发酵液预处理的方法

   发酵液黏度大、成分复杂，菌体细胞等固体颗粒小，可压缩性大。因此，发酵液直接过滤的速度很慢，只有采用适当的预处理方法，才能加快过滤速度。发酵液预处理的常用方法有以下5大类。

   1．降低黏度

   降低发酵液黏度可以提高其过滤效率，主要有加水稀释法、加热升温法和酶解法。

   (1)加水稀释法 加水稀释能降低发酵液黏度。对于啤酒、黄酒、酱油等酿造食品，其发酵液经过固液分离后的液体即为最终产品，采用高浓度发酵后加水稀释过滤，效果显著。但对于大多数以固体为最终产品形式的发酵产品，加水稀释会导致发酵液体积增大，发酵产物浓度同倍稀释，这样不仅加大了后续过程的处理量，也增加了能耗及废水处理的压力，因此加水稀释法应慎用。

   (2)加热升温法  对于热稳性好的发酵产品，加热发酵液是一种简单而有效的预处理方法。加热不仅能有效降低液体黏度，提高过滤速率，还能促进部分蛋白质热变性，加速菌体细胞聚集，增加滤饼孔隙率，减少滤饼含水量。如链霉素发酵液，用酸调pH至3.0，加热到70℃．维持30 min后液体黏度下降至原来的1／6，过滤速率可增大10～100倍。使用加热方法时必须控制好温度和时间，避免目的产物变性失活，或产物与发酵液中的残糖等杂质发生反应。另外，温度过高或时间过长，不仅增加能耗，也会使细胞溶解，胞内物质释放，增加发酵液的复杂性，影响后续的分离和纯化。

   (3)酶解法 发酵液中如含有多糖类物质，则可用酶将其降解成单糖或寡糖，以提高过滤效率。如万古霉素用淀粉作为培养基，发酵液过滤前加入一定量的淀粉酶处理30 min，再加入2．5％硅藻土作为助滤剂，可以使过滤速率提高5倍。

   2．调整pH

   pH能影响发酵液中某些成分的表面电荷性质和电离度，改变这些物质的溶解度等性质，适当调节pH可以改善其过滤特性。对于发酵液中的菌体细胞等蛋白质成分，其等电点都在酸性范围内(pH 4．O～4．8)。通过向发酵液中加酸调节发酵液的pH至蛋白质的等电点范围，可促使蛋白质变性凝结成颗粒从而过滤除去。如赖氨酸的发酵液用硫酸调节pH至4．0左右，然后板框过滤即能有效去除菌体得到滤液。

   3．凝聚与絮凝

   凝聚和絮凝技术的原理是向发酵液中添加化学药剂，改变菌体细胞及蛋白质等胶体粒子的分散状态，使其聚集成较大的颗粒，便于过滤。凝聚与絮凝常用于黏度大但菌体细小的发酵液的预处理。

   (1)凝聚凝聚是指在电解质作用下，由于胶体粒子之间双电层排斥作用降低，电位下降而使胶体体系失稳的现象。在微生物的生理pH下，发酵液中的菌体细胞和蛋白质等物质常常带负电荷，在静电引力作用下带相反电荷阳离子被吸附在其周围，在界面上形成双电层。这种双电层结构使得胶粒间不容易聚集而能稳定地分散在发酵液中。加入电解质后，在电解质中异电离子作用下，胶粒的双电层电位降低，使得胶体体系不稳定，胶粒间因相互碰撞而产生凝聚。不同电解质的凝聚能力不同，通常反离子的价数越高其凝聚能力越大。采用凝聚方法形成的絮体颚粒细小，有时还不能有效地分离。

   (2)絮凝 絮凝是指借助某些高分子絮凝剂在悬浮粒子之间产生架桥作用，使狡粒聚集形成粗大絮团的过程。絮凝剂是一类能溶于水的高分子聚合物，其相对分子质量高达数万至千万。常用絮凝剂可分为3类：①无机高分子聚合物，如聚合硫酸亚铁、聚合氯化铁、聚合氯化铝等；②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；③天然高分子絮凝剂，如海藻酸钠、(脱乙酰化)壳聚糖、明狡等。 (3)混凝 对于较为复杂的菌体或蛋白质，如废水生化处理中的活性污泥，当单纯依靠凝集或絮凝难以达到良好的聚集效果时，因此可以将絮凝剂和电解质搭配使用。首先加入电解质使悬浮粒子间的双电层电位降低、脱稳、凝聚成微粒，然后再加入絮凝剂絮凝成较大的颗粒。这种同时包括凝聚和絮凝机理的过程，即称为混凝。

   4．加入助滤剂

   发酵液中的菌体细胞、凝固蛋白等悬浮物往往颗粒细小且受压易变形，直接过滤容易造成滤布等过滤介质的滤孔被堵塞，导致过滤困难。为了改善发酵液的过滤速率，通常在发酵液预处理过程中添加助滤剂。助滤剂是一类刚性的多孔微粒，一方面它能在过滤介质表面形成保护，延缓过滤介质被细小悬浮颗粒堵塞的速率；另一方面，加入助滤剂后，发酵液中悬浮的胶体粒子被吸附在助滤剂的表面，过滤时滤饼的可压缩性降低，过滤阻力减小。因此加入助滤剂能显著提高过滤速率。常用的助滤剂有硅藻土、珍珠岩粉、活性炭、石英砂、石棉粉以及白土等非金属矿物质，以及纤维素(如锯末、甘蔗芯)、淀粉等有机质。矿物质助滤剂的助滤效果良好，但影响滤饼的综合利用。如菌体滤饼中掺入矿物质助滤剂后蛋白质含量降低。

   助滤剂的使用方法有两种：一种是过滤前将助滤剂预涂在过滤介质表面；另一种是直接加入发酵液搅拌混合均匀后过滤。也可以两种方法同时兼用。在实际使用中，对助滤剂的种类、助滤剂粒径分布及使用量等条件，还应通过实验确定。

   5．加入反应剂

某些场合可以向发酵液中加入不影响目的产物的但能与某些杂质反应的反应剂，以消除杂质对过滤的影响，提高过滤速率。如在新生霉素发酵液中加入氯化钙和磷酸钠，生成的磷酸钙能使发酵液中的胶状物质和某些蛋白质凝固，并且磷酸钙还可以作为助滤剂。又如在枯草杆菌发酵液中添加磷酸氢二钠和氯化钙，两者形成庞大的凝胶，使菌体等胶体粒子聚集成团，同时多余的钙离子又能与发酵液中的核酸类物质形成不溶性钙盐，从而大大改善发酵液的过滤特性。

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