠體,擴大過濾面積,濾速增大。助濾劑的新增可以改善發酵液過濾性質。助濾劑作為膠體粒子的載體,均勻地分佈於濾餅層中,相應地改變了濾餅結構,降低了濾餅的可壓縮性,也就減小了過濾阻力。
王曉靜等針對絮凝預處理後過濾速率慢的問題,採用新增助濾劑的方法。以粗、細2種粒度的矽藻土進行摻漿法實驗,即把助濾劑直接投到懸浮液中,目的是增大濾餅的孔隙,使液相能夠快速流出。
6 加入反應劑
改善過濾效能較好的方法是加入一些反應劑,它們能相互作用,或和某些溶解性鹽類發生反應生成不溶解的沉澱。生成的沉澱能防止菌絲體粘結,使菌絲具有塊狀結構,沉澱本身即可作為助濾劑,並且還能使膠狀物和懸浮物凝固。
例如發酵液中有不溶解的多糖存在,則最好用酶將它轉化為單糖,以提高過濾速度。加入澱粉酶後,能使過濾速度加快。
在發酵液中加入某些鹽類,可除去高價無機離子。如除去鈣離子,可加入草酸鈉,生成的草酸鈣能促進蛋白質凝固,提高溶液質量。除去鎂離子,可加入三聚磷酸鈉Na5P3O10,它與鎂離子形成不溶性絡合物。用磷酸鹽處理,也能大大降低鈣離子和鎂離子的濃度。除去鐵離子,可加入黃血鹽,使其形成普魯士藍沉澱。
7 膜處理
膜分離技術是近三十多年來發展起來的高新技術,具有高效、節能、過程簡單、容易操作和控制、不汙染環境等優點。由於這些優點、使膜分離技術在短短的時間迅速發展起來,已廣泛有效地應用於石油化工、生化製藥、醫療衛生、冶金、電子、能源、輕工、紡織、食品、環保、航天、海運、人民生活等領域,形成了獨立的新興技術產業。
張月萍等用超濾膜對VB12發酵濾液進行分離,使純度提高50. 3%,收率提高12. 5%。馮建立等採用自制的超濾膜對紅黴素發酵液去乳化進行研究, 解決了絮凝法去除蛋白和多糖效果較差的問題, 同時提高了萃取的收率和質量。
以上這些方法各有特點,通常是幾種方法綜合使用,以提高發酵液預處理效率。馮聞錚等考察了溫度、酸度、絮凝劑和凝聚劑等對過濾速度和濾液效價的影響。實驗發現過濾液效價隨過濾溫度和pH 值不同而變化,實驗還發現,不同絮凝劑影響濾液效價, 以聚丙烯醯胺為最好, 外加溶劑也影響濾液效價, 乙醇使效價降低, 而丙酮和甲醛可使效價升高。